- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •Оглавление
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс 198
- •11. Оценка потерь на трассах распространения 223
- •12. Критерии оценки эмс 261
- •13. Организационные методы обеспечения эмс 289
- •Список использованных сокращений
- •Введение
- •1. Проблема эмс и причины ее появления
- •Основные понятия и определения
- •Причины появления проблемы эмс
- •Последствия отсутствия эмс и особенности изучения проблемы эмс рэс
- •2. Источники и рецепторы электромагнитных помех (эмп)
- •Классификация эмп по связям с источником помехи и некоторые их характеристики
- •2.1.1. Естественные эмп.
- •Чувствительность некоторых полупроводниковых приборов к электростатическому разряду
- •2.1.2. Искусственные эмп
- •Рецепторы эмп. Внутрисистемная и межсистемная эмс
- •Пути проникновения помех. Виды помех в электрических цепях
- •3. Измерение параметров эмс технических средств
- •Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним
- •Измерение помех излучения и восприимчивости к ним
- •4. Технические методы подавления и защиты от помех
- •Экранирование
- •Фильтрация
- •Заземление
- •5. Радиочастотный спектр и его использование
- •Радиочастотный спектр и диапазоны частот
- •Диапазоны частот электромагнитных колебаний
- •Основные понятия, связанные с использованием рчс
- •Регулирование использования рчс в Российской Федерации
- •Стандартизация и международная кооперация в области эмс
- •6. Общий подход к анализу и обеспечению эмс
- •Требования к методам анализа эмс
- •Анализ параметров эмс систем на стадии разработки
- •Анализ внутрисистемной и межсистемной эмс рэс
- •Основные направления по решению проблемы эмс
- •7. Описание излучений радиопередатчиков в задачах эмс
- •Виды излучений радиопередатчиков
- •Основное и внеполосное сигнальное излучения
- •7.2.1. Класс излучения
- •7.2.2. Параметры и модели основного и внеполосных излучений
- •Границы областей внеполосных излучений относительно центральной частоты основного излучения в зависимости от диапазона рабочих частот передатчика и необходимой ширины полосы частот
- •Точки излома спектральной маски для рис. 7.2
- •Точки излома масок спектров, представленных на рис. 7.3
- •Параметры модели (7.1)
- •Побочные излучения радиопередатчиков
- •Параметры модели (7.9)
- •Предельные значения мощности побочных излучений в контрольной полосе
- •Шумовые излучения передатчика
- •Параметры эмпирической модели, представленной выражением (7.10)
- •8. Описание радиоприемных устройств в задачах эмс
- •Общие характеристики радиоприемных устройств, определяющие их совместимость с окружением
- •Основной канал приема радиоприемника и его описание
- •Побочные каналы приема и их описание
- •Параметры модели (8.9)
- •Оценка коэффициента частотной коррекции
- •Результаты расчета относительной расстройки частоты Δp
- •9. Нелинейные эффекты в приемопередающей аппаратуре и их оценка в задачах эмс
- •Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры
- •Компрессия сигнала в радиоприемнике. Параметры, определяющие динамический диапазон приемника по основному каналу приема
- •Эффект блокирования радиоприемного устройства. Основные параметры, характеристики и методы их измерения
- •Перенос шумов гетеродина
- •9.4.1. Фазовый шум генератора
- •9.4.2.Перенос шумов гетеродина
- •Интермодуляция
- •9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции
- •9.5.2. Интермодуляция в радиоприемных устройствах. Параметры, связанные с эффектом интермодуляции
- •9.5.3. Интермодуляция в радиопередатчиках
- •9.5.4. Точка пересечения и расчет уровней интермодуляционных продуктов на нелинейном элементе
- •9.5.5. Измерение и расчет точек пересечения
- •9.5.6. Динамический диапазон приемника по интермодуляции и связь параметров нелинейности
- •9.5.7. Оценка мощности интермодуляционных продуктов с использованием точки пересечения
- •Перекрестные искажения
- •Оценка нелинейных явлений в задачах эмс рэс
- •9.7.1. Оценка эффекта блокирования рпу
- •Представление функции Pb(X) при оценке эффекта блокирования
- •Характеристики блокирования приемников некоторых цифровых систем связи
- •9.7.2.Оценка уровней интермодуляционных продуктов в радиопередатчиках
- •Параметры эмпирической модели (9.66)
- •9.7.3. Оценка интермодуляции в радиоприемниках
- •Границы частотных интервалов для анализа нелинейных эффектов в приемнике
- •Эмпирические модели для оценки эффекта интермодуляции в радиоприемниках
- •9.7.4. Оценка перекрестных искажений
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс
- •Некоторые общие сведения о характеристиках антенн
- •Особенности описания антенных устройств в задачах эмс
- •Детерминированное описание диаграмм направленности антенн
- •10.3.1. Дна в области рабочих частот.
- •10.3.2. Дна на нерабочих частотах
- •Параметры диаграмм направленности за пределами диапазона рабочих частот антенн.
- •Статистическое описание диаграмм направленности антенн
- •Параметры функции f(g) для области бокового усиления
- •Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования
- •Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов
- •Ослабление мешающих сигналов при несовпадении поляризации с приемной антенной
- •Ближняя зона
- •11. Оценка потерь на трассах распространения
- •Общие положения
- •Модели для оценки потерь на трассах распространения и цифровые карты местности
- •Графические модели
- •Аналитические модели
- •Расчетные соотношения, используемые в классической модели Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модели cost 231 Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модифицированной модели Хата
- •Среднеквадратическое отклонение (ско) потерь на трассах распространения
- •Оценка потерь на дифракцию
- •11.5.1. Зоны Френеля.
- •11.5.2. Дифракция на клине
- •11.5.3. Дифракция на цилиндре
- •12. Критерии оценки эмс
- •Рабочие характеристики и оценка качества работы рэс
- •12.2. Виды рабочих характеристик рэс различного назначения
- •12.3. Критерии эмс
- •Защитные отношения для систем тв (625 строк), работающих в соседнем канале
- •Защитные отношения для аналоговых каналов звукового сопровождения тв
- •Защитные отношения для цифровых каналов звукового сопровождения тв, дБ
- •Защитные отношения по совмещенному каналу для некоторых современных систем связи, дБ
- •Защитные отношения для некоторых современных систем связи в зависимости от расстройки помехи, дБ
- •12.4. Моделирование процессов управления мощностью передатчиков в сетях сухопутной подвижной связи
- •13. Организационные методы обеспечения эмс
- •13.1. Частотно-территориальное планирование
- •13.2. Управление параметрами радиосигналов
- •13.3. Радиоконтроль и его роль в управлении использованием радиочастотного спектра и обеспечения эмс
- •Заключение
- •Список литературы
- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •197376, С.- Петербург, ул. Проф. Попова, 5
Представление функции Pb(X) при оценке эффекта блокирования
Диапазон частот |
Pb, дБм | |
X 20 дБ |
X > 20 дБ | |
f 30 МГц |
12 + 0.25X |
7 |
30 МГц f 300МГц |
10 + 0.25X |
5 |
f > 300МГц |
5 + 0.3X |
1 |
Следует, однако, заметить, что использование значений мощности насыщения, рассчитанных по (9.48) и формулам табл. 9.1, заменяет мощность насыщения реального приемника на среднестатистическую мощность насыщения приемников определенного диапазона частот, и полученный результат относится не к реальному приемнику, а к приемнику, который отличается от реального по этому параметру.
Скорость снижения отношения сигнал/шум на выходе приемника зависит от уровня полезного сигнала. Чем выше уровень полезного сигнала, тем меньше его подавление при постоянном уровне помехи. Параметр R, определяющий скорость снижения отношения сигнал/шум на выходе приемника, рассчитать нельзя, однако его можно измерить для конкретного приемника. Графическая зависимость R от уровня полезного сигнала относительно чувствительности приемника, полученная из статистических данных для типовых ОВЧ и УВЧ супергетеродинных приемников, приведена на рис. 9.23.
При оценке эффекта блокирования график рис. 9.23 может быть аппроксимирован удобной для вычислений функцией. В частности, для X 30 дБ зависимость R от уровня полезного сигнала X относительно чувствительности приемника может быть описана полиномом третьей или пятой степени [17] – [19]:
R = 0.09395 + 0.08995X – 0.00342X2 + 0.462510–4X3 (9.49а)
R = 0.04413 + 0.1215X – 0.937910–2X2 + 0.512010–3X3 – 0.159710–4X4 + + 0.198610–6X5 (9.49б)
Обычно достаточно полинома третьей степени. ПриX > 30дБ R 1.
Оценка эффекта блокирования с использованием выражений (9.47) и (9.49а) или (9.49б) может быть также успешно выполнена, когда известна структура преселектора, параметры его каскадов и характеристики частотной избирательности фильтров. В этом случае точка компрессии 1 дБ по входу каскада используется в качестве мощности насыщения каскада, а частотные характеристики фильтров, предшествующих каскаду, служат для оценки степени ослабления помехи, поступающей на вход анализируемого каскада.
Информация о параметрах каскадов и фильтров, предшествующих смесителю, позволяет оценить непосредственно мощность шумов, перенесенных в тракт ПЧ, используя выражение
N = I + LN(f) + 10 lg Bпч ,
где N – мощность шума гетеродина, перенесенная в тракт ПЧ, дБм; I – мощность помехи, поступающей на смеситель, дБм; LN(f) – односторонняя спектральная плотность фазового шума гетеродина, дБ/Гц; f – расстройка мешающего сигнала относительно частоты настройки преемника (Bпч/2 < f < fпч); Bпч – ширина полосы пропускания тракта ПЧ, Гц.
В случае если имеется n блокирующих сигналов, оценка результирующего эффекта может быть выполнена путем суммировании эффектов от каждого мешающего сигнала [18]
(9.50)
Здесь Pнk – мощность насыщения, соответствующая расстройке k-ой помехи.
Другой вариант оценки изменения отношения сигнал/шум при блокировании приемника одиночной помехой представляет выражение [20]
(S/N) = (I – Pн). (9.51)
Эта оценка является обобщением выражения (9.47) и переходит в него при = 1 и = 1/R. Мощность насыщения с учетом расстройки мешающего сигнала и уровня полезного сигнала на входе приемника определяется на основании уравнений:
–(9.52)
где f – расстройка между частотой полезного сигнала и помехи; Pн – поправка на мощность насыщения при превышении сигналом чувствительности приемника, дБ.
Параметры 1 [дБм], 1 [дБ/дек], и fбл определяют из характеристики, описывающей зависимость мощности насыщения приемника от расстройки помехи при уровне сигнала на входе РПУ равном чувствительности приемника. Эта характеристика аналогична характеристике частотной избирательности РПУ по блокированию, только параметром характеристики служит не коэффициент блокирования, а заданное снижение отношения сигнал/шум на выходе приемника. При определенных обстоятельствах, а именно, если известно, что изменение отношения сигнал/шум на выходе РПУ происходит только за счет изменения амплитуды полезного сигнала (блокирование УВЧ), для определения перечисленных параметров можно использовать характеристику частотной избирательности по блокированию.
Зависимость мощности насыщения от расстройки мешающего сигнала снимают двухсигнальным методом. Для каждого выбранного значения расстройки f при неизменном уровне полезного сигнала равном чувствительности приемника определяют уровень помехи, который снижает отношение сигнал/шум на заданную величину. Этот уровень помехи является мощностью насыщения Pн. Предполагается, что снимаемая характеристика является симметричной относительно частоты настройки приемника. В этом случае можно ограничиться только половиной характеристики, снятой для f > 0. При больших расстройках восприимчивость приемника по блокированию изменяется незначительно, поэтому, используя логарифмическую шкалу для частотной расстройки, результаты измерений аппроксимируют двумя прямыми, как это показано на рис. 9.24. Параметры 1 [дБ/дек], 1 [дБм], можно вычислить по результатам измерений, используя метод наименьших квадратов:
где;N – число измерений на интервале расстроек [fmin, fбл]; fбл – расстройка, соответствующая точке излома аппроксимированной характеристики для мощности насыщения; fmin – расстройка за пределами полосы пропускания приемника, с которой начинается измерение характеристики; Pнi – измеренное значение мощности насыщения при расстройке мешающего сигнала fi; fi – значения расстроек мешающего сигнала, при которых проводились измерения Pнi на интервале [fmin, fбл], (i = 1,…, N).
Для участка, который аппроксимируется постоянной мощностью насыщения
,
где N – число измерений для fi > fбл; Pнi – измеренное значение мощности насыщения при расстройках fi > fбл (i = 1…N).
ПоправкуPн определяют из характеристики, которая описывает изменение мощности насыщения от уровня полезного сигнала при фиксированной расстройке помехи, т. е. делается допущение, что изменение мощности насыщения при изменении уровня сигнала происходит одинаково при разных расстройках помехи (не зависит от расстройки). Эту характеристику также измеряют двухсигнальным методом, а результаты измерения аппроксимируют прямой, как показано на рис. 9.25, где обозначены: Pн – мощность насыщения; PR – чувствительность приемника; S – уровень полезного сигнала. При измерении характеристики частоту мешающего сигнала устанавливают равной частоте первого или второго соседнего канала и, меняя с некоторым шагом уровень полезного сигнала S на входе приемника, начиная с сигнала равного чувствительности приемника, измеряют отношение сигнал/шум на выходе РПУ в отсутствие внешней помехи. Далее, подавая на вход приемника мешающий сигнал, определяют его уровень, при котором отношение сигнал/шум на выходе приемника снижается на заданную величину. Это значение мешающего сигнала, по определению, и есть мощность насыщения при установленном уровне полезного сигнала.
При линейной аппроксимации результатов измерений
tg A = dбл = Pн/S;
Pн = dбл S , (9.55)
где S – уровень полезного сигнала относительно чувствительности приемника, дБ.
Наконец, используя зависимость отношения сигнал/шум на выходе РПУ от уровня блокирующей помехи, при уровне полезного сигнала равном чувствительности приемника (рис. 9.26) подбирают коэффициенты и таким образом, чтобы выполнялось соотношение
(S/N)0 – (S/N)i = (Pн – Ii).
Последующие действия, связанные с оценкой эффекта блокирования, сводятся к получению отношения согласно (9.46) и сравнению полученного результата с пороговым отношением сигнал/шум, которое необходимо, чтобы обеспечить требуемое качество приема полезного сигнала.
Отношение сигнал/шум на выходе приемника является важным параметром, определяющим качество работы аналоговых систем связи. Этот параметр также имеет большое значение для цифровых систем связи. Однако, при рассмотрении цифровых систем качество их работы чаще связывают не с отношением сигнал/шум на выходе приемника, а с частотой (или вероятностью) ошибки при приеме бита информации, которая имеет специальное наименованиеBER (Bit Error Rate). Так, минимальный уровень сигнала, при котором в отсутствие внешних помех на выходе приемника обеспечивается заданное значение BER, определяет чувствительность приемника цифровых сигналов.
Стандарты современных радиотехнологий цифровых систем связи устанавливают предельно допустимые уровни помех по блокированию, ориентируясь на значение BER, определяющее чувствительность приемника. Обычно в качестве характеристики блокирования берется уровень синусоидального сигнала, частота которого не лежит в полосе основного или побочных каналов приема РПУ, при котором качество приема полезного сигнала (BER), превышающего чувствительность приемника на 3 дБ, будет таким же как и при приеме полезного сигнала с уровнем равным чувствительности приемника, но в отсутствие помехи. Иногда превышение чувствительности приемника полезным сигналом устанавливается равным 1 дБ. В качестве примера в табл. 9.2 представлены характеристики блокирования некоторых систем связи [21]. В таблице частота полезного сигнала обозначена f0, а помехи f. Уровень полезного сигнала, для которого представлены характеристики блокирования, на 3 дБ выше чувствительности приемника. Значения характеристик блокирования относятся только к диапазону рабочих частот РЭС соответствующего стандарта.
В стандарте [21] можно найти аналогичные характеристики и для расстроек, лежащих за пределами рабочего диапазона частот систем, представленных в табл. 9.2.
Характеристики, представленные в табл. 9.2, позволяют упростить процедуру оценки эффекта блокирования. В этом случае достаточно сравнить уровень мешающего сигнала, поступающего на вход приемника, с предельно допустимыми значениями помехи, определенными в стандарте для соответствующей отстройки помехи. При превышении помехой допустимых значений можно рассчитать величину дополнительного подавления помехи, которую нужно обеспечить для устранения эффекта блокирования.
Таблица 9.2