Сосредоточенные помехи и методы борьбы с ними

Методы борьбы с помехами основаны на различии характеристик сигналов и помех.

Различие в частотных спектрах позволяет, используя частотно-селективные цепи отделять сигнал от помехи. При сравнительно широком спектре помехи по отношению к спектру сигнала, частотная селекция позволяет, выделяя полезный сигнал, уменьшать мощность помехи, поступающей на вход РПрУ.

Различие в фазах сигнала и помехи используется в устройствах, реагирующих на фазу колебаний (например, в синхронных детекторах).

Различие в амплитудах сигнала и помех лежит в основе применения устройств, использующих амплитудную селективность.

 

Радиотракт РПрУ при малых уровнях сигнала и помехи работает практически в линейном режиме и,

избавиться от внеполосной сосредоточенной помехи можно

с помощью частотно-селективной

Рис.11.1 цепи (рис.11.1)

 

Внеполосная помеха для фильтра с идеальной АЧХ подавляется полностью, а для подавления помех с частичным или полным перекрытием спектров необходимо использовать устройства с амплитудной или фазовой селективностью (синхронный амплитудный детектор).

При действии на входе значительных по уровню внеполосных помех УЭ, входящие например, в состав УРЧ (рис.3.3) становятся преобразователями, создающими сложный спектр выходного тока, содержащий кроме гармоник частоты сигнала nω_с и помехи mω_п, комбинационные составляющие вида │ nω_с ± mω_п │.

При аппроксимации проходной характеристики УЭ (рис.6.4) полиномом третьего порядка: i ₂ = f(u) = au + bu² + cu³ и входном воздействии u = U_сcos ω_ct + U_п cos ω _пt, амплитуда полезной составляющей тока первой гармоники УЭ

3 3

I _m1 = aU_с + ― b U³_c + ―c U_с U²_п (11.1)

4 2

частоты ω_с зависит от амплитуды напряжения помехи U_п, что приводит к уменьшению выходного напряжения (коэффициент аппроксимации с < 0), т.е. блокированию сигнала помехой.

При действии на входе приемника интенсивных внеполосных помех на частотах ω _п1 и ω _п2 создают в выходном токе комбинационные составляющие вида │m ω _п1 ± к ω _п2 │, некоторые из них могут попадать в полосу пропускания приемника, создавая помехи при приеме полезного сигнала. Искажения подобного вида называются интермодуляционными.

Воздействие интенсивной внеполосной помехи, обладающей модуляцией (U_п >> U_c), приводит к модуляции полезного сигнала помехой, что определяется нелинейностью ВАХ третьего порядка (11.1) и называется перекрестной модуляцией.

Снижения воздействия сосредоточенной помехи на качество приема можно добиться, применяя высокоизбирательные фильтры на входе РПрУ или увеличивая линейность ВАХ усилительных элементов.

Повышения линейности ВАХ добиваются выбором режима работы УЭ усилителя радиочастоты, применением мощных полевых или биполярных транзисторов, подключением оптимальных, с точки зрения нелинейных эффектов, сопротивлений нагрузки, использованием методов компенсации нелинейных эффектов. Часто применяемым способом снижения нелинейных эффектов является, введение в усилитель отрицательной обратной связи.

В области ВЧ эффективным средством борьбы с сосредоточенными помехами является применение пространственной и поляризационной селекции выбором антенн, обладающих узкой диаграммой направленности и конструкцией, реализующей эффективный прием только полезного сигнала.

При приеме импульсных сигналов эффективным средством с сосредоточенной помехой служит согласованная фильтрация. Амплитудно-частотная характеристика оптимального фильтра должна быть согласована (комплексно-сопряжена) со спектром сигнала. На практике, в связи с техническими трудностями при реализации согласованных фильтров для сигналов сложной формы, применяют квазиоптимальные фильтры, обеспечивающие несколько меньшее превышение сигнала над помехой на выходе радиотракта.

Прием ЧМ сигналов при наличии помех сопровождается пороговым эффектом. Типичная зависимость отношения сигнал/шум h²_c2 на выходе демодулятора от входного значения отношения сигнал/ шум h²_c1 для различных значений индекса модуляции m_чм приведена на рис.11.2

Воздействие слабой помехи приводит к незначительному отклонению мгно- венной частоты суммарного колеба- ния относительно промежуточной частоты; при интенсивных входных помехах на выходе демодулятора по-является короткий выброс напряжения мгновенной частоты (совпадение фаз

сигнала и помехи) с равномерным

Рис.11.2 спектром, что вызывает при малом

значении h²_c1 рост спектральной плотности помех в низкочастотной области.

Искривление характеристик (рис.11.2) происходит плавно, и в пороговой области для больших m_чм составляет примерно ехр(-h²_c1) и далее наблюдается зависимость h²_c2 ≈ m_чм (h²_c1)², что свидетельствует о подавлении сигнала в подпороговой области.

Пороговый эффект наиболее опасен в радиолиниях с низким энергетическим потенциалом при замираниях сигнала. Повышение индекса модуляции m_чм и мощности сигнала сдвигает пороговую область вправо, но ухудшает ЭМС. Поэтому получили распространение методы приема ЧМ сигналов со следящим фильтром в тракте УПЧ и с предискажением рабочих сигналов на передающей стороне. Это приводит к снижению порога без увеличения мощности передаваемого сигнала.

Прием со следящим фильтром по промежуточной частоте реализуется при использовании узкополосного фильтра, частота настройки которого следит за мгновенной частотой принимаемого сигнала. Полоса пропускания следящего фильтра П_сл ≥ 2F_м, что меньше чем в случае некогерентного приема в примерно в (1+ m _чм) раз. Это снижает уровень шумов на входе демодулятора, без ухудшения параметров сигнала. Аналогичный результат можно получить, используя ООС по частоте, когда УПЧ имеет фиксированную настройку, а управляющее напряжение изменяет частоту гетеродина, следуя изменению частоты входного ЧМ сигнала.