3. Радиопередающие устройства как источники помех

Привет, Вы узнаете о том , что такое классификация излучений, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое классификация излучений, анализ спектров излучений , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электромагнитная совместимость.

3.1 классификация излучений

В задачах ЭМС понятие радиопередающее устройство (РПУ) включает в себя передатчик, фидерную линию и антенну. Основное функциональное назначение РПУ – генерация несущего гармонического колебания, модуляция и формирование электромагнитных колебаний, направляемых по фидеру в антенну и излучаемых далее в виде свободно распространяющихся в пространстве электромагнитных волн.

Согласно Регламенту радиосвязи излучения РПУ должны обозначаться в соответствии с необходимой полосой частот и видом (классом) сигналов.

Необходимая полоса радиочастот (обозначается B_н ) – это минимальная ширина полосы частот данного класса радиоизлучений достаточная для передачи полезного сигнала с заданной скоростью и требуемым качеством.

Величина необходимой ширины полосы частот (НШПЧ) излучения указывается перед обозначением его класса и содержит три цифры и одну букву. Буквенный символ играет роль десятичной запятой, отделяющей целую часть от дробной, и указывает единицу измерения полосы частот.

Значения ^B_н выражаются:

• от 0,001 до 999 Гц – в герцах (буква Н);
• от 1 до 999 кГц – в килогерцах (буква K);
• от 1 до 999 МГц – в мегагерцах (буква M);
• от 1 до 999 ГГц – в гигагерцах (буква G).

Пример 3.1.

0,002 Гц – H0024; 2,75 кГц – 2К754; 410 Гц – 410Н; 3,25 ГГц – 3G25; 36,47 кГц - 36К5 (округление до трех значащих цифр).

В зависимости от своих характеристик излучения РПУ классифицируются по определенным признакам. Причем обозначение каждого класса содержит в кодированной форме указания на основные и дополнительные характеристики колебаний, формируемых передатчиком, и излучаемого радиосигнала.

Класс радиоизлучения ̶ это совокупность характеристик, выраженная условными обозначениями видов модуляции, модулирующего сигнала и передаваемых сообщений и (в случае необходимости) дополнительными характеристиками сигнала.

Каждый класс радиоизлучения обозначается трехзначным символом, охватывающим основные признаки излучения.

Первый обязательный элемент (буква) – характеризует тип модуляции основной несущей, второй обязательный элемент (цифра) – характеризует сигнал, модулирующий основную несущую, третий обязательный элемент (буква) – указывает вид передаваемой информации (см. табл. П1.1… П1 3, Приложение 1).

Если необходима более детальная классификация радиоизлучения, обязательный трехзначный символ соответствующего класса радиоизлучения дополняется еще двумя элементами.

Пример 3.2. Наиболее распространенные классы радиоизлучения.

Двухполосная телефония с амплитудной модуляцией (А3).

A3E (А – двухполосная амплитудная модуляция, 3 – один канал информации, Е – телефония, включая звуковое вещание).

A3EGN (G –монофоническое радиовещание, N – отсутствие уплотнения).

Однополосная модуляция:

H3E – однополосная радиопередача с полной несущей.

R3E – однополосная радиопередача с ослабленной несущей. Уровень излучения несущей еще позволяет ее восстановление и использование при радиоприеме.

C3F – однополосная радиопередача с остаточной (частично подавленной) боковой полосой. Этот класс радиоизлучения применяется в телевидении, отличительная особенность его - подавление верхней части спектра одной из боковых полос. Сохранение низкочастотной части остаточной боковой полосы необходимо для лучшего воспроизведения изображения.

С3FNN - цветное изображение.

Частотная модуляция:

F8EHN – ЧМ стереофоническое радиовещание.

F3EGN – звуковое сопровождение.

Импульсная модуляция:

P0N – судовая РЛС (последовательность немодулированных импульсов).

QXN – РЛС с линейно-частотной модуляцией.

Каждому РПУ в зависимости от класса формируемых им излучений отводится определенная полоса частот.

3.2 Основные понятия, применяемые при анализе спектров излучений

Основное излучение – это электромагнитное излучение РПУ в необходимой полосе радиочастот и используемое для передачи полезного сигнала. Наряду с основным излучением работа передающих устройств сопровождается многочисленными нежелательными излучениями.

К параметрам основного излучения радиостанции в пределах необходимой полосы частот относятся:

Параметры	Единицы измерения
- несущая частота и ее отклонение,	Гц
- необходимая полоса частот,	Гц
- выходная мощность,	Вт, дБВт
- поверхностная плотность потока мощности для бортовых спутниковых РЭС,	Вт/м2, дБВт/м2
- вид и параметры модуляции
- ослабление несущего колебания и подавление нерабочей полосы частот для однополосных РПУ	дБ

Примерный спектр излучений формируемых РПУ показан на рис. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 3.1.

Рисунок 3.1 – Спектр мощности излучений РПУ

Источником информации о параметрах основного излучения может служить техническое описание, в котором указывается номинальная мощность излучения, рабочие частоты передатчика, вид модуляции сигнала.

Рисунок 3.2 –̶ Классификация излучений РПУ

Нежелательные излучения. Их частоты лежат за пределами необходимой полосы частот. Особенностью является то, что они не являются необходимыми для передачи полезной информации. Нежелательные излучения делят на внеполосные и побочные.

Внеполосные излучения – это излучения в полосах частот непосредственно примыкающих к необходимой полосе частот и возникающие в результате модуляции полезного сигнала.

Причинами внеполосного излучения могут быть:

• недостаточное подавление на входе модулятора составляющих спектра модулирующего сигнала, находящихся за пределами верхней граничной частоты F_в ;
• наличие нелинейности амплитудной и фазовой характеристики тракта передачи;
• применение модулирующих сигналов излишне большого уровня (явление перемодуляции).

На практике большинство радиостанций имеют неоптимальное (несовершенное) излучение, в частности из-за наличия внеполосных излучений, частоты которых лежат за пределами необходимой полосы частот. Они ухудшают условия ЭМС мешая РЭС, работающим в соседних близлежащих полосах частот.

Для оценки фактического (несовершенного) излучения введено понятие занимаемой полосы B_з частот. Согласно ранее установленным нормам ширина занимаемой полосы частот всех классов радиоизлучения не должна превышать ширину необходимой полосы частот более чем на 20 %.

Занимаемая полоса радиочастот определяется как такая полоса, за пределами которой излучается определенная доля , средние излучаемые мощности составляют β (обычно 1%) средней мощности излучения данной радиостанции на присвоенной ей частоте.

Величина β для каждого конкретного класса определяется отдельно. При β =0,5 в пределах занимаемой полосы частот излучается 99 % средней мощности.

Излучение с точки зрения использования РЧС считается совершенным, если ширина занимаемой полосы частот равна необходимой ширине полосы частот (как показано на рис. 3.3).

Рисунок 3.3 – Соотношения между занимаемой и необходимой полосой частот:

1. - ширина занимаемой полосы меньше необходимой;
2. - ширина необходимой полосы частот;
3. - ширина больше необходимой полосы частот

Для того, чтобы иметь информацию о форме огибающей спектральной плотности мощности излучения и о скорости убывания спектральных составляющих внеполосного излучения за пределами необходимой полосы частот вводится понятие ширины полосы частот B_X на уровне - X дБ относительно уровня основного излучения, принимаемого за 0 дБ.

За пределами полосы B_X интенсивность любых спектральных составляющих или спектральная плотность мощности внеполосного излучения ослаблена относительно уровня основного излучения не менее чем на X дБ. Применение нескольких уровней (например, X=-30,-40,-50 дБ) дает возможность контролировать скорость убывания внеполосного излучения. Обычно за нижний уровень принимается X  60 дБ.

Контроль и нормирование внеполосного излучения осуществляется с применением понятия контрольной ширины полосы частот, за пределами которой любая спектральная составляющая ослаблена на 30 дБ.

Линия, проходящая через допустимые значения уровней X спектра излучения (например, 0...-30...X ...- 60), называется ограничительной. Она определяет верхнюю границу максимально допустимых значений составляющих спектра мощности внеполосного излучения. Значения ширины полос (B_н , B_к , B_X , B_з ) нормированы для различных классов излучения.

Побочные излучения – это широкий класс излучений, вызванных нелинейными процессами, происходящими в РПУ при формировании несущей частоты передатчика и усилении ВЧ колебаний. В этот класс включают: излучения на гармониках и субгармониках, комбинационные, интермодуляционные и паразитные излучения.

Излучения на гармониках – это побочные излучения частоты которых в целое число раз больше несущей частоты основного излучения. Если f_0T – частота несущей, то частота N -й гармоники ( f_N ) определяется соотношением

f_N = Nf_0T N = 2,3,...

Излучения на субгармониках – это побочные излучения на частотах в целое число раз меньших несущей частоты основного излучения. Субгармоники передатчика являются гармониками задающего генератора, поэтому число субгармоник ограничено коэффициентом умножения частоты задающего генератора.

Частота M -й субгармоники ( f_sM ) определяется соотношением:

Комбинационные излучения возникают в РПУ, где основное излучение формируется путем частотного преобразования нескольких вспомогательных колебаний. Они характерны для диапазонных передатчиков, возбудители, которых обеспечивают требуемую сетку частот на основе системы, содержащей один или несколько кварцевых генераторов.

Паразитные излучения – это побочные излучения, возникающие в результате самовозбуждения радиопередатчика из-за наличия паразитных связей в генераторных или усилительных приборах или в его каскадах.

Частоты паразитных излучений никак не связаны с основной частотой передатчика или с частотами колебаний, возникающих в процессе ее формирования и модуляции.

Интермодуляционное излучение – это побочное излучение, возникающее в результате воздействия на нелинейные элементы ВЧ тракта радиопередающего устройства генерируемых им колебаний и колебаний поступающих извне

Оно может возникать при одновременной работе нескольких передатчиков, особенно при работе на одну или близкорасположенные антенны. При этом определенная часть мощности одного передатчика может проникать в оконечные каскады усилителей мощности другого передатчика, работающие в нелинейном режиме. Вследствие этого в спектрах излучений формируемых этими передатчиками могут появиться компоненты, частоты которых представляют собой линейные комбинации частот упомянутых передатчиков.

Под выходной мощностью радиопередатчика следует понимать активную мощность, передаваемую им в антенно-фидерное устройство или эквивалент нагрузки. Она может быть определена несущей, средней, пиковой или импульсной мощностью.

Мощность несущей радиопередатчика – выходная мощность при непрерывном излучении без модуляции несущей.

Средняя мощность – выходная мощность нормально работающего радиопередатчика, определяемая как среднее значение мощности за время, превышающее период ΔT наименьшей частоты модулирующего сигнала, в течение которого средняя мощность максимальна.

Пиковая мощность – выходная мощность радиопередатчика, соответствующая максимальной амплитуде радиочастотного сигнала.

Pпик = Uмакс2 / Rн .

Импульсная мощность – выходная мощность радиопередатчика, определяемая, как среднее значение мощности за время ^T_и излучения импульса.

Для решения задач ЭМС РЭС необходимо знать не только выходную мощность, но и величину мощности, излучаемой РПУ в том или ном направлении – эффективную излучаемую мощность.

Эффективная излучаемая мощность определяется, как произведение мощности подводимой к антенне и коэффициента усиления этой антенны в данном направлении, измеренного относительно эталонной антенны.

Эквивалентная изотропно излучаемая мощность определяется, как произведение мощности подводимой к антенне и коэффициента усиления этой антенны в данном направлении, измеренного относительно изотропной антенны

В зависимости от назначения РПУ нормируют его выходную мощность или эквивалентную изотропно излучаемую мощность.

При детерминистическом подходе номинальная мощность передатчика является параметром, определяющим мощность возможного источника помех.

Статистический подход к описанию основного излучения предполагает, что мощность является случайной величиной, которая, будучи выражена в децибелах относительно милливатта или ватта, имеет нормальный закон распределения вероятности со средним значением, равным номинальной мощности передатчика, и среднеквадратическим отклонением, определяемым допуском разброса мощности. Рекомендуют брать среднеквадратическое отклонение номинальной мощности передатчика σ_T равным 2 дБ

Исследование, описанное в статье про классификация излучений, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое классификация излучений, анализ спектров излучений 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