дуляции сигнала. Различают излучения на гармониках, субгармо никах, паразитные, комбинационные и интермодуляционные. Пе
речисленные виды излучений вызываются нелинейными процес сами, существующими в самом передатчике, а также фидере и ан тенне В образовании интермодуляционных излучений, кроме того, принимают участие внешние электромагнитные поля, воздейству ющие на данное радиопередающее устройство.
Радиоизлучение на гармонике — побочное радиоизлучение на частотах, в целое число раз больших частоты основного радиоиз лучения. fTSfts - mf0, от = 2, 3, . ..и (рис 2 4). Излучения на гармони
ках принципиально присущи любым радиопередающим устрой ствам и обусловлены нелинейностью амплитудных и фазовых ха рактеристик, главным образом, активных элементов Конечным
результатом является то, что выходное немодулированное коле
бание U(i) имеет форму, отличающуюся от гармонической, и, сле довательно, представляет собой сумму колебаний основной час
тоты То и ее гармоник
U(t) = U0^Ulcos(2nf0t + ^ + ^итсоз{2пт/^ ^<рт). (2 1)
ш-2
где Um - коэффициенты разложения U(f) в ряд Фурье; от = 0,1, ...
Уровень гармонических составляющих генерируемого или усиливаемого колебания зависит от схемы радиопередающего ус тройства, типа и рабочих параметров активных приборов, режи ма работы, наличия дополнительных устройств частотной фильт
рации и т.д. Конкретное проявление нелинейных свойств различ но в зависимости от диапазона частот.
В радиопередающих устройствах метрового и отчасти деци
метрового диапазонов волн, использующих ламповые и транзис торные генераторы, генерация гармоник вызвана в основном нелинейностью амплитудной характеристики активного прибора, особенно если последний работает в режиме с углом отсечки ме нее 180°. На более высоких частотах существенную роль в образо вании гармоник может играть явление запаздывания. Кроме того, в электронных приборах СВЧ, например в клистронных генерато
рах или генераторах на ЛОВ, где время пролета электронов соиз меримо или превышает период высокочастотного колебания, по-
31
явление гармоник связано с нелинейностью фазовой характерис тики активного прибора.
Независимо от конкретных причин возникновения гармоник их амплитуды связаны со степенью нелинейности и, как правило, убывают с ростом номера гармоники. При этом, чем сильнее выра
жены нелинейные свойства, тем больше амплитуды гармоник и число гармоник, имеющих заметную амплитуду. Кроме того, уровень гар моник на выходе передатчика зависит от качества фильтрации вы ходных цепей, особенностей схемы передатчика и степени согласо вания его с нагрузкой на частоте данной гармоники. Последнее об стоятельство становится весьма важным, если в выходном тракте, включая фидерные линии и антенну, образуются резонансные кон туры на частоте, близкой к частоте одной из гармоник. В этом слу
чае уровень излучения на данной гармонике может значительно
возрасти. Как показывает опыт, в реальных радиопередающих уст ройствах уровень излучения на ти-й гармонике необязательно мо нотонно убывает с ростом номера гармоники. Представление об относительных уровнях генерируемых колебаний для разного типа активных приборов (без дополнительной фильтрации) могут дать данные табл. 2.1, где приведены относительные уровни гармоник для различных активных приборов.
Таблица 2 1
Средние уровни побочных излучений относительно основного. дБ
Тип прибора |
на гармониках |
паразитное излучение |
|
|
|||
|
2 |
п |
|
|
Э |
||
Магнетрон |
47 |
44 |
59 |
С габилитрон |
14 |
39 |
30 |
ЛОВ М-типа |
31 |
51 |
43 |
ЛЕВ |
37 |
44 |
42 |
Клистрон: |
|
|
|
импульсного излучения |
42 |
46 |
42 |
непрерывного излучения |
53 |
53 |
53 |
В табл. 2.2 представлены аналогичные данные для некоторых типов радиопередающих устройств, используемых в радиолокаци онных станциях.
Таблица 2.2
Относительные уровни мощности излучений на гармониках
Тип |
|
(максимальные/минимальные значения), дБ, |
|
|||||||
передатчика |
|
10 |
||||||||
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||
|
||||||||||
Магнетронный |
57 |
45 |
63 |
67 |
76 |
81 |
93 |
- |
- |
|
103 |
100 |
93 |
114 |
93 |
96 |
114 |
|
|
||
|
|
|
||||||||
Клистронный |
38 |
57 |
56 |
59 |
73 |
72 |
- |
- |
- |
|
119 |
105 |
101 |
111 |
89 |
97 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||||
На триоде |
74 |
72 |
93 |
79 |
83 |
93 |
98 |
93 |
100 |
|
97 |
81 |
108 |
98 |
108 |
113 |
113 |
100 |
100 |
||
или тететроде |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Колебания на частотах гармоник могут возникать также и в фидере вследствие нелинейности характеристик размещенных в нем ферритовых и полупроводниковых элементов. Кроме того, нели нейные свойства фидеров могут быть вызваны нелинейностью пе реходных сопротивлений между соприкасающимися поверхностя ми, поскольку в сочленениях волноводов, механических соедине
ниях антенн и т.д. возможно образование слоев окислов, облада
ющих нелинейной амплитудно-фазовой характеристикой. Нако нец, в процесс излучения гармоник основной частоты могут вне
сти вклад нелинейные эффекты, подобные описанным и происхо
дящие в элементах конструкции антенных мачт, а также в свар ных, клепанных, болтовых и других соединениях конструкций под вижного объекта, на котором размещено радиопередающее уст ройство. При излучении сигналов антеннами, расположенными на
подобных объектах, на металлических поверхностях, находящих ся в непосредственной близости от них, возникают наведенные токи. В отличие от контактов в радиочастотных трактах, имею щих антикоррозионные покрытия и защищенных от внешних кли матических воздействий, соединения в элементах конструкции не редко выполняют исходя из требований лишь механической проч ности, и следовательно, они более подвержены влиянию коррозии и связанных с ней нелинейных эффектов. Поэтому указанные эф фекты могут явиться причиной возникновения значительного уров ня излучений на гармониках (до -40... -80 дБ относительно мощ ности основного радиоизлучения). Уровни этих гармонических
33
составляющих могут изменяться в значительных пределах: до ±30 дБ при сухих контактах и до ±13 дБ при влажных. Заметим, что с упомя нутыми явлениями тесно связано образование так называемых кон тактных помех.
Радиоизлучение на субгармониках - побочное радиоизлучение на частотах, в целое число раз меньших частоты основного радио
излучения. Несущие частоты их равны:/су5г = fjm, т ~ 2, 3, ..., где f0- несущая частота основного радиоизлучения. Радиоизлучения на субгармониках свойственны радиопередатчикам, использую щим умножение частоты. Схема умножения применяется не толь ко в относительно низкочастотных диапазонах, где используются стабилизированные генераторы опорных частот, но и в диапазоне
СВЧ, поскольку мощность полупроводниковых или диодных ге
нераторов, особенно в верхней части СВЧ диапазона, недостаточ но высока. Например, в излучающих модулях активных фазиро ванных антенных решеток могут использоваться маломощные транзисторные генераторы и умножители частоты на варактор ных диодах или диодах с накоплением заряда.
Хотя в состав каскадов умножителя частоты входят частот
ные фильтры, гармоники и субгармоники выделяемой частоты по давляются не полностью и присутствуют в спектре выходного ко
лебания.
Паразитное радиоизлучение - вид побочного излучения, воз никающего в результате самовозбуждения радиопередатчика из-за паразитных связей в его генераторных или усилительных кас кадах. Для данного излучения характерно, что его частота некрат на частоте основного радиоизлучения и субгароник: /пар ± mfQ, т = 1, 2, 3,..., 1/2, 1/3 ... Паразитные излучения могут иметь место на частотах как ниже, так и выше основной частоты. В ламповых
и транзисторных генераторах излучение на более низких частотах
чаще всего определяется самовозбуждением из-за паразитных ре зонансов в цепях питания. Частоты таких колебаний обычно на порядок меньше основной частоты. Самовозбуждение на высоких частотах возникает, например, при параллельном соединении не скольких выходных генераторных приборов. В этом случае пара зитные резонансы обусловлены наличием индуктивности соеди нительных проводов, выводов электровакуумных или транзистор
34
ных приборов, а также конструктивными и межэлектродными емкостями. Аналогичные явления могут возникать также в двух тактных схемах, в схемах нейтрализации выходных контуров пе редатчиков и др. В некоторых случаях образование паразитных колебаний связано с явлениями в самих приборах, например с динатронным эффектом. В диапазоне СВЧ к перечисленным меха
низмам добавляется возможность образования паразитных резо нансов в фидерном тракте вследствие влияния рассогласования ан тенны, соединенной с передатчиком протяженным фидером. Воз можны также паразитные резонансы на различных неосновных типах колебаний резонаторов и типах волн в волноводах.
В радиопередатчиках диапазона СВЧ основную роль в воз никновении паразитных излучений играют внутренние паразит ные связи в электровакуумных приборах. Внутренние паразитные связи обусловленны физическими процессами, происходящими в самом электронном приборе, и могут быть устранены, как прави
ло, только при оптимизации конструкции прибора.
Причины, приводящие к возникновению паразитных коле баний в результате внутренних связей в электронных приборах,
многообразны и в подавляющем большинстве случаев индивиду альны для каждого класса прибора. Имеющиеся эксперименталь ные данные позволяют заключить, что в сеточных ЭВП, транзис торах, клистронах редко возникают проблемы паразитных коле баний. Наиболее предрасположены к возбуждению паразитных колебаний ЭВП с длительным взаимодействием (магнетроны, ам плитроны, ЛБВ, ЛОВ). Для генерации паразитных колебаний в приборах этих классов необходимо выполнение двух условий: наличие положительной обратной связи между выходом и входом
прибора в целом или его секциями и синхронизации электронного потока с электромагнитной волной в замедляющей системе для обеспечения необходимого усиления электромагнитной волны.
В относительно широкополосных усилительных приборах (ЛБВ, амплитронах) эти условия могут одновременно выполнять ся на границах рабочей полосы частот замедляющих систем, где еще обеспечивается достаточный синхронизм между электромаг нитной волной и потоком электронов. Сложность согласования элементов электронного прибора между собой на этих частотах
35