Характеристики и параметры ЭМС РПД

Современные технологии ИКС формируются под воздействием процессов интеграции и конвергенции, поэтому четко выделить в реальных ТС устройства четырех групп (как это оговорено в нормативных документах по ЭМС РЭС): радиопередатчики; радиоприемники; антенно-фидерные устройства (АФУ) и оборудование, создающее индустриальные радиопомехи (ИРП), в ряде случаев достаточно сложно. Указанные устройства следует рассматривать в качестве типовых элементов РЭС, обеспечивающих функционирование радиоинтерфейсов ТС, которые входят в состав ИКС – где, кроме них, присутствует целый ряд других ТС, которые также участвуют в передаче, приеме, обработке и хранении информационных сигналов, являются источниками и рецепторами помех разного вида.

Радиопередатчики (РПД) оцениваются параметрами ЭМС РЭС по трем группам, которые характеризуют:

- радиоизлучение РПД через АФУ (основное; внеполосное; побочное на гармониках и субгармониках, комбинационное, интермодуляционное, паразитное и шумовое);

- индустриальные радиопомехи (излучаемые и кондуктивные – по цепям электропитания, управления, коммутации и заземления), создаваемые РПД без участия АФУ;

- восприимчивость РПД к ИРП (излучаемым и кондуктивным).

Спектральный состав излучения РПД иллюстрирует схема на рис. 1.1, где в условном виде показаны спектры G( f ) узкополосного сигнала 1 (основное излучение); внеполосного излучения 2; излучения на гармониках 3 и субгармониках 4; комбинационного 5 и интермодуляционного излучения 6; паразитного 7 и шумового излучения 8.

Основным излучением (fundamental emission) называется радиоизлучение РПД в пределах НШПЧ. Величина НШПЧ определяется в соответствии с рекомендациями РР для конкретных классов излучений, причем РПД-станциям разрешается излучать сигналы только в пределах полосы присвоенных частот, центральная из которых называется присвоенной частотой.

G( f )

 

1

 

3

6 2 2 6 5

4 8 5 7 6

8 3

f_н / 2 f_н 2 f_н 3 f_н f

Рис. 1.1. Составляющие энергетического спектра излучения РПД

Присвоение частоты производится национальной Администрацией связи и представляет собой разрешение на использование частоты (радиочастотного канала) владельцем РЭС. При передаче двухполосного аналогового телефонного сигнала с амплитудной модуляцией, например, НШПЧ = 2 F_в , при передаче аналогичного однополосного сигнала с подавленной несущей: НШПЧ = F_в – F_н , где F_н ; F_в – соответственно, нижняя и верхняя частоты спектра модулирующего сигнала. В соответствии с этим для двухполосного сигнала присвоенная частота совпадает с несущей f_н , для однополосного сигнала (типа ОБП) принимается равной средней частоте спектра f_ср = f_н + F_в /2 . С учетом нестабильности частоты РПД полученные значения НШПЧ увеличиваются на удвоенную величину абсолютного допустимого отклонения частоты Δ f_доп , которая для РПД разных типов является нормируемым параметром ЭМС ( 100 Гц в поддиапазоне ОВЧ; 10 Гц в поддиапазонах НЧ; СЧ и ВЧ и т.п.).

Внеполосное излучение (out-of-band emission) РПД, как это видно на схеме рис. 1.1, непосредственным образом с обеих сторон «примыкает» к основному излучению в пределах НШПЧ – причинами его могут быть недостаточное подавление в модуляторе РПД составляющих спектра модулирующего сигнала; наличие нелинейностей в трактах модуляции и усиления РПД; искажения модулирующего сигнала (за счет появления излишне больших уровней при перемодуляции, ограничения, квантования). При ОБП внеполосное излучение включает вторую (подавленную) полосу частот и остаток несущей f_н. В сумме основное излучение 1 и внеполосное излучение 2 соответствуют занимаемой полосе частот Δf_зн (см. рис. 1.2), в пределах которой сосредоточена нормируемая часть средней излученной мощности (например 99,5%), и которая (как это следует из рис. 1.1 и 1.2), чем «хуже» по параметрам ЭМС РПД, тем больше превышает НШПЧ.

G( f )

 

1

 

2 2

f

НШПЧ

Δf_зн

Рис. 1.2. Характеристики основного излучения РПД:

НШПЧ и занимаемая полоса частот Δf_зн

Побочные излучения (spurious emission) РПД (на гармониках и субгармониках, комбинационное, интермодуляционное, паразитное) возникают в результате нелинейных процессов в тракте РПД (кроме модуляции), их интенсивность зависит от диапазона рабочих частот; типа и режима работы активных элементов; внутренних и внешних взаимных влияний РЭС и целого ряда других факторов – как детерминированных, так и случайных.

Излучение на гармониках (harmonic emission) имеет место на частотах f_гр = n f_н ; n = 2; 3, 4 ... , основными его причинами являются работа усилителей мощности с отсечкой тока и наличие нелинейностей в радиотракте РПД. При расчете случайных уровней взаимных помех РЭС на частотах f_гр считается, что они распределены по нормальному закону возле своего среднего значения и СКО не зависит от номера гармоники n.

Справочные данные, формулы и рекомендации по расчету среднего уровня излучения на гармониках P (f_гр) приводятся в [1.9-1.10]. В зависимости от рабочей частоты и типа РПД, нормы на P (f_гр) составляют –(40 ... 60) дБ относительно уровня средней мощности основного излучения.

Излучение на субгармониках (subharmonic emission) соответствует частотам f_сб = f_н / n; n = 2; 3, 4 ... в РПД, у которых сигнал основного излучения на частоте f_н формируется с помощью умножителей частоты. При недостаточном ослаблении в процессе умножения уровней сигналов с частотами f_сб они через усилители мощности и АФУ излучаются одновременно с сигналом основного излучения РПД. Рекомендации по расчету уровней излучения РПД на субгармониках содержат [1.10; 1.20].

Комбинационное излучение (combination emission) возникает на частотах, соответствующих суммарно-разностному преобразованию вида f_к = ׀ p f₁ g f₂ m f₃ ׀, где p; g; m = 1; 2; 3 ... ; а сигналы на частотах f₁ ; f₂ ; f₃… формируются внутри РПД: например, в возбудителе или синтезаторе частот. Сигналы на комбинационных частотах f_к присутствуют на выходе РПД в основном в полосе частот оконечного усилителя мощности, быстро убывают за ее пределами и не превышают уровни излучения РПД на гармониках.

Интермодуляционному излучению (intermodulation emission) соответствуют частоты суммарно-разностного преобразования вида f_им = ׀ n f₁ + m f₂ ׀, где n; m = 1; 2; 3 ... ; при этом считается, что сигнал с частотой f₁ соответствует несущей первого (проверяемого по параметрам ЭМС) РПД, а сигнал с частотой f₂ – несущей второго РПД, создающего непреднамеренную внешнюю помеху первому. Интенсивность сигналов на частотах интермодуляционного излучения f_им, таким образом, зависит не только от параметров ЭМС отдельных РПД, но и от общей ЭМО в месте их размещения, а также от характера их взаимодействия в рассматриваемой ЧПВ-области.

В [1.9; 1.20] отмечены две физические причины появления интермодуляционного излучения: в первом случае мощный сигнал с частотой f₂ поступает на оконечный каскад РПД и усиливается одновременно с сигналом на частоте f₁, что приводит к вырождению суммарно-разностного преобразования на два отдельных варианта: n = 1; m =0 и m =1; n = 0. Во втором случае, который для обеспечения ЭМС РЭС представляет основной интерес, сигнал на частоте f₂ изменяет параметры активных нелинейных элементов первого РПД, что ведет к интермодуляции сигнала на частоте f₁ и появлению на выходе первого РПД сигналов с частотами f_им.

При взаимодействии между собой произвольной совокупности РЭС число сигналов с частотами f_им быстро увеличивается с ростом порядка интермодуляции N = ׀n ׀+ ׀m ׀+ ... , однако мощность каждого из них на выходе рассматриваемого (условно по-прежнему первого) РПД, в свете изложенного, также зависит от мощности излучения и параметров ЭМС всех отдельных РЭС (которые, в свою очередь, зависят от типа активных элементов в выходных каскадах и степени «развязки» РЭС в общей ЧПВ-области: значений рабочих частот; особенностей пространственного расположения РПД и АФУ; различной поляризации АФУ и т.д.). Примеры возможных значения частот основных (низших по значению N ) порядков представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Частоты интермодуляционного излучения N = 2...5 порядков

Порядок N	Частота интермодуляционного излучения fим
	׀ f1 f2 ׀
	׀ 2 f1 f2 ׀ ; ׀ f1 f2 f3׀
	׀ 2 f1 2 f2 ׀ ; ׀ 3 f1 f2 ׀ ; ׀ f1 3 f2 ׀ ; ׀ 2 f1 f2 f3׀ ; ׀ f1 2 f2 f3׀ ; ׀ f1 f2 2 f3׀
	׀ 3 f1 2 f2 ׀ ; ׀ 2 f1 3 f2 ׀ ; ׀ f1 4 f2 ׀ ; ׀ 4 f1 f2 ׀ ; ׀ 2 f1 2 f2 f3׀ ; ׀ 2 f1 2 f2 f3׀ ; ׀ f1 2 f2 2 f3׀ ; ׀ f1 f2 f3 f4 f5 ׀

С ростом порядка N уровни интермодуляционных сигналов в целом снижаются, однако с точки зрения ЭМС РЭС они не являются равнозначными. Сигналы с частотами f_им четного порядка, как это следует из анализа таблицы 1.2, имеют значительную расстройку относительно частоты f₁ и поэтому существенно ослабляются селективным радиотрактом первого РПД. Составляющие третьего порядка, напротив, наиболее близки к частоте f₁ , поэтому они могут попадать в полосу пропускания выходного каскада – то же относится к частотам пятого и седьмого порядков, но они значительно меньше по уровню составляющих третьего порядка и не так опасны.

Помимо РР [1.16] исходные данные, нормы и рекомендации по определению уровней интермодуляционного излучения РПД включают [1.9; 1.20]. В дополнение к общим мерам по снижению уровней побочного излучения РПД (фильтрация, конструктивные и технологические мероприятия), интенсивность интермодуляционного излучения можно существенно снизить, регулируя связь между РПД и АФУ в общей ЧПВ-области.

Паразитное излучение (parasitic emission; leakage radiation; stray radiation) появляется в результате самовозбуждения РПД при наличии паразитных связей между его каскадами – на частотах как выше, так и ниже несущей f_н . Поскольку значения этих частот зависят от случайных значений паразитных реактивностей в тракте РПД, они не являются кратными частоте f_н , трудно поддаются прогнозированию и могут иметь значительный разброс для серии однотипных РЭС.

Согласно РР, уровни побочных излучений жестко нормируются на разных участках РЧС: или в относительном виде (в дБВт по отношению к уровню основного излучения), или в абсолютных значениях излученной мощности (мВт; мкВт и т.п.).

Шумовое излучение (noise emission) обусловлено собственными шумами элементов РПД и паразитной модуляцией несущей шумовыми процессами. Эти излучения характеризуются спектральной плотностью мощности шума P_ш (Δf ) (абсолютной или в дБВт относительно основного излучения) и, как это видно на рис. 1.1, шириной занимаемой полосы частот Δf_ш . Справочные данные и рекомендации по расчету P_ш (Δf ) в пределах полосы Δf_ш при расстройке Δf от несущей f_н приводятся в [1.10]. В занимаемой полосе частот Δf_зн уровни шума на 60 ... 80 дБ ниже уровня основного излучения РПД и практически незаметны. В то же время за пределами данной полосы, даже при расстройках порядка (5 ... 10) МГц, шумовое излучение мощных РПД может создавать помехи РПУ других РЭС [1.20], что требует принятия мер по обеспечению их ЭМС.

Все блоки РПД, за исключением элементов высокочастотного (ВКЧ) тракта, способны выступать (по аналогии с другим электро- и радиооборудованием) в качестве как источников ИРП (излучаемых и кондуктивных), так и (по аналогии с РПУ) их рецепторов – в последнем случае за счет влияния мощных соседних РПД могут заметно повышаться, например, уровни шумового излучения.