где t/n2,3 - уровень составляющей взаимной модуляции, не обязательно равный при этом (Ус мин-

При таком определении 2,3 зависит от Ui и Uz и быстро уменьшается с их увеличением (примерно по квадратичному закону для взаимной модуляции второго порядка и примерно по кубическому - для взаимной модуляции третьего порядка).

Перекрестная модуляция является, как известно, следствием кубической (нечетной) нелинейности усилителя, т. е. обусловлена теми же причинами, что и взаимная модуляция третьего порядка. Разница в проявлении перекрестной и взаимной модуляции заключается в том, что составляющие взаимной модуляции в каскадах приемной системы складываются алгебраически, с учетом фазовых соотношений, а перекрестная модуляция усиливается от каскада к каскаду. Однако теоретический анализ для взаимной модуляции необходимо проводить, очевидно, для худшего случая совпадения фаз, т. е. для арифметического сложения составляющих взаимной модуляции во всех каскадах, так как фазовые соотношения фактически непредсказуемы.

Динамический диапазон по перекрестной модуляции оценивают или отношением С/п/С/с, при котором коэффициент перекрестной модуляции пер равен заданному значению, или непосредственно значением пер при заданной амплитуде помехи. Напомним, что коэффициент перекрестной модуляции определяется отношением амплитуд НЧ сигналов на выходе приемника при совместном воздействии на вход приемника иемодулированного сигнала и модулированной помехи и модулированного сигнала в отсутствии помехи при одинаковых глубинах модуляции сигнала и помехи тс=т„=т. Динамические диапазоны Z)nep по перекрестной модуляции и.по взаимной модуляции третьего порядка связаны соотношением [103]:

D. = \/ 4- TF (6-2)

пер t-* с ми11

Коэффициент перекрестной модуляции можно рассчитать также по результатам измерений уровня взаимной модуляции третьего порядка по формуле [104]

А;пер=4С/вз/{/2, . (6.3)

где Uja - напряжение сигнала взаимной модуляций иа частоте 2fi-/2; U2-напряжение сигнала помехи на частоте [2-

Относительную чувствительность тракта к четным и нечетным помехам взаимной модуляции (динамический диапазон) принято определять на основе разложения-тока нелинейного элемента тракта в ряд Тейлора, которое дает составляющие тока указанных видов помех (ins и ia2) в виде

Ы=1и\и\8 , iu2=42UiU2S, (6.4)

где S и S - первая и вторая производные крутизны.

Из (6.4) при Ui = U2 с учетом (6.1) следуют известные соотнощения, определяющие динамический диапазон по входу при образовании помех в каком-либо одном элементе тракта: - для нечетной двухсигнальной помехи вида 2fi-/2:

=2 у^-а^. (6.-5)

с мина и

где S/S - показатель нечетной нелинейности каскада; Ки-Коэффициент усиления тракта (по напряжению) до этого каскада, f/c мин - рабочая чувствительность тракта по входу;

- для четной двухсигнальной помехи вида fi±f2

2(S/m4, ,(6.6)

где S/S -показатель четной нелинейности каскада; 1, d.2 - ослабления сигналов Ui и U2 селективными цепями тракта, настроенного на частоту /с- При определении Ds di и б?2 не принимаются во внимание, так как для образования помехи вида 2fi-f2=fn=fc наиболее опасным практически является случай, когда частоты fi и f2 близки к fc и ослабление на этих частотах в тракте мало (т. е. с?1~с?2 1)- Для АУ f/смин можно представить Как Есьти^д, где Ясмин - чувствительность приемной системы с АУ по напряженности поля.

В многокаскадном тракте помехи взаимной модуляции образуются одновременно в каждом каскаде до фильтра основной селекции.

Рассмотрим сначала прохождение нечетной двухсигнальной помехи. Из (6.4) имеем, что в каждом каскаде

образуется составляющая нечетной помехи (при условии U,=U2=U)

ay- I еУ \ ex ay- у

p.= 4JUK\,.yK\-nfK\ S- (6.7)

npm- /e Bxay К пр, ... /С npm-i -

где /Спрь /Спр2...../Спрт-1 - коэффициенты усиления

каскадов приемника (по напряжению) до последнего (т-то) каскада перед фильтром основной селекции; Квхау, Ку - коэффициенты передачи (по напряжению) входной цепи и усилителя в АУ соответственно; т]л - к. п. д. линии передачи между АУ и приемником; S y, S npi - вторые производные крутизны усилителя в АУ и i-ro каскада приемника.

С учетом того, что частоты помех fi, fz и настройки приемника fc близки друг к другу, U можно определить как ЕНд (аналогично Ucmwh) Помеха в каждом каскаде (за исключением усилителя в АУ) состоит из двух слагаемых: составляющей, образованной в данном каскаде, и усиленной помехи, образованной предыдущими каскадами:

ау Say

пр 1S ~ npi Н 5 Т^Члпр! >

пр2!: прг Ь apinpa ~ nps Ь npi-npa ~Ь

пртЕ Snpm-i прm-Inpm Г Г

-\-Щ~уУл^пр1 npm-jnp. . (6.8)

Суммарную помеху i,. можно представить в виде

1 р gir I

.4- к- f. I-

их ау вх ау\ у^л 5

(6.9)

где , ,v-=/C, ay/y К Ч.ЛфЛ.,р. ... К„р, ...

Для составляющей полезного сигнала на выходе т-го каскада

с т= fc мин Лп- (6.1 0)

Динамический диапазон многокаскадного тракта для нечетной двухсигнальной помехи Dg., можно определить из

условия fnp = icm. считая, что Ds,:=UjU:

Ds.= 2lU\ ,AK , nAr \ (6.11)

где

л=(КуУТ,к^,... Кп п -.)- Ч-(.Ф. - пр ,)-Х

С с* сг/

Проанализируем выражение (6.11) с учетом (6.12). Коэффициенты усиления /Спр1, /Спр2, ., Кхфт-\ обычно больще 2-4, как и /Су (по крайней мере в резонансных АУ). Показатели нелинейности S y/Sy, 5 пр]/5прь - ..., S np 771-1/Snpm-ь как правило, мало отличаются друг от дрз'га, более того, режим питания и схему усилителя АУ обычно выбирают такими, чтобы S y/Sy было минимально (что не всегда удается выполнить во всех каскадах приемника). При этом показатель нелинейности каскада перед фильтром основной селекции (смесителя) S m/Sm. обычно большс показзтеля нелинейности любого другого каскада в приемной системе. Поэтому, если только п.п> (/npi/Ciip2 .<Гпр77г-1)~ (т. 6. прзктически если -цпОЛ), то помехозащищенность приемной системы с АУ по нечетной двухсигналь-яор помеху вид§

2fi-f2=fn=fc определяется последним каскадом перед фильтром основной селекции:

л/(6.13)

Выражение для динамического диапазона приемной системы с АУ для четных двухсигнальных помех вида fi±f2==fn=fc аналогично тому, как это сделано для Dgj. (6.11), можно представить в виде:

где

С I 77 ч л лТ i? Tvi ч \

Jy упр упр -Эпр! упр^ упр^ npi пр I -Зпра

у Чл/пр! /*Гпрт-1 Sm

i--- (-

В вь1ражениях (6.14) и (6.15) /Свх ау/с?вх ау,

Ky/dyup, . . ., / Спр m-l/cfnp та-1 и Квх ay/dвх ау, /Cy/ yiip, ..-

/Гпрm-i/прm-1 - коэффициенты усилсния (псреда-чи) для сигналов f/j и f/2, образующих помеху: di=

=вх ayfiJy пр . dm-i И 2 = ех ауС? у пр . . . dm-i- Из

формулы (6.15) следует, что преобладание того или иного слагаемого суммы, определяющего D по выражению (6.14) зависит от соотношения di, d i и Къ Если приемник обладает хорошей селекцией по входу, т. е. уже коэффициент при Snpi/Snpi мал (селекция приемника по входу учитывается в коэффициентах dynp и упр), то наибольшим в сумме (6.15) оказывается слагаемое Sy/Sy - показатель нелинейности усилителя в АУ и величина D определяется выражением

Таким образом, для приемных систем с иерезонансиым АУ помехозащищенность определяется именно АУ. Четная двухсигнальная помеха вида /i±/2=/c может определять помехозащищенность АУ в тех случаях, когда полоса ее пропускания по мощгтости не меньше fc.. В ре-ЗРяадситлх ДУ метрового н более коротковолновых, диа-

Пазонов полоса 11ропускания обычно значительно меньше любой частоты рабочего диапазона и хотя бы одна из помех на частоте fi или [г существенно ослабляется входными цепями в АУ, поэтому для таких АУ взаимная модуляция второго порядка не является критичной.

Если избирательность в приемной системе до фильтра основной селекции мала, D, как и величина Dgj определяется показателем нелинейности S,JS, последнего каскада перед этим фильтром:

/2(S, /S)d,d, (g

Рассмотренные выше соотношения подтверждают следующий основной вывод. Для сигналов помех на частотах, не ослабляемых существенно до фильтра основной селекции в приемнике, нелинейные искажения определяются в основном каскадом приемника непосредственно перед фильтром основной селекции. Для сигналов помех, существенно ослабляемых входными цепями приемника, нелинейные искажения определяются АУ.

Из анализа выражений (6.11) и (6.14) следует, что динамический диапазон можно увеличить, если уменьшить f/смин и K i (или /Свхау). Однако эти параметры жестко связаны. Например, уменьшение Квх ау неизбежно приводит к увеличению С/с мин и допустимо лишь настолько, насколько допустимо ухудшение чувствительности приемной системы. В [103] показано, что для Dgj, и Dgj. существуют предельно достижимые

значения (при данных показателях SmlS m. и Sm/Sm), определяемые только уровнем шума Um последнего каскада перед фильтром основной селекции:

Pw.-/gf-. (6.18)

Конкретный анализ приводит автора работы [103] к выводу, что современные ламповые и полупроводниковые смесители потенциально ограничивают динамический диапазон тракта Dgj. уровнем 64 ... 74 дБ и

уровнем 100 ... 120 дБ. При оценке динамического диапазона D2 АУ, имеющих во входной цепи резонансны§

контура, мой<но использовать вместо выражения (6.16) приближенную формулу:

0- / 2(S,/Sy)

где Qa - эквивалентная добротность контуров входной цепи; m - число контуров.

Помехозащищенность приемных (усилительных) устройств характеризуется еще таким параметром, как полоса забития, которая количественно определяется относительной расстройкой сильной помехи (заданного уровня) в процентах от частоты настройки тракта, при которой коэффициент усиления тракта изменяется на 20%. Эффект забития сильно зависит от соотношения избирательности каскадов приемного тракта и, по крайней мере, для АУ с одним усилительным прибором обычно не является критичной характеристикой. Это и объясняет установившуюся практику оценки нелинейности АУ по эффектам перекрестной и взаимной модуляции. Сравнительные исследования АУ по перекрестной модуляции в полосе забития, приведенные, например, в [54], подтверждают эти выводы.

Рассмотренные теоретические выкладки нашли, как отмечалось выше, практическое подтверждение при измерении нелинейных искажений в АУ. Тщательные экспериментальные исследования нелинейных искажений многих типов АУ привели исследователей к выводу, что нелинейные искажения в них во многих случаях не являются определяющими в приемной системе и, по крайней мере, для резонансных АУ при правильном их выполнении весьма малы [43, 83, 102, 111, 112]. В этих работах отмечается, что важнейшими услов'иями, которые необходимо соблюдать для максимальной помехозащищенности АУ, являются, во-первых, минимизация размеров собственно антенны для уменьшения попадающих на вход усилителя сигналов; во-вторых, обеспечение избирательности в АУ; в-третьих, обеспечение минимального показателя нелинейности .Sy/Sy (для нерезонансных АУ) и S y/Sy (для резонансных АУ) известными в технике приемных (усилительных) устройств методами. Если эти условия выполняются, то проблема нелинейных искажений в АУ является, по крайней мере, для резонансных АУ скорее проблемой их измерения, чем проблемой, препятствующей использованию АУ.

прежде чем обратиться непог.редстБеИИо к меТоДИке измерений нелинейных искажений в АУ, необходимо дать определение динамического диапазона АУ. Это можно сделать на основаинн предыдущего анализа. В соответствии с этим анализом и установившейся практикой [43, 54, 83, 102, 112] количественно взаимную модуляцию в АУ оценивают уровнем напряженностей двух помеховых полей с равными амплитудами, которые при своем совместном воздействии на АУ создают на ее выходе эффект, эквивалентный эффекту при воздействии поля заданной напряженности Ее в на частоте взаимной модуляции. Это определение не исключает, конечно, задания уровней напряженностей помеховых полей и соответственно оценку взаимной модуляции по той напряженности поля на частоте взаимной модуляции, которая обеспечивает на выходе АУ сигнал, равный сигналу этой модуляции при воздействии помеховых полей заданной напряженности. В соответствии с этим в общем случае {ЕхфЕ) динамический диапазон АУ

0,.зау-]ВД£с. (6.21)

Величину Ее целесообразно определить (если задается именно она, а не £1 и Е^) как рабочую чувствительность по напряженности поля приемной системы с АУ Ее м1ш (см. гл. 3) или, если она неизвестна, как чувствительность по напряженности поля АУ Ееюшзу-

Измерение нелинейныхискажений в АУ является довольно сложной комплексной задачей, которую решают по-разному в зависимости от диапазона частот, критериев оценки нелинейности и конструкции АУ. Поэтому целесообразно рассмотреть некоторые способы и результаты измерений нелинейных искажений.

6.2. ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ В АНТЕННАХ-УСИЛИТЕЛЯХ

Измерение взаимной модуляции в АУ заключается в определении напряженностей полей Ei, Е2 и сэ- Кроме прямого пути измерения напряженностей полей, что обычно затруднительно, имеются различные способы определить их через напряжения в какой-либо части (например, на выходе) АУ. Рассмотрим предварительно некоторые особенности измерений нелинейных искажений в АУ по общей схеме, представленной на рис. 6.1.

Эти особенности, как указывалось, заключаются прежде всего в необходимости отделить эффекты взаимной модуляции (и перекрестной модуляции), возникающие в АУ от таких же эффектов, возникающих в измерительной аппаратуре. На рис. 6.1 Г1 и Г2 - генераторы сигналов, работающие на частотах fi и /г, Ф1 и Ф2 - фильтры, предотвращающие излучение через передающую антенну (ПА) сигналов частот гармоник, ДМ - развязанный делитель мощности (направленный ответ-витель), необходимый для исключения взаимопроникно вения сигналов генераторов Г1 и Г2. Практика показывает, что такое решение для передающей части схемы более приемлемо, чем работа каждого генератора Г1 и Г2 на свою антенну, так как развязку между этими антеннами на частотах fi и /г особенно при их близости, при измерении комбинации типа {2fi-f2-fr.) не удается обеспечить больше 10 ... 20 дБ, в то время как ДМ можно выполнить с большей развязкой Если все же эта развязка недостаточна для предотвращения нелинейных искажений в генераторах, необходимо вводить в тракты генераторов П и Г2 аттенюаторы (Л/ и А2) по 5 ... 10 дБ. Приемная часть схемы состоит из АУ и измерительного приемника (ИП), который должен обеспечивать измерения сигналов в диапазоне не меньше 80 ... 100 дБ. АУ запитывается через устройство ввода питания (УВП) от блока питания (БП); и во врел1я измерений по миллиамперметру (мА) контролируется потребляемый ею ток.

Если производить'измерения по описанной выше схеме, то результат измерений (уровень сигнала взаимной модуляции), как правило, будет определяться как искажениями, возникшими в АУ, так и искажениями, воз-

(fl)

- Ф/ -[

П (fl)

0Z -

ДМ -- /ТА

ЗА А

УВП

т

Рис. 6.1. Схема измерения нелинейных искажений АУ

Никшими в приемнике. Поэтому обычно для разделения искажений необходимо между приемником и устройством ввода питания установить фильтр (ФЗ), вырезающий принятые АУ сигналы с частотами fi и /г. При этом на индикаторе ИП можно фиксировать чистый сигнал взаимной модуляции, образованный в АУ на частоте fn3=/c=2fi-/2 или fu2=fc-fi±f2. Однако если частоты /1 и /г весьма близки друг к другу и к частоте fc (обычно наиболее опасный случай взаимной модуляции), то фильтрацию сигналов с частотами fi и /г от fc трудно обеспечить. Тогда можно рекомендовать установку вместо или вместе с фильтром ФЗ аттенюатора A3. Пусть сигналы, поступающие через него от АУ в приемник, ослабляются, например, на Лз дБ. В этом случае сигнал взаимной модуляции, образующийся в приемнике, будет меньще того сигнала взаимной модуляции, который имеет место без аттенюатора A3 на 2Аз-1-Аз= = ЗАз дБ [105] для комбинации типа 2fi-fz (или на 2Аз дБ для комбинации типа fi±.f2), в то время как сигнал взаимной модуляции, образованный в АУ, принимается с ослаблением A3 дБ. Обычно можно выбрать такое затухание A3, которое обеспечивает одновременно и фиксацию на индикаторе прием,чика сигнала взаимной модуляции АУ, и отсутствие искажений в самом приемнике. Понятно, что проверка уровня искажений в самом приемнике осуществляется при непосредственном подключении выхода ДМ к аттенюатору A3, и выставлении на выходах генераторов таких уровней мощности Pi и Р2, которые обеспечивают те же самые уровни сигналов на частотах fi и /2 для приемника, что и при измерениях по схеме на рис. 6.1 (т. е. принимаемых от АУ).

Необходимо отметить, что измерительные приемники имеют, как правило, весьма неравномерную зависимость уровня собственных нелинейных искажений от частоты. Динамический диапазон по интермодуляции, определяемый как отношение уровня сигналов Ui{ - U2) на частотах fi (и /2) к уровню составляющей взаимной модуляции Ua, колеблется для них обычно в пределах 40 ... 80 дБ и более, поэтому только для некоторых комбинаций частот можно упростить схему измерений, исключив из нее фильтр ФЗ или аттенюатор A3. Таковы общие особенности измерений перекрестной и интермодуляции в АУ. Рассмотрим процесс измерений более подробно.