Основные типы помех в УКВ диапазоне:

Наиболее распространенный источник - пейджинговый передатчик. Следует отметить, что пейджинговые системы представляют, как правило, целую сеть синхронных передатчиков со "сквозными" частотами по региону (например "Единая пейджинговая сеть России"), а разрешенные мощности составляют несколько сотен ватт. В отличие от аналогового (голосового) сигнала, цифровой сигнал имеет более широкую полосу излучения и часто не укладывается в разрешенные 25 кГц, особенно если в качестве передатчика используется обычная мобильная радиостанция. Шумовой спектр такой радиостанции заведомо выше по причине применения в качестве задающего генератора синтезатора частоты (передатчики, имеющие кварцевую стабилизацию, имеют уровень внеполосных излучений примерно на 10 дБ меньше). В результате высокий уровень шумов таких передатчиков вызывает снижение чувствительности расположенных неподалеку приемников, даже если различие между их рабочими частотами составляет несколько мегагерц.

Выход из такой ситуации один - установка в антенный тракт высокоселективного фильтра на объемных высокодобротных коаксиальных резонаторах. При добротности фильтра 800 единиц, в VHF диапазоне, при отстройке от несущей частоты уже через 500 кГц шумы будут снижены более чем на 10 дБ, что обычно заметно улучшает условия приема. Но шумы передатчика - это еще полбеды. Расположенный рядом передатчик создает гораздо больше сложностей именно высоким уровнем своей несущей. Но если частотный разнос позволяет, то это легко "лечится" фильтрами, установленными в приемном тракте. Причем, при малом разносе (200-500 кГц в VHF) для получения высокого уровня защиты в 20-60 дБ рекомендуется использовать высокодобротные режекторные фильтры на объемных коаксиальных резонаторах, чьи АЧХ имеют вид узкой щели и "вырезают" только один мешающий сигнал. Если же между рабочими частотами более 1 МГц, то вполне можно применить и полосовые фильтры, которые имеют исключительно узкую полосу пропускания. Это увеличит селективность приемника во всем диапазоне.

Источником помех может послужить и совершенно безобидные, на первый взгляд, предметы. Например - ржавый кусок арматуры, прислоненный к металлической ограде, мачте или оттяжке. Секции мачты, имеющие плохой электрический контакт, оттяжки, выполненные без промежуточных изоляторов, некачественно пропаянные (особенно по экрану) разъемы. Все эти случаи, когда имеются сомнительные контакты между проводниками, могут послужить источником возникновения интермодуляционных помех. Достаточно только двум электромагнитным сигналам навести в них слабые токи. Поэтому прежде чем запускать систему в эксплуатацию наведите порядок на крыше. Выкиньте весь металлический мусор. Проследите, чтобы при заземлении антенны на мачту между ними действительно был хороший контакт. Проверьте его омметром! Если кронштейн антенны лег на краску или ржавчину- не сомневайтесь в отсутствии контакта!

Другой случай, о котором иногда забывают при создании системы радиосвязи, это возникновение интермодуляционных помех, вызванное "затеканием" через передающую антенну в усилитель мощности передатчика высокочастотных сигналов, излученных соседними антеннами. Как известно, полупроводниковый транзистор выходного каскада, работая в режиме "с отсечкой", является нелинейным элементом и служит источником гармоник. Чтобы этого избежать, необходимо в антенный тракт передатчиков ставить однонаправленные устройства - ферритовые вентили. Они позволяют подавить все сигналы, идущие по фидеру от антенны к передатчику, в том числе и отраженную волну, возникающую при плохом согласовании с антенной. Ферритовые вентили применяют в случае, если частоты соседних передатчиков расположены в полосе не более 4%, где обеспечивается подавление более 30 дБ. При большем частотном разносе их следует применять совместно с полосовыми фильтрами. Если же у вас нет никакой возможности повлиять на владельцев "грязных" передатчиков, то придется от них в буквальном смысле отвернуться. Сделать это позволяют офсетные и направленные антенны. Конечно, при этом может пострадать некоторый сектор территории радиопокрытия, но порой это бывает единственной возможностью, чтобы хоть как-то спасти положение.

Рассмотренные выше случаи предполагали, что причина возникновения помехи и ее характеристики известны. В реальных условиях при возникновении помех решается обратная задача. Сначала необходимо определить путем измерений характеристики приемного и передающего трактов, произвести спектрально-частотный мониторинг вокруг рабочей частоты (частот), попытаться определить направления максимальной интенсивности помехи.

На основании проведенных измерений определяется причина возникновения помехи и методы борьбы с ней. Для проведения измерений используются портативные специализированные комплексные приборы (communication system analyzer - service monitor), сердцем которых является анализатор спектра (шумовой порог -120 дБм, динамический диапазон 80 дБ) с функцией tracking-генератора, специально предназначенные для измерений и настройки приемо-передающего связного оборудования.

В качестве примера рассмотрим некоторые способы борьбы со сравнительно мощной помехой создаваемой передатчиком на частоте Ftx, отстоящей от частоты приема Frx на величину ΔF.

Основной задачей при расчете и проектировании конфигурации и выборе нужного оборудования является определение необходимых уровней изоляции входных цепей приемника от антенных цепей передатчика. Здесь и далее, под термином "изоляция" подразумевается разница в уровнях сигналов в одной цепи (линии связи), но на разных частотах (для фильтровых систем (Рис. 1)), в разных направлениях (для вентилей (Рис. 2) и циркуляторов (Рис. 4)) или для разнесенных антенн (Рис. 3).

Изоляция - значение относительное и измеряется в децибелах (dB). Следует сразу заметить, что во всех случаях достижение высокой изоляции всегда сопровождается повышением вносимых потерь сигнала.

Чтобы рассчитать требуемую изоляцию между высокочастотными портами приемника и передатчика, необходимы следующие параметры:

• Частота передачи (Ftx) 164.000 МГц
• Частота приема (Frx) 160.000 МГц
• Мощность передатчика 25 Вт
• Чувствительность приемника (при соотношении сигнал /шум SINAD 12 dB) - 0.15 мкВ

Далее поступайте следующим образом:

Итак, теперь мы имеем четкое представление о величине требуемой изоляции приемника от излучения передатчика, которые равны соответственно iTх= 36 dB, iRx = 29 dB. Только после этого мы можем планировать дальнейшее построение системы.

Рассмотрим влияние передающей антенны (АНТ Тх) передатчика на приемную радиостанцию через ее приемную антенну (АНТ Rx) представленную на (рис. 9). Разница между частотами передачи и приема в 4 МГц для диапазона VHF, при мощности передатчика составляющей 25 Вт, является типичной ситуацией.

Первое, с чем сталкиваются создатели такой системы - это "запирание" приемника (Rx) сигналом передатчика (Тх). Дело в том, что любой приемник характеризуется таким параметром, как избирательность. Избирательность автомобильных радиостанций, которые, как правило, применяются в качестве приемных, не высокая. Их входные контура не способны в достаточной мере ослабить сигнал, наводимый в приемной антенне от близкорасположенного передатчика.

В результате реальная чувствительность такого приемника резко снижается, а зона обслуживания существенно уменьшается. Поэтому прежде, чем монтировать антенны необходимо определить минимально допустимое расстояние между антеннами. Это можно сделать с помощью графиков, взятых из каталога "Decibel Products", отображающих зависимость изоляции между двумя антеннами от их вертикального (Рис. 10) или горизонтального (Рис. 11) разноса.

Рисунок 10 - Зависимость изоляции между антеннами от их вертикального разноса >>

Рисунок 11 - Зависимость изоляции между антеннами от их горизонтального разноса >>

Также понадобится график зависимости изоляции от частотного разноса FTx/FRx и мощности передатчика (см. рис. 6). Так, по этому графику можно определить, какой минимальный уровень изоляции между передатчиком Тх и приемником Rx требуется для достижения высокой реальной чувствительности. Например, при мощности передатчика Р = 25 Вт и частотном разносе 4 МГц изоляция должна быть не менее 54 dB. Из графика на Рис. 11 определяем, что для достижения такой изоляции при горизонтальном разносе потребуется устанавливать антенны на расстоянии около 115 м. Причем, в данном случае расчет ведется относительно антенн с нулевым усилением (полуволновые диполи или четвертьволновые GP). Если же в качестве приемной и передающей антенн используются высокоэффективные коллинеарные антенны с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и усилением 6 dB каждая, то вместо 54 dB потребуется уже изоляция в 66 dB, что в свою очередь, увеличит требуемы и горизонтальный разнос до 400 м.

При вертикальном разносе антенн (Рис. 10) для достижения требуемой изоляции в 54 dB потребуется вертикальное смещение свыше 9 м. Однако, эта величина имеет чисто теоретическое значение, на практике изоляция оказывается существенно меньше требуемой из-за влияния ряда факторов, не поддающихся точному расчету. Во-первых, это сложность обеспечения полной вертикальной соосности фазовых центров обеих антенн, во-вторых - искажение диаграмм направленности из-за влияния окружающего "железа" (мачтовые конструкции, растяжки, надстройки расположенные в поле "ближней зоны" и сама крыша), вызывающего непредсказуемые переотражения. Поэтому при использовании вертикального разноса антенн можно полагаться только на результаты проведенных измерений величины изоляции.

Следующим шагом является включение в цепь приемника, а по возможности и передатчика, полосовых фильтров (Рис. 12). Для обеспечения высокой добротностиХих обычно выполняют на основе одного или нескольких четвертьволновых коаксиальных объемных резонаторов (на Рис.13 представлен одиночный резонатор VHF диапазона). Любой полосовой фильтр определяется следующими основными характеристиками:

• Нагруженная добротность - относительная величина (численно равная отношению резонансной частоты к величине полосы пропускания фильтра), обычно у резонаторов диаметром пять дюймов лежит в пределах 400-500, у восьмидюймовых - 700-800 единиц, /для десятидюймовых составляет 800-900 единиц.
• Потери в полосе пропускания, dB. Обычно применяют фильтры с потерями не более 3-4 dB, но в некоторых случаях и до 6 dB.
• Полоса пропускания по уровню – 3 dB.
• Волновое сопротивление - как правило, 50 Ом.
• Максимальная подводимая мощность - обычно не более 350 Вт.

Все эти параметры очень важны при построении антенно-фидерного тракта. Так, по АЧХ фильтра диаметром восемь дюймов (например, PF8-1V выпускаемого фирмой "Радиал"), который планируется использовать в приемном тракте (Рис. 12), определяем, что, настроив фильтр с потерями -1,5 dB в полосе пропускания (например, на частоте приема 160 МГц), сигнал передатчика с частотой 164 МГц будет ослаблен на 37 dB (Рис. 14).

Если же еще удастся установить фильтр в цепи передатчика, то его шумы с частотой 160 МГц уменьшатся на 35 dB. В этом случае потребуется уже гораздо меньшая изоляция между антеннами: 66-35=31 dB, а, значит, и меньший горизонтальный разнос между антеннами (около 45 м).

Вообще, в данной ситуации было бы грамотнее применять вместо полосовых фильтров полосно-режекторные с гораздо большими возможностями по изоляции (Рис. 15).

Характеристика такого фильтра (например, PRF8-1V) имеет несимметричную форму с одним достаточно крутым скатом и точкой режекции Га, порой достигающая глубины -40 dB и способной перемещаться по частоте в зависимости от настройки. При этом глубина режекции меняется, когда изменяется частотный разнос (Рис. 16). Ослабление режекции при значительном сближении точек Fа и Fb можно восстановить, внеся дополнительные потери в полосе пропускания (точка В), путем настройки поворотной площадки фильтра.

Такие фильтры устанавливают следующим образом: в антенной цепи приемника включают фильтр, настроенный полосой пропускания на частоту приема, а полосой режекции на частоту передатчика. И если есть возможность в антенной цепи передатчика - наоборот, полосой пропускания на частоту передатчика, а полосой режекции на частоту приема.

Характеристика этого фильтра позволяет пропускать мощный сигнал передатчика в передающую антенну и при этом давить его шумы на частоте приемника (Рис. 16). Тогда влияние передатчика на приемник будет ослаблено уже на 35 dB и до необходимой величины изоляции в 66 dB (с учетом коэффициентов усиления антенн) не хватает 31 dB, которые достигаются при разносе антенн на 45 метров.

Следует, однако, учитывать, что общая избирательность полосно-режекторных фильтров в широкой полосе частот существенно уступает полосовым фильтрам и тем более комбинации полосовых и режекторных фильтров.

Таким образом, во-первых, приведенные в статье методика и графики позволяют ориентировочно оценить уровень изоляции входных цепей приемника от антенных цепей передатчика, расстояние между приемной и передающей антеннами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также определить структуру приемного и передающего трактов. Во-вторых, применение специальных полосовых и режекторных фильтров в приемных и передающих цепях существенно снижает уровень помех на входе приемника, что, в свою очередь, улучшает качество и увеличивает дальность приема.