РАЗДЕЛ 2
МОДЕЛИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Как было показано в разделе 1, для обеспечения групповой оценки ЭМС следует
учитывать и оценивать, вызванные нелинейными свойствами радиоприёмного
устройства действия помех вследствие блокирования, перекрёстных искажений и
интермодуляции.
Современные радиоприемные устройства беспроводных систем связи содержат
значительную часть аналогового тракта [22,24,25,48-56]. Так антенна,
малошумящий усилитель, смеситель, усилитель мощности, генератор, детектор,
модулятор, а в некоторых случаях и весь радиотракт, включая тракт промежуточных
частот, остается аналоговым. В приемном тракте все указанные элементы проявляют
нелинейные свойства. Проявление нелинейных свойств заключается в появлении
нелинейных эффектов: блокирования полезных сигналов, перекрёстных искажений и
интермодуляции [11,43,44].
Модель эффектов блокирования полезного сигнала
Блокирование – нелинейный процесс, проявляющийся в уменьшении усиления
полезного сигнала во входном тракте радиоприёмного устройства, вызванный
действием интенсивного мешающего сигнала, частота которого находится вне полосы
основного канала приёма, например, в полосе одного из соседних каналов;
блокирование может создавать внеполосный и (или) побочный каналы приёма
[1-11,63].
Для количественной оценки эффекта блокирования можно использовать
полиномиальную модель коэффициента передачи активного элемента. Нелинейность
коэффициента передачи можно аппроксимировать различными зависимостями, в том
числе сложными, например рядами Вольтерра, но основные закономерности
прослеживаются, если воспользоваться простой моделью в виде степенного
полинома, основанного на использовании ряда Тейлора [14], поэтому для
количественной оценки эффекта блокирования можно использовать полиномиальную
модель коэффициента передачи активного элемента:
, (2.1)
где - коэффициент n-го члена полинома, s – степень полинома; - сумма напряжений
мешающего и полезного сигналов. , - производная порядка в выбранной рабочей
точке. Коэффициенты определяют крутизну нелинейной характеристики.
Функция разложима в ряд Тейлора, если остаточный член ряда Тейлора стремиться к
нулю , в противном случае не разлагается.
. (2.2)
Если блокирование происходит в усилителе высоких частот (УВЧ) приёмника, то как
первое приближение принимают s=3 и коэффициент, с отрицательным знаком.
Подставив сумму напряжений колебаний в многочлен (2.1), составляющая тока
первой гармоники полезного сигнала примет вид:
. (2.3)
В предположении, что оба сигнала (мешающий и полезный) синусоидальные и
немодулированные, коэффициент блокирования определяют как отношение изменения
амплитуды выходного тока на частоте полезного сигнала при блокировании к
амплитуде того же тока, в отсутствие блокирования:
. (2.4)
В отсутствие блокирования , при полном блокировании полезного сигнала .
Отрицательный знак указывает на уменьшение уровня полезного сигнала при
действии мешающего сигнала. По абсолютному значению возрастает пропорционально
амплитуде мешающего сигнала и отношению коэффициентов полинома, выражающего
степень нелинейности передачи сигнала активного элемента УВЧ. Чем больше
отношение, тем больше нелинейность.
Блокирование может иметь место и в первом преобразователе приёмника. В этом
случае следует использовать модель в виде многочлена четвёртой степени (2.1).
Входное напряжение будет представлено суммой трёх напряжений (добавляется
напряжение гетеродина). Подставив в многочлен, можно выделить составляющую тока
первой гармоники колебаний промежуточной частоты на выходе преобразователя,
т.е. ток полезного сигнала:
. (2.5)
По аналогии с блокированием в УВЧ определяем коэффициент блокирования в
преобразователе частоты [44,45,46]:
. (2.6)
Если << 1, что близко к реальной зависимости, поскольку вероятно малое значение
отношения , то:
. (2.7)
Сравнивая зависимости для в усилителе и преобразователе частоты, для первого
пропорционален отношению , а для второго . Т.к. УВЧ приёмника усиливает
напряжение мешающего сигнала, то блокирование нередко сначала проявляется в
первом преобразователе, а затем с ростом интенсивности этого сигнала, в УВЧ.
Если блокирование происходит одновременно в УВЧ и преобразователе частоты, то
их складываются, чем и определяется коэффициент блокирования приёмника в
целом.
2.2. Модель эффектов перекрёстной модуляции
Перекрёстная модуляция – нелинейный процесс модуляции полезного сигнала
сигналом мешающей радиостанции, обусловленный действием интенсивного мешающего
сигнала с частотой вне основного канала приёма, например, в одном из соседних
каскадов приёма; может создавать внеполосный и (или) побочный каналы приёма
[11,42,47,48].
Перекрёстная модуляция оценивается таким же методом, как и блокирование.
Различие состоит в том, что мешающий и полезный сигнал имеют амплитудную
модуляцию с различными коэффициентами , , а действие перекрёстной модуляции
определяется после детектирования.
При анализе перекрёстной модуляции в УВЧ используют формулу (2.1) предполагая,
что s=3 и коэффициент имеет отрицательный знак. Коэффициент перекрёстной
модуляции определяется, как отношение приращение амплитуды тока с частотой
мешающего сигнала к амплитуде тока полезного сигнала с частотой в отсутствие
мешающего:
, (2.8)
при mn > 0.
Между блокированием и перекрёстной модуляцией в УВЧ имеется корреляция, что
следует из формул (2.4) и (2.8). Аналогичный вывод можно сделать и относительно
этих эффектов в смесителе.
Блокирование и перекрёстная мод
- Київ+380960830922