3.3. НЕОСНОВНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

При проектировании любого радиопередающего устройства помимо несущей частоты задается ширина полосы частот его основного излучения, соответствующая той минимальной ширине спектра излучаемого сигнала, которая необходима для того, чтобы при используемом классе излучений обеспечить передачу сообщений заданного типа с требуемыми скоростью и качеством. Излучения на частотах,

лежащих вне полосы частот основного излучения, называются неосновными излучениями.

Неосновные излучения приводят к нерациональному расходованию высокочастотной мощности передатчика и в ряде случаев могут существенно ухудшить условия ЭМС, создавая помехи приемным каналам различных РЭС Эти излучения принято делить на побочные и внеполосные.

Побочными называют широкий класс неосновных излучений. Причиной их возникновения являются различного рода нелинейные эффекты в элементах передающего устройства, не связанные с процессом модуляции. Частоты, на которых возникают побочные излучения, могут существенно отличаться от несущей частоты передатчика (являться, например, гармониками Поэтому побочные излучения могут создавать помехи РЭС, которые работают на частотах, существенно отличающихся от основной рабочей частоты мешающего передатчика.

Основными видами побочного излучения Являются (761:

— излучения на гармониках основной частоты;

— излучения на субгармониках основной частоты;

— паразитные излучения;

— комбинационные излучения;

— интермодуляционные излучения.

Под внеполосными понимают излучения в полосах частот, непосредственно примыкающих к полосе частот основного излучения передатчика. Их появление связано процессом модуляции излучаемого сигнала. При этом учитывается как полезная модуляция сигнала, так и паразитная модуляция, возникающая, например, за счет нестабильности питающих напряжений или каких-либо других флуктуационных явлений. Внеполосные излучения способны создавать помехи РЭС, работающим на частотах, близких к частотам мешающего передатчика.

1. Излучения на гармониках основной частоты

Излучения такого типа осуществляются на частотах, кратных несущей частоте передатчика. Механизм возникновения гармоник частоты и относительная их интенсивность различны в передатчиках разных волновых диапазонов и конструкций.

В генераторах, собранных на вакуумных лампах с внешними колебательными системами, высшие гармоники

основной частоты возникают в каскадах, работающих с углом нижней отсечки

Известно, что форма импульса анодного тока при работе каскада в недонапряженном режиме (без верхней отсечки) определяется выражением

а амплитуда гармоники связана с амплитудой первой гармоники соотношением

и может составлять значительную долю амплитуды импульса анодного тока.

В случае работы каскада в перенапряженном режиме (с отличным от нуля углом верхней отсечки форма импульса анодного тока описывается выражением

и, как правило, характеризуется еще более богатым частотным спектром.

Уменьшение уровня излучения гармоник достигается фильтрацией их промежуточным и антенным контурами. Эта фильтрация наиболее эффективна, если антенный контур имеет емкостную связь с индуктивной ветвью промежуточного контура. Однако и в данном случае антенной передатчика (особенно при большой общей мощности излучения) может излучаться помеха на высших гармониках основной частоты со значительной мощностью.

В диапазоне СВЧ, где в качестве генераторных приборов используются магнетроны, лампы бегущей волны (ЛБВ) и клистроны, высшие гармоники основной частоты возникают за счет того, что в пространстве дрейфа прибора происходит модуляция электронного потока по плотности, и форма тока резко отличается от синусоидальной даже при возбуждении гармоническим напряжением (например в пролетных клистронах и ЛБВ). Для уменьшения уровня излучения на высших гармониках здесь применяются различного рода волноводные и коаксиальные фильтры.

2. Излучения на субгармониках основной частоты

Частоты таких излучений в целое число раз меньше основной частоты передатчика. Излучения на субгармониках основной частоты свойственны, например, передатчикам, в которых для образования высокостабильных по частоте колебаний из более низкочастотных стабилизированных кварцем сигналов используются режимы умножения частоты. Такой принцип особенно широко распространен при построении передающих устройств дециметрового диапазона волн. Субгармоники частоты излучаемых колебаний являются при этом высшими гармониками частоты кварца. Уменьшение интенсивности субгармоник достигается с помощью фильтров передатчлка и антенно-фидерной системы.

3. Паразитные излучения

Паразитные излучения — это побочные излучения передатчика, причина возникновения которых не связана с генерацией колебаний основной частоты. В генераторах, собранных на электронных вакуумных лампах с внешними колебательными системами, они могут возникать, например, из-за того, что реактивные сопротивления соединительных проводников, элементов развязки, выводов электродов ламп и т. д. образуют колебательные цепи и цепи обратной связи для частот, чаще более высоких и реже относительно низких по сравнению с частотой

Достаточно часто в передатчиках средневолнового и коротковолнового диапазонов возникают паразитные колебания, частоты которых соответствуют метровому и даже дециметровому диапазону волн. Эти колебания обусловлены наличием связи между анодным и сеточным контурами через межэлектродные емкости лампы, близко расположенные монтажные элементы и общие источники питания.

Схемы нейтрализации, рассчитанные на основную частоту, как правило, не только препятствуют возникновению колебаний с частотами, на несколько порядков более высокими, чем основная расчетная частота, а наоборот, за счет элементов нейтрализующих цепей сами часто образуют колебательные системы и цепи обратной связи для паразитных колебаний.

В качестве примера на рис. 3.1, а показана схема промежуточного каскада лампового генератора с общим

Рис. 3.1.

катодом. Эквивалентная схема этого каскада для СВЧ колебаний изображена на рис. 3.1, б. Для СВЧ колебаний индуктивности представляют собой очень большие сопротивления и могут не приниматься во внимание. «Паразитный» анодный контур образуется емкостью емкостью между анодом и катодом лампы и индуктивностями соединительных проводов. «Паразитный» же сеточный контур состоит из емкости емкости между сеткой и катодом лампы, индуктивностей соединительных проводов и индуктивности катодного ввода Эквивалентная схема каскада для колебаний СВЧ представляет собой схему двухконтурного автогенератора с общим катодом.

В генераторах СВЧ, не имеющих внешних колебательных цепей и цепей обратной связи (например, в магнетронах), паразитные колебания возникают чаще всего из-за того, что вследствие тех или иных причин (например, нестабильности напряжения источников питания) срываются колебания основного типа (типа ) и возникают колебания других типов, частоты которых существенно отличаются от частоты колебаний основного типа.

4. Комбинационные излучения

Комбинационные излучения возникают при формировании сигнала основной частоты путем преобразования колебаний двух или большего числа вспомогательных генераторов нелинейными устройствами.

Схемы подобного рода используются, например, при построении стабилизированных кварцем диапазонных передатчиков. На рис. 3.2. приведена структурная схема одного из таких передатчиков (интерполяционная схема). Она состоит из кварцевого генератора и генератора с плавной

Рис. 3.2.

перестройкой. Колебания, создаваемые этими генераторами, смешиваются в смесителе, на выходе которого возникают напряжения с частотами . С выходом смесителя связывается полосовой фильтр, пропускающий нужную комбинационную составляющую (чаще всего Можно показать, что при выполнении определенных условий относительная нестабильность выходных колебаний будет выше, чем относительная нестабильность частоты плавно перестраиваемого генератора.

Излучения на комбинационных частотах могут возникать в таких передатчиках как вследствие того, что при некоторых значениях тип частота может попасть в полосу прозрачности полосового фильтра, так и из-за отличия от нуля амплитудно-частотной характеристики этого фильтра вне полосы его прозрачности.

Уменьшение уровня комбинационных излучений при использовании передатчиков, построенных по подобным схемам, требует тщательного анализа частот и амплитуд нерабочих комбинационных составляющих выходного напряжения смесителя и подбора амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра.

5. Интермодуляционные излучения

Такие побочные излучения образуются в тех случаях, когда два или большее число передатчиков работают на общую широкополосную антенну или когда антенны передатчиков, имеющих достаточно большую мощность, расположены в непосредственной близости друг от друга.

Подобные ситуации часто возникают, например, на кораблях и в других малогабаритных объектах, оснащенных большим количеством РЭС. В случае одновременной работы высокочастотные колебания одного передатчика через антенно-фидерный тракт воздействуют на выходные каскады других передатчиков, которые для этих колебаний представляются активными двухполюсниками с нелинейными

характеристиками. В результате происходит периодическое (с частотой воздействующего передатчика) изменение параметра второго передатчика, который наряду с основной своей частотой излучает колебания с частотами Последние образуют спектр помехового излучения. Чем выше мощность взаимодействующих передатчиков и чем сильнее связь между их выходными каскадами, тем больше мощность интермодуляционных излучений. Как правило, наибольшей интенсивностью обладают интермодуляционные составляющие с суммарными и разностными частотами Однако в ряде случаев при близких значениях частот наибольшей интенсивностью обладают составляющие интермодуляционных излучений с частотами и — которые в силу их близости к рабочим частотами плохо фильтруются промежуточными и антенными контурами.

6. Внеполосные излучения

При анализе спектрального состава и определении уровня внеполосного излучения, вызываемого процессом модуляции высокочастотного сигнала передатчика, необходимо оценивать ширину полосы излучения (ШПИ), занимаемую данным передатчиком. Согласно рекомендации Международного консультативного комитета по радио (МККР), шириной полосы излучения считается такая чаеть частотного диапазона, в пределах которой сосредоточено излучаемой передатчиком средней мощности. При этом мощности излучается на частотах, лежащих выше верхней границы ШПИ, и на частотах, расположенных ниже нижней границы ШПИ.

Если ШПИ совпадает с необходимой полосой частот то распределение излучаемой

Рис. 3.3.

передатчиком мощности называется «совершенным» (рис. 3.3, а). Если же ШПИ превышает необходимую полосу частот (рис. 3.3, б), то такое излучение называется «несовершенным». В случае несовершенного излучения вне пределов необходимой полосы частот излучается более чем (3% мощности передатчика. Именно такой тип распределения мощности встречается, к сожалению, в большинстве работающих устройств. Излучение более узкое, чем совершенное (рис. 3.3, б), встречается крайне редко и используется лишь в тех случаях, когда можно снизить качество или скорость передачи информации.

Допустимая величина определяется для каждого конкретного вида излучения.

Согласно общим рекомендациям МККР по уменьшению уровня внеполосных излучений необходимо:

— применять наиболее эффективные виды модуляции;

— уменьшать девиацию частоты в передатчиках с частотной модуляцией;

— при работе в режиме амплитудной и частотной телеграфии стремиться к понижению крутизны фронта и среза модулирующего телеграфного сигнала;

— оптимизировать форму огибающей импульсов в соответствии с критерием минимума боковых лепестков спектра при заданной ширине основного лепестка.