4. Модели огибающей спектра и параметры излучения РПУ

Привет, Вы узнаете о том , что такое модели огибающей спектр, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое модели огибающей спектр, параметры излучения рпу , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электромагнитная совместимость.

4.1 Основное излучение

На практике излучения радиопередающих устройств, как правило, занимают более широкую полосу частот, чем необходимая. Ширину полосы частот основного излучения определяют по значениям граничных частот в полосе, вне которой мощность спектральных составляющих сигнала не превышает заданного относительного уровня. Исходный уровень зависит от вида модуляции полезного сигнала.

В наиболее распространенных случаях нулевой уровень устанавливается по амплитуде несущей при отсутствии модуляции, а для импульсных сигналов за нулевой уровень принимают максимальное значение огибающей спектра.

Использование нескольких измерительных уровней позволяет проводить контроль внеполосных излучений. Для измерения ширины занимаемой полосы частот по значениям граничных частот на задаваемом уровне излучения (в децибелах) удобно применять обычные анализаторы спектра.

Наличие норм на внеполосные излучения обеспечивает возможность построения огибающей спектра мощности для любого класса излучения.

Сведения об огибающей спектра мощности используются на этапе анализа ЭМС РЭС. Обычно точная форма огибающей существенной роли не играет, и это позволяет использовать для аппроксимации огибающей функциональные зависимости различного вида.

В практических целях чаще всего используется простейшая аппроксимация огибающей спектра мощности отрезками прямых

(4.1)

где – значение огибающей при расстройке относительно центра спектра на величину

– номер аппроксимируемого участка огибающей; ^f_i – ширина аппроксимируемого участка; A_i - скорость изменения огибающей на i -м участке аппроксимации, дБ/дек.

Наклон ограничительной линии ^A_i характеризует скорость убывания мощности спектральных составляющих мощности излучения.

Функциональная зависимость (4.1) позволяет достаточно удобно использовать логарифмический масштаб по оси частот при графическом построении огибающей спектра.

На рис. 4.1 показана ограничительная кривая спектра мощности излучения.

При большом числе РЭС для оперативной оценки ЭМС удобнее пользоваться аппроксимацией вида (4.1) не для класса излучения, а для вида модуляции. Значения коэффициентов для соответствующих моделей приведены в Приложении 2 (табл. П2.1).

Максимальное ослабление спектральных составляющих принимается равным –100 дБ.

Рисунок 4.1 – Ограничительная кривая спектра излучения класса А3Е:

B_к – ширина контрольной полосы частот; B_Xi – ширина полосы на уровне X_i

4.2 Внеполосное излучение

Спектр внеполосного излучения - это часть спектра плотности мощности или спектра мощности (в случае дискретного спектра), которая находится за пределами необходимой полосы частот. Незначительная, и поэтому не принимаемая во внимание, часть внеполосных излучений может находиться и в области побочных излучений.

Спектр основного излучения определяется видом модуляции. Часть спектральной мощности полезного сигнала, находящаяся вне пределов необходимой полосы частот, образует внеполосное излучение. Так, показанное на рис. 3.1 внеполосное излучение создается составляющими спектра при . Сигнальные внеполосные излучения могут происходить из-за неоптимального выбора формы модулирующего сигнала, нелинейного характера модуляционной характеристики передатчика или тракта формирования модулирующего сигнала, эффектов перемодуляции.

Допустимый уровень внеполосного излучения определяется суммарной величиной средней мощности, излучаемой на частотах, лежащих за пределами необходимой полосы частот. Этот уровень нормируется в процентах от средней мощности излучения и должен быть минимальным, чтобы не создавать радиопомех в соседних радиоканалах.

4.3 Излучения на гармониках и субгармониках

После основного излучения передатчика наиболее значительным уровнем обладают излучения на гармониках.

Имеются две причины возникновения излучений на гармониках:

• в радиопередатчиках метрового и более длинноволновых диапазонов ими служат каскады усилителей мощности, работающие с углами отсечки тока менее 180^о;
• в более высокочастотных передатчиках (дециметровых и более коротких волн) они формируются в выходных электровакуумных приборах. Об этом говорит сайт https://intellect.icu .

Например, в магнетронах уровень второй гармоники достигает значений

(-30...-40) дБ, в ЛБВ (-20...-30) дБ, а у широкополосных ЛБВ (-7...-10) дБ.

Ослабление излучений на гармониках осуществляют схемным путем (двухтактные схемы, ООС и т.п.), а также фильтрацией. Однако полного подавления этих излучений добиться не удается.

Уровни этих излучений зависят от многих случайных факторов, которые не всегда возможно учесть. При анализе ЭМС уровень мощности побочного излучения (выраженный в децибелах: дБ/мВт) обычно считают случайной величиной с нормальным законом распределения. При этом ее полностью характеризуют два первых момента закона распределения: среднее значение и дисперсия.

Частотную зависимость среднего значения мощности P_g в дБВт на частоте n -й гармоники f_n принято описывать упрощенным выражением вида

(4.2)

где P_T ( f_0T ) – средний уровень мощности основного излучения на рабочей частоте передатчика f_0T ; A_g и Q_g – постоянные коэффициенты.

Величина A_g – характеризует скорость спада уровня побочного излучения в зависимости от его расстройки по отношению к частоте основного излучения, Q_g – это ослабление по отношению к основному излучению. Эти коэффициенты обычно определяются на основе статистической обработки результатов измерений

Отметим, что модель, описываемая выражением (4.2), носит общий характер и может быть использована для описания не только излучений на гармониках, но и других видов побочных излучений. При этом коэффициенты модели для разных типов побочного излучения различны.

Имея выборочные значения мощности излучений P_T ( f_i ) на частотах f_i , соответствующих гармоникам, можно рассчитать и второй момент распределения  дисперсию

В тех случаях, когда отсутствуют сведения о параметрах модели (4.2), можно использовать данные приведенные в Приложении 2 (см. табл. П2.2).

4.4 Комбинационные, интермодуляционные, паразитные и шумовые излучения

Напомним, что комбинационное излучение возникает в результате взаимодействий в радиопередатчиках колебаний на несущей частоте с колебаниями, формирующими несущую частоту, а также их гармоник.

Побочные комбинационные излучения характерны для передатчиков, содержащих диапазонные возбудители. Они образуются в возбудителе или синтезаторе частоты передатчика, когда рабочая частота формируется из одной или нескольких частот автогенератора или опорного кварцевого генератора.

В синтезаторе сетка рабочих частот создается путем нелинейных преобразований нескольких колебаний с частотами f₁ , f₂ , f₃ … , находящихся обычно в декадном соотношении f₂ =10 f₁ , f₃ =10 f₂ … .

В результате их смешивания появляются составляющие с частотами , где p, q, m – положительные целые числа. Все они вместе с полезным

колебанием рабочей несущей частоты присутствуют на выходе синтезатора.

Используя фильтры, выделяют нужную частоту. При неверном выборе исходных частот, или плохой фильтрации, колебания нежелательных комбинаций частот могут проникать на выход передатчика.

Так, например, если некоторые частоты удовлетворяют неравенству

где f_ф – частота настройки фильтра смесителя, B_ф – полоса пропускания этого фильтра, то в спектре излучения формируемого РПУ будет наблюдаться значительный уровень комбинационного излучения.

Формирование сетки частот методом анализа характерно тем, что рабочая частота возбудителя создается генератором с плавной перестройкой частоты и стабилизируется с помощью тех или иных методов автоподстройки частоты. По сравнению с методом синтеза метод анализа обеспечивает более низкий уровень комбинационных частот.

Для аналитического описания уровней комбинационного излучения используется модель (5.2). Структура спектра мощности комбинационного излучения, определяется структурой спектра задающего генератора и характером нелинейных преобразований.

Интермодуляционное излучение возникает, если передатчики различного назначения работают на близко расположенные антенны или на одну широкополосную антенну. Это излучение особенно важно учитывать при анализе ЭМС на объектах с большим количеством РПУ и небольшой площадью для размещения РЭС (в основном на подвижных объектах). Интермодуляционные излучения образуются по тем же законам, что и комбинационные. Однако не все интермодуляционные излучения представляют одинаковую опасность. Эта опасность определяется как мощностью этого излучения, так и величиной расстройки частоты интермодуляционного колебания относительно частоты настройки приемника.

При взаимодействии двух передатчиков с рабочими несущими частотами f₁ и f₂ интермодуляционные составляющие возникают на частотах , где m,n целые числа. Общей аналитической формулы для расчета мощности интермодуляционного излучения в настоящее время нет. Значения некоторых интермодуляционных частот приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3 – Интермодуляционные частоты

Порядок интермодуляции	2	3	5	7
Сочетание частот		2 f1- f2 2 f2 - f1	3 f1 - 2 f2 3 f2 - 2 f1	4 f1 - 3f2

Общее количество интермодуляционных частот увеличивается с ростом порядка интермодуляции . Значение расстройки интермодуляционных частот четного порядка относительно рабочей частоты передатчика велико и поэтому их уровни сильно ослаблены.

Наиболее опасными являются интермодуляционные излучения нечетного порядка, и в первую очередь те, которые расположены ближе к несущей частоте передатчика. Наиболее близкими по частоте к частоте основного излучения передатчика являются интермодуляционные частоты 3-го порядка. Они могут попадать в полосу пропускания выходного каскада, мало ослабляются избирательными цепями передатчика и поэтому оказывают наибольшее мешающее действие.

Интермодуляционные составляющие 5-го и 7-го порядков также могут находиться в полосе усиления оконечных каскадов, но их мощности значительно меньше, чем составляющих 3-го порядка.

Уровень продуктов интермодуляции нечетных порядков может быть описан посредством эмпирической формулы

P_I = C_I + kP_i ,

где P_I – мощность интермодуляционной помехи, дБ/мВт; P_i – мощность мешающего передатчика; C_I – постоянная интермодуляции; k – коэффициент пропорциональности, дБ/мВт.

Для снижения уровня интермодуляционных излучений применяют фильтрацию, а также уменьшают связь между антеннами путем их рационального размещения и применения структур пространственной развязки.

Параметры ^C_I и k по результатам измерений мощности помехи и мощности интермодуляционного излучения при заданной расстройке, могут быть рассчитаны по следующим формулам:

где индексы 1 и 2 означают номер измерения.

Шумовое излучение обусловлено собственными шумами элементов передатчика и паразитной модуляцией несущей в результате шумовых процессов. Шумовые излучения характеризуются спектральной плотностью мощности (абсолютной или относительно уровня основного излучения) и шириной занимаемой полосы частот. Интенсивность шумового излучения РПУ зависит от схемных решений, его назначения, диапазона частот, применяемой элементной базы и отстройки Δf относительно частоты ^f_0T основного излучения. Для количественного описания шумовых излучений можно применить выражение, аналогичное (4.2)

(4.3)

где P_N (Δf ) – уровень мощности (дБВт) шумового излучения при отстройке Δf от частоты основного излучения; A_N – скорость убывания шумового излучения (дБ/дек); Q_N – ослабление мощности шумового излучения в занимаемой полосе частот B_з относительно основного излучения.

Для широко- и узкодиапазонных радиопередатчиков коэффициент A_N равен соответственно –3 и –15 дБ/дек, а Q_N =-60...-80 дБ.

Исследование, описанное в статье про модели огибающей спектр, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое модели огибающей спектр, параметры излучения рпу и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электромагнитная совместимость