Нелинейные явления в радиотракте. Блокирование

Постановка задачи: ОСИ рассматривается в предположении линейности тракта принимаемой частоты. Однако существует и многосигнальная избирательность, которую МСЭ трактует как способность приемника различать желаемый сигнал (на который приемник настроен) и нежелательные сигналы (с частотами за пределами полосы пропускания), уровни которых таковы, что они создают нелинейные эффекты при одновременном действии желательных и нежелательных сигналов.
К указанным нелинейным эффектам относят:
Блокирование – изменение коэффициентов усиления каскадов , а следовательно, уровня сигнала и отношения РС/РШ под действием внеполосной немодулированной помехи.
Перекрестная модуляция – явление одновременного воздействия на каскады тракта сигнала модулированной помехи, в результате которого происходит перенос модуляции АМ с мешающего на полезный сигнал.
Взаимная модуляция – образование из двух и более колебаний некоторого третьего, воздействующего на приемник на частоте сигнала или побочного канала.

Блокирование и его оценка
Представим проходную характеристику электронного прибора в виде функции I=f(U) . Известно, что всякую функцию f(U), имеющую внутри промежутка ±∆U точку Е=U и непрерывные производные всех порядков, можно представить при всех значениях U внутри этого промежутка рядом Тейлора по степеням разности U-E=∆U. Тогда выходной ток усилительного элемента, имеющего ВАХ, характеризующийся в рабочей точке напряжением смещения Е, при изменении входного напряжения на величину ±∆U можно представить рядом Тейлора вида:
(1)
Учитывая, что f(E)=i0 – постоянная составляющая выходного тока, f ‘(E)=Sd, f ‘’(E)=Sd’, f ‘’’(E)=Sd’’ – динамическая крутизна ВАХ и ее производные в рабочей точке, преобразуем выражение (1) к виду:

(2)
Обычно для каскадов с малой нелинейностью достаточно учитывать четыре первых члена разложения.
Предположим, что на вход нелинейного элемента воздействуют полезный сигнал и помеха. Зададим входное воздействие в виде суммы двух колебаний:
(3)
Причем и частота сигнала совпадает с частотой настройки тракта. Найдем амплитуду тока первой гармоники сигнала в спектре выходного тока каскада. Подставим (3) в (2) и получим:

Выражение в круглых скобках представляет собой амплитуду первой гармоники тока сигнала при воздействии помехи:
(4)

Учитывая, что вторым слагаемым в (4) пренебрегаем:
(5)
Данное уравнение представляет собой аналитическое выражение колебательной характеристики и она нелинейна. В отсутствии помехи амплитуда первой гармоники сигнала равна:
(6)
Из уравнения (5) видно, что чем больше амплитуда помехи, тем больше возрастает амплитуда первой гармоники тока сигнала и тем больше напряжение на выходе усилительного каскада.

Рисунок 1 –Изменение амплитуды первой гармоники выходного тока электронного прибора при воздействии помехи различного уровня
Вывод: Амплитуда первой гармоники выходного тока ЭП не пропорциональна изменению амплитуды сигнала и помехи на его входе.

Наклон колебательной характеристики зависит от величины Sd и S”d, а также амплитуды напряжения помехи Umп. В зависимости от знака S”d колебательная характеристика может либо нарастать либо падать. Знак S”d зависит от выбора режима работы усилительного элемента.
Т.к. амплитуда сигнала при воздействии помехи изменяется , изменяется и коэффициент усиления каскада.
Эффект изменения уровня сигнала (обычно уменьшения) при действии немодулированной помехи, не имеющей прямого прохождения, по сравнению с отсутствием помехи называется блокированием (забитием).
Качественно блокирование оценивается коэффициентом блокирования, который определяют как относительное изменение уровня сигнала в присутствии помехи:
(7)

Отсюда видно, что коэффициент блокирования определяется параметром нелинейности ВАХ в рабочей точке , т.е и
амплитудой помехи .
Для уменьшения коэффициента блокирования следует:
выбирать электронные приборы с меньшим отношением ;
уменьшить амплитуду помехи на входе первого УВЧ, что достигается применением более высоко избирательных резонансных систем во входных цепях.
Если известно допустимое значение коэффициента блокирования, определены тип ЭП и режим его работы, то можно определить допустимое напряжение помехи на входе ЭП:
(8)
Для полевых транзисторов допустимое значение уровня помехи на входе составляет 1 В – усилительного каскада и 0,1 В – смесителя.