Слайд 1
Научно-учебный центр
по радиоконтролю
и электромагнитной совместимости
Северо-западного региона
Слайд 2Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных
средств.
Параметры и характеристики радиоприемных и радиопередающих устройств, влияющие на ЭМС.
Виноградов Евгений Михайлович к.т.н., доцент кафедры
«Радиотехнические системы» (ГЭТУ/ЛЭТИ/).
Слайд 3Виды излучений радиопередатчиков.
Bн – ширина необходимой полосы частот
Слайд 4Виды излучений передатчиков, влияющие на ЭМС
Слайд 5Основное и внеполосное сигнальное излучения
Необходимая ширина полосы частот. Ширина полосы
частот, которая при данном классе излучения достаточна для передачи сообщений
с необходимой скоростью и качеством при определенных условиях, называется необходимой шириной полосы частот.
Класс излучения – это совокупность характеристик сигнала, которым присваиваются специальные буквенные или цифровые обозначения и которые указывают на вид модуляции, характер модулирующего сигнала, вид передаваемой информации, а при необходимости и на дополнительные характеристики сигнала.
Слайд 6Основное и внеполосное сигнальное излучения
Для обозначения класса излучения используется пять
символов. Второй символ – цифра, остальные – буквы.
Первые три символа
обозначают основные характеристики сигнала: тип модуляции основной несущей, характер сигнала (сигналов), модулирующего основную несущую, тип, передаваемой информации
Два последних символа описывают дополнительные характеристики сигнала
Слайд 7Основное и внеполосное сигнальное излучения
Перед обозначением класса указывают необходимую ширину
полосы частот
Необходимая ширина полосы выражается тремя цифрами и одной буквой.
Буква играет роль десятичной запятой, отделяющей целую часть от дробной в десятичной дроби и указывает на единицу измерения ширины полосы частот: H – Гц, K – кГц, M – МГц, G – ГГц. Первый знак не может быть ни нулем, ни буквой К, М или G, но может быть буквой H.
Слайд 8Основное и внеполосное сигнальное излучения
Примеры:
10K0A3EGN монофоническое радиовещание с амплитудной
модуляцией с двумя боковыми полосами без уплотнения с необходимой полосой
10 кГц
6K00A3EJN монофоническая коммерческая радиотелефония с амплитудной модуляцией с двумя боковыми полосами без уплотнения с необходимой полосой 6 кГц
216KF3EHN стереофоническое радиовещание с частотной модуляцией без уплотнения с необходимой полосой 216 кГц
Дополнительно:
GSM 900: 271KF7W , CDMA: 1M25G7W
Слайд 9Основное и внеполосное сигнальное излучения
Маска спектральной плотности мощности (маска спектра)
ограничительная линия, устанавливающая верхнюю границу значений спектральной плотности мощности,
излучаемой радиопередатчиком
Спектральная маска сигнала передатчика ОВЧ ЧМ радиовещания (предварительное предложение) (Ширина канала 200 кГц)
Частота относительно центральной частоты канала, кГц
Слайд 10Побочные излучения радиопередатчиков
Информацию о параметрах этих излучений получают на
основе:
измерений на реальных передатчиках;
математических моделей, полученных по результатам
измерений или теоретических исследований;
норм на уровни побочных излучений.
Слайд 11Побочные излучения радиопередатчиков
Эмпирическая математическая модель
PT(f) = PT(f0T) + A
lg (f/f0T) + B,
где PT(f) – средняя мощность побочного
излучения передатчика на частоте f, выраженная в децибелах относительно ватта, дБВт, или милливатта, дБм; PT(f0T) – средняя мощность основного излучения передатчика на его рабочей частоте f0T, выраженная в тех же единицах, что и PT(f); A – коэффициент, описывающий скорость спада мощности побочных излучений по мере отстройки от основной частоты, дБ/дек; B – постоянное ослабление побочного излучения по отношению к основному, дБ.
Слайд 12Побочные излучения радиопередатчиков
Нормы устанавливают ограничения на мощность побочных излучений в
пределах контрольной ширины полосы частот, которая используется при измерениях побочных
излучений и имеет следующие значения:
1 кГц ………в полосе частот 9 кГц…150 кГц;
10 кГц……..в полосе частот 150 кГц…30 МГц;
100 кГц……в полосе частот 30 МГц…1ГГц;
1 МГц……...в полосе частот выше 1ГГц.
Слайд 13Шумовые излучения передатчика
Модели и описания шумовых излучений в технической
документации рассматривают шум в одной боковой полосе за пределами необходимой
полосы излучения или канала, используемого передатчиком
Шумовые излучения характеризуют либо ослаблением, либо значением спектральной плотности мощности шума относительно мощности несущей (при ее отсутствии относительно средней мощности излучения) в зависимости от величины отстройки от рабочей частоты передатчика
Слайд 14Шумовые излучения передатчика
Спектральная плотность мощности шумовых излучений может рассматриваться как
в полосе 1 Гц, так и в другой полосе B,
отличной от 1 Гц. В зависимости от этого значения спектральной плотности указывают либо в dBc/Гц (при полосе 1 Гц), либо в dBc/B ( при полосе B 1 Гц).
Слайд 15Шумовые излучения передатчика
Пример
Шумовые излучения передатчика системы TETRA
Слайд 16Интермодуляция в радиопередатчиках
Рекомендация МСЭ-Р SM.1146 выделяет пять типов интермодуляции
в радиопередатчиках:
1. Интермодуляция в одиночном передатчике.
2. Многоканальная интермодуляция.
3. Интермодуляция между
передатчиками.
4. Интермодуляция в активных антеннах.
5. Интермодуляция в пассивных цепях
Слайд 17Структурная схема приемника с однократным преобразованием частоты
Слайд 18Характеристика избирательности приемника
PR – уровень сигнала на входе приемника;
BR –
полоса пропускания по основному каналу приема
f0R – частота настройки приемника;
f г – частота гетеродина;
fпч – промежуточная частота;
fзк – частота зеркального канала.
Слайд 19Каналы приема, нелинейные эффекты и излучения РПУ, влияющие на ЭМС
Слайд 20Параметры основного канала приема
– частота настройки
– чувствительность (реальная, пороговая)
PR(f0R) =
–174 + 10 lg (BR[Гц]) + NF + (S/N)вых, дБм
Для
Rвх = 50 Ом PR= –107 + U [дБмкВ]
– избирательность (дБ)
коэф-т прямоугольности по уровню α: Πα=Bα/B3(6)
Слайд 21Параметры основного канала приема
– избирательность на нескольких уровнях
D(Δf) = D(Δfi)
+ Di lg (Δf/Δfi) для |Δf | >
BR/2 ,
Δfi ≤ Δf ≤ Δfi+1
Слайд 22Побочные каналы приема
частоты побочных каналов приема
где fпк, fг, fпч –
частоты побочного канала, гетеродина и промежуточная частота, соответственно; q, p
– целые числа как положительные, так и отрицательные (при этом p может быть и нулем)
помеха потенциально опасна по ПКП, если
fпч Bпч/2 ≤ |qfi + pfг| ≤ fпч + Bпч/2
где fi – частота мешающего сигнала; Bпч – ширина полосы пропускания тракта ПЧ
Слайд 23Побочные каналы приема
Восприимчивость приемника по побочному каналу приема – свойство
приемника реагировать на помеху по ПКП
Численно восприимчивость РПУ по ПКП
определяют уровнем мешающего сигнала по ПКП на входе приемника, который на выходе РПУ создает такой же отклик, как и полезный сигнал на частоте настройки приемника, когда уровень полезного сигнала на входе РПУ равен чувствительности приемника.
В спецификациях РПУ этот параметр обычно выражают в децибелах относительно чувствительности приемника.
Слайд 24Побочные каналы приема
Источники информации о восприимчивости ПКП:
- результаты измерений;
- спецификации
и другая техническая документация на радиоприемные устройства;
- эмпирические модели:
PR(f) =
PR(f0R) + I lg (f/f0R) + J,
где PR(f) – восприимчивость приемника по ПКП на частоте f, дБм;
PR(f0R) – чувствительность приемника на частоте f0R, дБм;
I – скорость изменения восприимчивости приемника, дБ/дек;
J – постоянное ослабление по ПКП, дБ
Слайд 25Коэффициент частотной коррекции
По ОКП:
где CFO(Δf) – коэффициент частотной коррекции
при расстройке помехи Δf относительно ОКП, дБ;
s(f) – спектральная
плотность мощности, принимаемого излучения, Вт/Гц;
|h(f)| – амплитудно-частотная характеристика приемника (наиболее узкополосного тракта ПЧ)
Слайд 26Коэффициент частотной коррекции
По ПКП:
CFпк(Δf) = CFО(Δf) Lпк(fi),
где Lпк(fi)
– восприимчивость ПКП, по которому действует помеха с частотой fi
, дБ
Уровень эквивалентной помехи на частоте настройки приемника f0R, Iэ(f0R) [дБм]
Iэ(f0R) = I(fi) + CF(Δf),
где CF(Δf) – коэффициент частотной коррекции, который вычисляется в зависимости от канала, по которому поступает помеха;
I(fi) – уровень помехи на входе приемника на частоте fi , [дБм]
Слайд 27Нелинейные эффекты в радиоэлектронной аппаратуре
Нелинейные эффекты в РПУ:
компрессия (сжатие)
полезного сигнала
блокирование
перекрестные искажения
интермодуляция
Нелинейные эффекты в РПД:
интермодуляция
Слайд 28Анализ нелинейных эффектов : представление каскада аппаратуры при анализе нелинейных
эффектов
uвых(t) = F(uвх(t))
НЭ
F(uвх(t))
uвх(t)
ЛФ
H(f)
uвых(t)
Слайд 29Компрессия (сжатие) сигнала
Амплитудная характеристика прибора
Уровень входного сигнала, при котором коэффициент
усиления снижается на 1 дБ, называется точкой компрессии 1 дБ,
отнесенной к входу
Слайд 30Нелинейные эффекты: блокирование
Блокирование приемника – изменение уровня сигнала или
отношения сигнал/шум на выходе радиоприемного устройства при действии на его
входе радиопомехи, частота которой не лежит в полосе основного или побочного каналов приема
Основные параметры и характеристики:
коэффициент блокирования, уровень восприимчивости к блокированию, динамический диапазон по блокированию, характеристика частотной избирательности приемника по блокированию
Слайд 31Нелинейные эффекты: блокирование
Коэффициент блокирования РПУ – это отношение разности уровней
сигнала на выходе РПУ при отсутствии и при наличии мешающего
сигнала на его входе к уровню этого сигнала при отсутствии мешающего сигнала
kбл = (UвыхUвых. бл)/ Uвых = Uвых/ Uвых,
где kбл – коэффициент блокирования;
Uвых – уровень сигнала на выходе РПУ при отсутствии мешающего сигнала на его входе;
Uвых. бл уровень сигнала на выходе РПУ при наличии мешающего сигнала на его входе
Слайд 32Нелинейные эффекты: блокирование
Уровень восприимчивости к блокированию – минимальный уровень радиопомехи
на входе РПУ, при котором коэффициент блокирования равен заданному значению.
Динамический
диапазон по блокированию – отношение уровня восприимчивости к блокированию к чувствительности радиоприемного устройства
Характеристика частотной избирательности приемника по блокированию – зависимость восприимчивости к блокированию от расстройки мешающего сигнала относительно частоты настройки приемника
Слайд 33Нелинейные эффекты: блокирование
Точка компрессии усиления 1 дБ, отнесенная к входу,
при блокировании – это уровень мощности мешающего сигнала, при котором
сигнал на выходе РПУ (или коэффициент усиления тракта УВЧ) уменьшается на 1 дБ.
При аппроксимации характеристики нелинейности полиномом 3-ей степени можно установить связь
P1дБ, in бл= P1дБ, in– 3, дБм
Слайд 34Нелинейные эффекты
Общий вид характеристик избирательности по нелинейным эффектам
PR – чувствительность
РПУ
Слайд 35Фазовый шум гетеродина
uг(t) = [1 + n(t)] cos [гt +
n(t)]
Слайд 36Эффект переноса шумов гетеродина при блокировании смесителя
Слайд 37Эффект переноса шумов гетеродина при блокировании смесителя
Слайд 38Нелинейные эффекты: интермодуляция
Интермодуляция в радиоприемном устройстве – возникновение отклика на
выходе радиоприемного устройства при действии на входе приемника двух или
большего числа радиопомех, частоты которых не совпадают с частотами основного и побочных каналов приема.
Основные параметры и характеристики:
коэффициент интермодуляции, уровень восприимчивости к интермодуляции, динамический диапазон по интермодуляции, характеристика частотной избирательности
по интермодуляции
Слайд 39Нелинейные эффекты: интермодуляция
Коэффициент интермодуляции – отношение отклика, возникающего в результате
интермодуляции в радиоприемном устройстве, к заданному отклику на полезный радиосигнал
kинт = Uинт вых/Uс вых ,
где kинт – коэффициент интермодуляции;
Uинт вых – уровень сигнала, возникшего в результате интермодуляции в приемнике, на выходе РПУ;
Uс вых – уровень полезного сигнала на выходе РПУ
Слайд 40Нелинейные эффекты: интермодуляция
Уровень восприимчивости к интермодуляции – минимальный уровень двух
одинаковых по значению радиопомех на входе радиоприемного устройства, при котором
коэффициент интермодуляции равен заданному значению
Динамический диапазон по интермодуляции –отношение уровня восприимчивости к интермодуляции к чувствительности радиоприемного устройства
Характеристика частотной избирательности по интермодуляции – это зависимость уровня восприимчивости к интермодуляции от частоты одного испытательного сигнала при частоте второго испытательного сигнала, при которой возникает интермодуляция в радиоприемном устройстве
Слайд 41Наиболее опасные виды двухсигнальных интермодуляционных продуктов
fинт = |m1 f1 +
… + mк fк|,
где fинт – интермодуляционная частота;
m1,…, mк –
целые положительные или отрицательные числа;
f1, …, fк – частоты мешающих сигналов.
Сумма вида N = |m1| + … +|mк| называется порядком интермодуляции.
Слайд 42Нелинейные эффекты: интермодуляция
Точка пересечения N-го порядка:
uвх(t) = U1 cos (1t)
+ U2 cos (2t)
fим = | (N – k)f1
kf2 | или им = | (N – k)1 k2 |
PIMN = (Nk)P1 + kP2 + LP
Pс. вых = Pс. вх + G
Слайд 43Точка компрессии 1 дБ и точка пересечения m-го порядка
-в общем
случае:
Слайд 44Нелинейные эффекты: перекрестные искажения
Перекрестные искажения в приемнике – это изменение
спектрального состава полезного сигнала на выходе радиоприемного устройства при наличии
на его входе модулированной радиопомехи, частота которой не лежит в полосе пропускания основного или побочных каналов приема приемника
Основные параметры и характеристики:
коэффициент перекрестных искажений, уровень восприимчивости к перекрестным искажениям, динамический диапазон по перекрестным искажениям, характеристика частотной избирательности по перекрестным искажениям
Слайд 45Нелинейные эффекты: перекрестные искажения
Коэффициент перекрестных искажений – это отношение уровня
спектральных составляющих на выходе РПУ, возникших в результате перекрестных искажений,
к уровню сигнала на выходе РПУ при заданных параметрах радиопомехи и сигнала.
где kпер – коэффициент перекрестных искажений;
Uвых пер– уровень спектральных составляющих на выходе РПУ, возникших в результате перекрестных искажений;
Uвых с– уровень сигнала на выходе РПУ
Слайд 46Нелинейные эффекты: перекрестные искажения
Уровень восприимчивости к перекрестным искажениям – это
минимальный уровень радиопомехи на входе РПУ, при котором коэффициент перекрестных
искажений равен заданному значению.
Динамический диапазон по перекрестным искажениям определяется как отношение уровня восприимчивости к перекрестным искажениям к чувствительности радиоприемного устройства.
Характеристика частотной избирательности по перекрестным искажениям – это зависимость уровня восприимчивости к перекрестным искажениям от частоты испытательного сигнала.
Слайд 47Оценка нелинейных эффектов
Блокирование РПУ:
– аналоговый приемник:
где: Pн
– мощность насыщения приемника; 1/R – скорость снижения отношения сигнал/шум
α, β – постоянные, полученные из характеристик односигнальной и двухсигнальной избирательности приемника
– цифровой приемник: Анализ осуществляется сравнением расчетного значения мощности мешающего сигнала с максимально допустимым для отсутствия эффекта блокирования, приводимым в стандартах на соответствующие радиотехнологии
Слайд 48Оценка нелинейных эффектов
Интермодуляция в передатчиках
Lc
fi
Pi
fi
PTi
Фi
Hi(f)
Ti
Li
Pv
fv
fi
PTv
Pvi
fим = | mfv
nfi |
Фv
Hv(f)
fv
Lv
Tv
Фv
Hv(f)
1
fим = | mfv
nfi |, где m, n – положительные целые числа
= PIMN – Lv им – Hv(fим)
Pvi =
– Lc – Lvi – Hv(fi)
Слайд 49Оценка нелинейных эффектов
Интермодуляция в передатчиках:
1. Лустгартен:
PIMN = mPTv + nPvi
– Km,n
2. Точка пересечения
PIMN = mPTv + nPvi –
(m + n – 1)IPNo
3. Полином с переменными коэффициентами
PIMN = nPvi – K[m], n
K[m], n = Kn для m 5, и n = 1…8
K1 = 10…40 дБ ; среднее значение K1 = 18 дБ
Слайд 50Оценка нелинейных эффектов
Интермодуляция в приемниках:
| fим – f0R |
Bпч/2
– аналоговый приемник (3-й порядок ИМ)
fим = |2f1 –
f2|
2P1 + P2 ≤3Iим3 , где Iим3 = PR + Dим3
– цифровой приемник (3-й порядок ИМ)
PIM3 = 2P1 + P2 3IMR 3PR 9
– с точкой пересечения
fим = | mfv nfi |
PIMN = mPv + nPi – (m + n – 1)IPNi
Перекрестные искажения:
![Параметры основного канала приема– частота настройки– чувствительность (реальная, пороговая)PR(f0R) = –174 + 10 lg (BR[Гц]) + NF](/img/thumbs/adde842bb155461251e161a7295f74c1-800x.jpg "Научно-учебный центр по радиоконтролю и электромагнитной совместимости Параметры основного канала приема– частота настройки– чувствительность (реальная, пороговая)PR(f0R) = –174")
![Фазовый шум гетеродинаuг(t) = [1 + n(t)] cos [гt + n(t)]](/img/thumbs/bafaa4ae0d1849457de6a08b352045c3-800x.jpg "Научно-учебный центр по радиоконтролю и электромагнитной совместимости Фазовый шум гетеродинаuг(t) = [1 + n(t)] cos [гt + n(t)]")
