Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Мультипликативные помехи
Мультипликативные помехи обусловлены сторонним изменением коэффициента передачи канала связи. Источником мультипликативных помех могут быть неудовлетворительно работающие системы АРУ в высокочастотных каналах связи. [1]
Мультипликативные помехи возникают, если какой-то компонент пробы, не генерируя собственного сигнала, усиливает или ослабляет аналитический сигнал. Это проявляется в изменении угла наклона ( чувствительности) градуировочного графика без его параллельного смещения. В случае мультипликативных помех применим метод добавок. [2]
Мультипликативные помехи вызываются рядом причин, основными из которых являются изменение характеристик линий связи, коэффициентов усиления схем при колебаниях напряжений питания, замирания сигналов в радиосвязи. [3]
Мультипликативные помехи вызываются рядом причин, основными из которых являются изменение характеристик линий связи, коэффициентов усиления схем, при колебаниях напряжений питания, замирания сигналов в ридиосвязи. Поскольку подавляющее большинство сообщений передается по проводным линиям связи которые являются линейными электрическими цепями, при воздействии помех на эти цепи мультипликати-вные помехи не возникают. Воздействие помех на передаваемый сигнал имеет аддитивный характер. [5]
Различают аддитивные и мультипликативные помехи и шумы. Аддитивные складываются с полезным сигналом, а мультипликативные перемножаются с ним. [8]
На одномерных интерферограммах мультипликативные помехи являются существенно более низкочастотными, чем математическая интерферограмма, а для их подавления можно использовать тот факт, что искомая математическая интерферограмма представляет собой синусоидальное колебание с постоянной амплитудой. [11]
Аддитивные и мультипликативные помехи
Балтийский федеральный университет имени И. Канта
Физико-технический факультет
| Утверждаю |
| Заведующий кафедры |
| к.т.н., доцент |
| А. Шпилевой |
| «___»_________ 200__ г. |
Л Е К Ц И Я № 9
Тема:«Характеристика помех в канале связи»
Текст лекции по дисциплине:«Теория электрической связи»
| Обсуждена и одобрена на заседании кафедры |
| протокол №___ от «___»___________200__г. |
Г. Калининград 2012 г.
Текст лекции № 8
по дисциплине:«Теория электрической связи»
Введение
В реальном канале связи сигнал при передаче искажается и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал.
Частотные и временные характеристики канала определяют так называемые линейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных его звеньев. Как линейные, так и нелинейные искажения обусловлены известными характеристиками канала и могут быть устранены путём коррекции. Помехи заранее не известны, поэтому не могут быть устранены.
Изучение физических свойств помех необходимо для грамотного построения всех элементов канала связи.
Классификация помех
Помехой будем называть любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.
Самая грубая характеристика помехи заключается в указании её спектральной плотности. С этой точки зрения помехи разделяются на широкополосные, спектр которых значительно шире спектра сигнала, и узкополосные или сосредоточенные, ширина спектра которых соизмерима с шириной спектра сигнала.
По своей временной структуре помехи разделяются на гладкие и импульсные. Для гладких помех характерно то, что их огибающая с большой вероятностью находится в некотором небольшом интервале около своего среднего значения. Огибающая импульсных помех с большой вероятностью находится вне этого интервала. Резкой грани между гладкими и импульсными помехами нет.
А(t) G(f)
 |
 |
 | |
Рис. 1. Сосредоточенная помеха.
А(t) G(f)
 |
 |
 |
t f
Рис. 2. Импульсная помеха.
На рис. 1, 2 показан пример огибающих А(t) и спектральных плотностей мощности G(f) типичных реализаций сосредоточенной и импульсной помех.
В радиоканалах часто встречаются атмосферные помехи, обусловленные электрическими процессами в атмосфере, и, прежде всего грозовыми разрядами. Энергия этих помех сосредоточена главным образом в области длинных и средних волн.
Сильные помехи создаются также промышленными установками. Это так называемые индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях электроустановок. Сюда относятся помехи от электротранспорта, электрических двигателей, систем зажигания двигателей.
Распространённым видом помех являются помехи от посторонних радиостанций и каналов.
Они обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах.
В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрёстными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.
Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, резисторах и других элементах аппаратуры.
Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в УКВ диапазоне. В этом диапазоне имеют место и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на солнце, звёздах и других внеземных объектах.
Выводы
1. Следует заметить, что между сигналом и помехой отсутствует принципиальное различие. Более того, они существуют в единстве, хотя и противоположны по своему действию. Так, излучение радиопередатчика является полезным сигналом для приёмника, которому предназначено это излучение, и помехой для другого приёмника. Электромагнитное излучение звёзд является одной из причин космического шума в диапазоне СВЧ и поэтому является помехой для систем связи. С другой стороны, это излучение является сигналом, по которому определяют некоторые физико-химические параметры.
Аддитивные и мультипликативные помехи
Во всех системах связи наблюдаемый сигнал поступающий с выхода канала на вход приёмника (демодулятора) может быть представлен в виде суммы:
 | (2.1) | ||
| где |  | – | реализация суммы сигнала и аддитивной помехи на входе приемника (детектора); |
 | – | реализация случайного сигнала на входе приемника (детектора) без учета аддитивных помех; | |
 | – | реализация случайного процесса (СП)  | |
 | – | случайная аддитивная помеха в непрерывном канале. |
Аддитивные (естественные) помехи по своему происхождению делятся на внутренние, возникающие в самом канале, главным образом в аппаратуре и внешние поступающие в канал от посторонних источников.
В системах электросвязи внутренние помехи обусловлены тепловыми шумами (случайными движениями электронов в проводниках), дробовыми шумами (флуктуациями числа носителей тока, преодолевающих потенциальный барьер в электронных устройствах). Тепловые шумы в принципе неустранимы. Их можно уменьшать путём понижения температуры тех частей канала, где уровень сигнала низок (входные цепи и УВЧ приёмника). Дробовые шумы можно снижать путём рационального построения аппаратуры. Полностью устранить их нельзя.
К внутренним помехам можно также отнести «фон» переменного тока, всевозможные наводки и т. д.
Внешние помехи по их происхождению делятся на:
‒ взаимные помехи – ослабленные сигналы других каналов связи;
‒ индустриальные помехи – создаются различной электрической аппаратурой;
‒ атмосферные помехи – вызываются близкими и дальними грозовыми разрядами
К взаимным помехам относятся также помехи, возникающие при прохождении посторонних сигналов вместе с полезным сигналом через нелинейные цепи РПУ. К ним можно отнести и контактные помехи, характерные для подвижных радиосредств.
Общие физические характеристики помех.
Внутренние помехи являются широкополосными и гладкими. При этом тепловые и дробовые шумы имеют постоянную спектральную плотность мощности в очень широкой полосе частот.
Односторонняя спектральная плотность мощности теплового шума, создаваемая флуктуацией электронов в проводнике, не зависит от его сопротивления и от проходящего через него тока и равна:
При обычных температурах и не очень высоких частотах справедливо более простое выражение:
 | (2.3) |
Характер дробовых шумов зависит от типа электронного прибора, в котором они возникают. Основным их отличием от тепловых шумов является зависимость интенсивности шума от тока, проходящего через прибор. Спектральная плотность дробового шума пропорциональна постоянной составляющей этого тока и практически одинакова на всех частотах рабочего диапазона прибора.
Взаимные помехи чаще всего узкополосные и могут быть как гладкими, так и импульсными. Индустриальные и атмосферные помехи широкополосные и состоят из импульсной и гладкой составляющей.
Аддитивные помехи хорошо аппроксимируются гауссовским случайным процессом. Это объясняется тем, что помехи образуются суммированием очень большого числа отдельных воздействий, независимых друг от друга или слабо зависящих и имеющих значения примерно одного порядка. В этих условиях справедлива центральная предельная теорема и сумма этих воздействий мало отличается от гауссовского процесса.
Мультипликативные (искусственная) помехи – это помехи, которые обусловлены случайными изменениями параметров канала связи (перемножается с сигналом):
 | (2.4) | ||
| где |  | – | случайный процесс; |
 | – | полезный сигнал (реализация случайного сигнала на выходе модулятора). |
В реальных каналах обычно имеют место и аддитивные, и мультипликативные помехи, поэтому:
 | (2.5) |
Выводы
1. Аддитивная помеха – это естественная помеха, а мультипликативная помеха – это искусственная помеха.
2. В реальных каналах связи обычно имеют место аддитивные и мультипликативные помехи.
Помехи и шумы в спутниковых системах связи: как добиться помехоустойчивости и помехозащищенности
Что такое помехи в системах связи
Характеристики помех
Помехи характеризуют следующие параметры:
Представлено взаимосвязью средних мощностей сигнала и помехи, выражается в децибелах.
Отображает постоянную составляющую процесса (математическое ожидание).
● Второй момент (дисперсия)
Выражает мощность, характерную для переменной составляющей.
● Функция автокорреляций процесса
Представляет собой смешанный второй момент.
Свойство заключается в совпадении средних по множеству (вычисляемых по распределению математических ожиданий) с найденными по одной реализации процесса средними по времени с вероятностью равной единице.
● Спектральная плотность мощности (спектр)
Классификация помех в системах связи
По форме
Форма делит помехи на:
Идут от промышленной сети, где частота составляет 50 ГГц, от различных аппаратов, медицинских установок.
Представлены отдельными импульсами.
По характеру мешающего воздействия
Характер мешающего воздействия определяет следующие типы помех:
Помеха суммируется с полезным сигналом внутри канала связи.
По месту возникновения
В зависимости от места возникновения помехи бывают:
Создаются электромагнитными процессами, которые происходят в космическом пространстве, ионосфере, атмосфере, электроустановками, а также средствами, используемыми для создания преднамеренных помех.
По виду частотного спектра
Соответственно частотному спектру помехи подразделяются на:
● Стационарный (белый) шум
Содержит отличающиеся случайной начальной фазой, а также одинаковой амплитудой гармонические составляющие, равномерно распределенные по всему диапазону частот — от постоянной составляющей до частоты порядка 1012 Гц.
Флуктуационные помехи
Возникают вследствие наложения большого количества импульсных помех, из-за чего кривая напряжения становится непрерывной по времени величиной. Это случайный процесс, отличающийся нормальным распределением (закон Гаусса). Подобные помехи присутствуют практически во всех каналах связи и называются шумами.
К ним также относятся шумы приемника и среды, где происходит распределение сигнала. У входа приемного устройства их спектр шире полосы пропускания последнего.
Аддитивные помехи
Помехи соседних радиоканалов
Промышленные помехи
Атмосферные помехи
Узкополосные помехи
Мультипликативные помехи
Синусоидальные помехи
Импульсные помехи
Спектральные помехи
Возникают при случайном пересечении спектральных линий различных элементов.
Сплошные помехи
Селективные помехи
Перекрестные помехи
Явления, где переданный по одной линии канала связи сигнал, в другой линии приводит к возникновению нежелательного эффекта. Данный тип может быть вызван паразитными индуктивными, проводящими или емкостными связями, существующими в одной электрической цепи, ее части или канала связи с другой (другим).
В кабельных структурированных системах помехи перекрестного типа возникают вследствие влияния одной витой пары (неэкранированной) на другую, что разделяет их на:
Перекрестные помехи на ближнем конце
Перекрестные помехи на дальнем конце
Внешние перекрестные помехи
Сосредоточенные помехи
Ширина их спектра соразмерна с шириной спектра сигнала или уже его.
Существует два типа сосредоточенных помех:
Апериодическая помеха
Полупериодическая помеха
Нелинейные помехи
Помехи линейных переходов
Шум в системах связи
Шум представляет собой любое нежелательное воздействие, добавляемое к идеальному сигналу и ухудшающее его прием.
Шум представлен несколькими видами:
Перекрестные помехи
Внутриканальные помехи
Искусственные шумы
Естественные шумы
Тепловой шум
Дробовой шум
Фликер-шум
Гауссов шум
Белый шум
Периодический случайный шум
Пути проникновения шумов
Шумы, наводимые на провода
Связь через общее сопротивление
Электрические и магнитные поля
Гальванический процесс
Электролитический процесс
Трибоэлектрический эффект
Перемещение проводника
Помехи от системы зажигания
Помехи от линий электропередач
Помехи от аппаратуры дуговой сварки
Понятие помехоустойчивости спутниковых систем связи
Потенциальная помехоустойчивость системы связи
Реальная помехоустойчивость
Трансформация телемеханического сообщения
Помехоустойчивость дискретных сигналов
Как добиться помехозащищенности систем связи
Технические способы устранения помех
Для подавления идущих от источника шумов необходимо:
● Заключение источников шума в экран;
● Подключение фильтров ко всем проходящим через зашумленное пространство проводникам;
● Ограничение времени нарастания импульса;
● Использование цепей, подавляющих выбросы напряжения, для катушек реле;
● Скручивание шумящих проводников;
● Экранирование витых пар шумящих проводов;
● Заземление обоих концов экранов, которые применяются для подавления помех излучения.
Подавление шумов в приемнике предполагает:
● Расширение полосы пропускания строго до необходимых параметров;
● Использование селективных частотных фильтров;
● Обеспечение соответствующей развязки по питанию;
● Шунтирование малоемкостных высокочастотных электролитических конденсаторов;
● Применение экранирующих корпусов.
Методы защиты от помех промышленных сетей
Предотвратить воздействие на промышленные сети способны следующие методы:
● Использование витой пары как среды передачи информации;
● Применение кабелей волоконно-оптического типа, менее подверженных электромагнитным помехам;
● Скремблирование — приведение данных к виду, похожему на случайные данные по различным характеристикам, что в итоге позволяет подавить сильные составляющие сигнального спектра и не допустить возникновение помех;
● Дополнение пакета данных служебной информацией, говорящей о целостности данного пакета;
● Резервирование линий передачи данных;
● Совместное применение цифровых и аналоговых сигналов.
Что такое мультипликативная помеха приведите пример
МУЛЬТИПЛИКАТИВНЫЕ ПОМЕХИ ОТ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Д. Авдонин, А. Гречихин (UA3TZ), г. Нижний Новгород
Статья из ж. Радио 2-2002 год.
Радиоприем нередко сопровождается сильным фоном переменного тока, прослушиваемым при настройке на несущую радиостанции. Даже если несущая отсутствует, например, при приеме SSB сигналов, речь становится искаженной и неразборчивой. Телеграфные сигналы приобретают хриплый тон. Особенно сильно эффект проявляется в транзисторных приемниках со штыревыми антеннами, зачастую делая невозможным их питание от сети переменного тока. Эффект в равной мере проявляется и при передаче, искажая сигнал станции и расширяя его спектр. О причинах этого явления и средствах борьбы с ним и рассказывается в предлагаемом материале.
В статье рассмотрены такие преобразования радиосигналов, при которых в результате прохождения токов радиочастоты через диоды работающего источника вторичного электропитания, содержащего выпрямитель, происходит нежелательная модуляция радиосигналов с частотами гармоник питающей сети.
Наиболее ярко этот эффект проявляется, например, при питании портативного вещательного радиоприемника AM сигналов со штыревой антенной от сети переменного тока через выпрямитель. Фон переменного тока прослушивается только тогда, когда приемник настроен на частоту работающей станции, и совсем не слышен, если сигнал станции отсутствует. Интенсивность фона повышается с ростом уровня сигнала, поэтому фон наиболее заметен при приеме местных радиостанций [1]. Наряду с фоном переменного тока, четко выделяющимся во время пауз передачи, прослушиваются существенные искажения речи и музыки.
В отличие от аддитивного фона, причиной которого может быть, например, неудовлетворительная фильтрация напряжения питания и который прослушивается на выходе приемника независимо от того, настроен он на какую-либо станцию или нет, указанный фон справедливо называют мультипликативным фоном (МФ) [2], т. е. возникшим в результате функционального перемножения колебаний сигнала и помехи.
Процесс может происходить следующим образом: если в качестве антенны используется отрезок провода, то в антенную систему, участвующую в процессе приема, в качестве противовеса неизбежно входят провода питающей сети, в которых, как и в антенном проводе, под действием электромагнитного поля радиостанции тоже наводится ЭДС радиочастоты (рис. 1). Источник вторичного питания (ИВП) в этом случае действует одновременно и как модулятор радиосигнала фоном переменного тока, поскольку в цепь антенной системы приемника (Rx) оказываются включенными диоды выпрямителя, как показано на рис. 2.
Каждый диод работающего выпрямителя является для сравнительно малых напряжений радиочастоты параметрическим элементом (т. е. линейным элементом, параметры которого существенно изменяются во времени с частотой 50 Гц под действием сравнительно большого напряжения от вторичной обмотки трансформатора). Радиочастотный ток i в цепи антенной системы, попадающий на вход приемника, определяется как произведение напряжения полезного сигнала на диодах, пропорционального наведенной в антенной системе ЭДС, на переменную проводимость диодов. Полезный сигнал оказывается таким образом умноженным на функцию изменения проводимости диодов, получая при этом паразитную модуляцию фоном переменного тока. Ввиду того, что под влиянием изменений обратного напряжения при закрытых диодах изменяется их емкость, сигнал получает в общем случае не только амплитудную, но и фазовую (частотную) модуляцию [3].
Аналогичные явления могут происходить не только при приеме, но и при передаче. При этом источником радиочастотных токов в проводах сети является передатчик, питаемый от сети через выпрямитель. Антенная система с участием проводов сети излучает сигнал с паразитной модуляцией фоном, и этот мультипликативный фон будет помехой всем, кто принимает сигнал данного передатчика. Если радиостанция в режимах приема и передачи использует одну и ту же антенну и питается от одного выпрямителя, то обнаруженный при приеме мультипликативный фон свидетельствует о том, что и при передаче также может быть паразитная модуляция сигнала фоном.
Область проявления рассматриваемого эффекта отнюдь не ограничивается портативной радиоаппаратурой. В стационарных установках с простейшими антеннами токи, казалось бы, должны уходить по проводу заземления, минуя источник питания. Однако от заземления в этом смысле мало пользы, ибо эффективное заземление по высокой частоте, как известно в [4, 5], практически неосуществимо. Синфазные токи радиочастоты в проводах сети могут наводиться в режиме передачи и при наличии полноценной (даже симметричной) антенны с фидером. Это происходит при недостаточном удалении самой антенны от проводов сети или при наличии антенного эффекта фидера [6].
Выше указывалось, что паразитной модуляции подвергается как амплитуда, так и фаза (частота) сигнала. На практике исходная паразитная частотная модуляция фоном незначительна, однако если модуляция принимаемого (или передаваемого) сигнала фоном даже чисто амплитудная, то неизбежные перекосы частотной характеристики тракта передачи-приема приводят к появлению частотной модуляции
фоном и помеха будет обнаруживаться приемниками не только AM, но и ЧМ сигналов.
Рассматриваемые мультипликативные помехи приводят к серьезному ухудшению качества сигналов радиовещания и связи. Прием телеграфных и однополосных сигналов, как и обычных радиовещательных, сопровождается характерной хрипотой. В [2] отмечается, что в телевизоре мультипликативный фон «может быть одной из причин появления на экране перемещающихся горизонтальных полос, в пределах которых изображение имеет ослабленные или усиленные контрастность и яркость». Это случается при пользовании простыми комнатными или встроенными антеннами. Нередко причиной помех бывает модуляция радиосигнала в подключенном к той же сети выпрямителе, функционально (и даже гальванически!) не связанном с приемником или передатчиком этого сигнала.
Обстоятельный анализ мультипликативных помех дан в книге [З]. Если влияние аддитивной помехи, которая суммируется с сигналом, можно ослабить с помощью фильтрации, компенсации и даже просто увеличением уровня полезного сигнала, то наиболее реальный путь борьбы с мультипликативной помехой — устранение ее причин и, в частности, в источнике питания.
В литературе можно найти ряд способов ослабления мультипликативного фона [1, 2, 7-10], однако все обнаруженные литературные источники затрагивают проблему только с одной стороны — при радиоприеме.
Наша цель — не только показать, что область возможных негативных проявлений рассмотренных преобразований несколько шире, но также сделать сравнительную оценку возможных способов подавления МФ и привести обоснованные аргументы в пользу одного из направлений в борьбе с этим явлением.
Мультипликативный фон, как при передаче, так и при приеме, возникает при совпадении двух условий: наличия существенной связи между приемником (передатчиком) и проводами сети, т. е. заметного участия проводов сети в работе антенной системы и наличия модулирующих параметрических элементов (диодов выпрямителя) в цепи антенной системы, включающей передатчик (приемник).
Следовательно, борьба с мультипликативным фоном может проводиться, по крайней мере, одним из двух способов соответственно: ослаблением связи между передатчиком (приемником) и проводами сети или ослаблением модулирующего действия диодов. Любой из этих методов для ослабления МФ может оказаться достаточным.
Наиболее популярный способ подавления мультипликативного фона относится ко второму методу. Он состоит в шунтировании диодов выпрямителя конденсаторами [2, 8-10]. Путь токов радиочастоты становится более коротким через имеющие малое сопротивление линейные конденсаторы, а не через диоды, и при достаточно большой емкости шунтирующих конденсаторов удается получить значительное ослабление помехи.
Примерно с конца 70-х годов шунтирование диодов выпрямителей конденсаторами используется многими отечественными и зарубежными производителями источников вторичного электропитания радиоаппаратуры. Конденсаторы устанавливают как в мостовых, так и в двуполупериодных выпрямителях с отводом от середины вторичной обмотки, и даже в однополупериодных выпрямителях. Нам не удалось проследить первопричину и выяснить цель установки конденсаторов, однако в ряде обнаруженных (немногочисленных) комментариев по этому поводу указывалось, что это сделано для «сглаживания высокочастотных помех, проникающих со стороны сети». Во всяком случае эффект модуляции фоном переменного тока заметно снижается. Конденсаторы также способствуют уменьшению импульсных помех от переходных процессов в самих диодах при работе выпрямителя [5].
Другой способ исключить диоды выпрямителя из цепи для синфазных токов радиочастоты более доступен: можно просто соединить по высокой частоте провода сети с общим проводом (корпусом) радиоаппарата [1, 7]. Это делается, например, во всех чувствительных к помехам измерительных приборах и генераторах сигналов. Оба провода сети соединяют с корпусом прибора конденсаторами по 10…100 нф. В этом случае незаземленный корпус прибора может оказаться под опасным напряжением, поэтому защитное заземление (или зануление) корпуса обязательно.
Заметим, что в результате шунтирования конденсаторами диодов или выпрямителя в целом помехи разного рода, проникающие как со стороны сети (в приемник), так и в сторону сети (от передатчика), не уменьшаются, а наоборот, увеличиваются, так как уменьшается сопротивление на их пути.
Таким образом, ослабляя по второму методу мультипликативный фон, возникающий в своем выпрямителе, мы не устраняем, а наоборот, увеличиваем токи радиочастоты в проводах сети. Остается мощный потенциальный источник помех — электросеть как активная часть антенной системы. Таким способом, как показывает опыт, практически невозможно эффективно подавить МФ в условиях реальных сетей при наличии нелинейных или параметрических элементов в подключенных к этой же сети соседних устройствах, в частности устройствах вторичного электропитания.
Значительно лучше в этом отношении не облегчать путь токам радиочастоты через выпрямитель, а наоборот, исключить причину этих токов или закрыть им этот путь, следуя первому из указанных выше методов.
Один из способов — установка запорных дросселей [2]. Они включаются в цепи питания (первичную и/или вторичную) поблизости от объекта (приемника или передатчика), при этом не требуется вмешательства в цепи выпрямителя. Дроссели служат для исключения или для ограничения участия проводов сети в составе антенной системы радиоустройства. Они защищают приемник не только от помех, возникших в своем выпрямителе, но и от помех, возникших во всех других выпрямителях и прочих источниках, связанных сданной сетью. Ведь паразитная модуляция может произойти и на диодах «чужого» выпрямителя.
Дроссели в проводах сети устанавливают практически во всех современных телевизионных приемниках с импульсными вторичными источниками питания, хотя основное их назначение — закрыть путь для гармоник частоты преобразователя и генератора строчной развертки в провода сети.
Другой способ [2] состоит в экранировке вторичной обмотки силового трансформатора от первичной. Идеальная экранировка предполагает полное устранение емкостной связи между обмотками трансформатора. Однако это невозможно ввиду практической невыполнимости эффективного заземления экрана по радиочастоте. А для бестрансформаторных источников питания этот способ, конечно, вообще не подходит.
Еще один путь борьбы с мультипликативным фоном — ослабление электромагнитной связи между антенной и проводами сети. Этого можно добиться удалением, насколько возможно, проводов антенны от проводов сети, избегая параллельного их расположения, а также предупреждением или ослаблением антенного эффекта фидера [6], что достигается, например, с помощью симметрирующих устройств и запорных дросселей (линейных изоляторов) в фидере.
Для наиболее эффективного подавления и предупреждения мультипликативных помех можно и нужно использовать все доступные способы комбинированно. Однако в большинстве описаний любительских блоков вторичного питания никаких средств борьбы с МФ, к сожалению, не обнаружено.
Подчеркнем, что способы первого метода, не являясь необходимыми для узкой цели подавления мультипликативных помех от источников питания, могут оказаться весьма желательными и даже необходимыми для борьбы и с прочими помехами других видов (аддитивных), в то время как взятые отдельно способы второго метода могут усугубить помеховую ситуацию в отношении этих прочих помех. Поэтому предпочтительное применение первого метода отдельно или в сочетании со вторым нам представляется более чем целесообразным.
Сказанное иллюстрируется осциллограммами, полученными с помощью компьютерного моделирования (Electronics Workbench v.5.12). Схема моделирования представлена на рис.
Мостовой выпрямитель, питаемый от источника переменного напряжения G1, нагружен цепью R2C7. Диоды моста VD1 — VD4 по параметрам близки к отечественным диодам КД204Б. Ток радиочастоты 150 кГц через выпрямитель создается действием ЭДС генератора G2. Для его индикации служит преобразователь тока в напряжение (генератор напряжения, управляемый током) U1. В качестве элементов подавления МФ служат конденсаторы СЗ — С6 и/или дроссель 11. Элементы С1, С2, R1 представляют модель (эквивалент) некоторой антенной системы с участием сети.
На рис. 4 показаны результаты моделирования: а) пульсации выпрямленного напряжения и на нагрузке R2; б) ток i от генератора G2, полученный без средств подавления; в) и г) — то же, с использованием конденсаторов и дросселя по отдельности; д) — вместе. Достаточно хорошее подавление огибающей получается при емкости конденсаторов СЗ-С6 более 10 нф. Однако введение дросселя значительно снижает уровень нежелательных токов вообще, а совместно с конденсаторами делает мультипликативный фон пренебрежимо малым.
Замечено, что шунтирование конденсаторами всех диодов моста дает лучшие результаты, чем только двух из них, а при двух конденсаторах лучше их устанавливать не в смежные, а в противоположные плечи моста.
С увеличением ЭДС генератора G2 примерно до 1 В пропорционально увеличивается ток в цепи этого генератора; это свидетельствует, что выпрямитель для него остается линейной цепью с переменными параметрами. Однако картина несколько меняется при изменениях амплитуды источника G1.
Недостатком чисто дроссельного подавления является то, что при малой индуктивности подавление может оказаться недостаточным, а при большой — сказывается влияние собственной емкости дросселя. Более того, при резонансе контура, образованного индуктивностью дросселя и динамически изменяющейся емкостью диодов, уровень модулированных токов может даже увеличиться. Установлено, что короткие импульсы на осциллограмме рис. 4,г не зависят от наличия генератора G2 (аддитивная помеха!) и не подавляются одним только дросселем L1. Поэтому и при использовании дросселей шунтирование диодов или всего выпрямителя конденсаторами также небесполезно.
Запорные дроссели («линейные изоляторы») рассчитывают с учетом рабочей полосы частот. Для эффективного ослабления синфазных токов радиочастот полное сопротивление дросселя при этих частотах должно быть не менее 2 кОм (однако он не должен вносить заметных потерь для противофазных токов в цепи питания или фидера).
Дроссели выполняют двойным проводом, например,на кольцевом ферритовом сердечнике с магнитной проницаемостью 400…800. Они могут устанавливаться как в первичной (сеть), так и во вторичной цепях питания, а еще лучше в обеих, если источник питания конструктивно выделен, причем сечение провода должно соответствовать току, а изоляция — напряжению в соответствующей цепи. Расширение рабочей полосы частот и улучшение эффекта подавления помех достигается последовательным (каскадным) включением двух и более линейных изоляторов.
Результаты компьютерного моделирования хорошо подтвердились экспериментально при испытаниях портативного ЧМ трансивера «Урал-Р» диапазона 27 МГц с короткой антенной (0,35 м) без противовеса и с блоком питания для низковольтных бытовых приборов «Микрон БП-6», изначально не имевшим средств подавления помех. Начальная глубина амплитудной модуляции фоном при передаче составила около 22 %. Наилучшее подавление (более чем в 1000 раз) получено при комбинированном применении конденсаторов по 1100 пф для всех плеч моста и запорного дросселя во вторичной цепи питания (по постоянному току), размещенного в отсеке питания трансивера. Отдельно конденсаторы обеспечивали подавление в 13 раз, а дроссель отдельно — в 120 раз. Дроссель имел две параллельные обмотки по 18 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,25 мм на кольцевом ферритовом сердечнике марки 600НН типоразмера К12х6х4,5. В режиме приема немодулированного сигнала от генератора мультипликативный фон (без подавления) прослушивался при сильном сигнале только при существенных расстройках, а при слабом сигнале достаточно заметно и при отсутствии расстройки по частоте.
Пример общей практической схемы комбинированного подавления мультипликативных помех приведен на рис. 5. Здесь Zg, — полное сопротивление для токов высокой частоты провода заземления; L1-L3 — запорные дроссели; BALUN — симметрирующее устройство для перехода от симметричной антенны к несимметричному фидеру.
Диоды выпрямителя зашунтированы конденсаторами, кроме этого, для токов радиочастоты весь выпрямитель обведен общим проводом заземления и конденсаторами С1, С2, а провода сети отделены дросселем L1. Первичная и вторичная обмотки силового трансформатора (если он есть) разделены экраном. Дроссель L2 создает разрыв в нежелательной, с точки зрения помех, петле, образованной между источником питания и радиоаппаратом проводами питания и заземления. Линейный изолятор L3 и симметрирующее устройство способствуют уменьшению антенного эффекта фидера.
ЛИТЕРАТУРА
1. Техническая консультация. — Радио, 1955,№ 2, с. 59.
2. Егоров И. Мультипликативный фон в радиоприемниках. — Радио, 1980, № 9, с. 40,41.
3. Кремер И. Я., Владимиров В. И., Карпухин В. И. Модулирующие (мультипликативные) помехи и прием радиосигналов. — М.: Сов.радио,1972.
4. Отт Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах / Пер. с англ. — М.: Мир, 1979.
5. Барнс Дж. Электронное конструирование: методы борьбы с помехами / Пер. с англ. — М.: Мир, 1990.
6. Гречихин А., Проскуряков Д. Антенный эффект фидера. — Радио, 2000, № 12, с. 56-58; 2001, № 1, с. 64-66; № 3, с. 67.
7. Бацулко А. Устранение фона в радиоприемниках. — Радио,1980, № 1,с.51.
8. Джараян В. Устранение фона. — Радио, 1981, №5-6, с. 59.
9. Беляев А. Уменьшение фона переменного тока. — Радио, 1973, № 12,с.51.
10. Денисов В. Устранение фона в приемниках при питании от сети. — Радио, 1997, № 8,с.37.
____________________
Статья из ж. Радио номер 2 и 3 за 2002 год.
