Intermoduláció - Intermodulation

A frekvencia spektrum bemutató grafikon látható intermodulációs két injektált jelek 270 és 275 MHz-es (nagy tüskék). A látható intermodulációs termékeket kis sarkantyúnak tekintik 280 MHz -en és 265 MHz -en.
A harmadik rendű intermodulációs termékek (D3 és D4) az erősítő nemlineáris viselkedésének eredménye. Az erősítő bemeneti teljesítményszintje 1 dB -rel növekszik minden egymást követő képkockában. A két vivő (M1 és M2) kimeneti teljesítménye minden keretben körülbelül 1 dB -rel nő, míg a harmadik rendű intermodulációs termékek (D3 és D4) 3 dB -rel nőnek minden keretben. A magasabb rendű intermodulációs termékek (ötödik, hetedik, kilencedik sorrend) nagyon magas bemeneti teljesítményszinteken láthatók, mivel az erősítő túl van hajtva a telítettségen. Közel a telítettséghez, minden további dB bemeneti teljesítmény arányosan kevesebb kimeneti teljesítményt eredményez az erősített vivőkben, és arányosan több kimeneti teljesítményt a nem kívánt intermodulációs termékekbe. Telítettség felett és fölött a további bemeneti teljesítmény csökkenést eredményez a kimenő teljesítményben, mivel a további bemeneti teljesítmény nagy része hőként eloszlik, és növeli a nemlineáris intermodulációs termékek szintjét a két hordozóhoz képest.

Intermoduláció ( IM ) vagy intermodulációs torzítást ( IMD ) az amplitúdómoduláció a jelek , amelyek két vagy több különböző frekvencián , által okozott linearitástól vagy idő variancia egy rendszerben. A frekvenciakomponensek közötti intermoduláció további komponenseket fog képezni azokon a frekvenciákon, amelyek nem csak harmonikus frekvenciákon ( egész többszörösei ) vannak, mint például a harmonikus torzítás , hanem az eredeti frekvenciák összeg- és különbségfrekvenciáin, valamint ezek többszörösének összegein és különbségein frekvenciák.

Az intermodulációt a használt jelfeldolgozás (fizikai berendezések vagy akár algoritmusok) nemlineáris viselkedése okozza . A elméleti eredménye az e nemlinearitások lehet kiszámítani generáló Volterra sorozata a jellemző, vagy több közelítőleg egy Taylor-sor .

Gyakorlatilag minden audioberendezés rendelkezik valamilyen nemlinearitással, ezért bizonyos mennyiségű IMD-t fog mutatni, ami azonban elég alacsony lehet ahhoz, hogy az emberek észre ne vehessék. Az emberi hallórendszer sajátosságai miatt az IMD azonos százaléka zavaróbbnak tekinthető, ha azonos mértékű harmonikus torzítást tapasztal.

Az intermoduláció általában nem kívánatos a rádióban is, mivel nem kívánt hamis kibocsátásokat hoz létre , gyakran oldalsávok formájában . A rádióadásoknál ez növeli a foglalt sávszélességet, ami a szomszédos csatorna interferenciájához vezet , ami csökkentheti a hang tisztaságát vagy növelheti a spektrumhasználatot.

Az IMD csak abban különbözik a harmonikus torzítástól , hogy az ingerjel eltérő. Ugyanaz a nemlineáris rendszer teljes harmonikus torzítást (magányos szinuszhullám bemenettel) és IMD -t (bonyolultabb hangokkal) is létrehoz. A zene például IMD a szándékosan alkalmazzák az elektromos gitárok használatával túlvezérlésbe erősítők vagy hatások pedálok , hogy készítsen új hangok a sub harmonikusok hangok lejátszását a készüléken. Lásd: Erő akkord#elemzése .

IMD is különbözik a szándékos modulációs (például egy frekvencia keverőben a superheterodyne vevőkészülékek ) ha modulálandó jelek kerülnek bemutatásra, hogy szándékos nemlineáris elem ( szorozva ). Lásd nemlineáris keverőket , például keverő diódákat és akár egy tranzisztoros oszcillátor-keverő áramköröket. Míg azonban a vett jel és a helyi oszcillátorjel intermodulációs termékei a tervezett, a szuperheterodin keverők egyidejűleg nem kívánt intermodulációs hatásokat is előidézhetnek az erős jelekből, amelyek közel vannak a kívánt jelhez, és amelyek a vevő átviteli sávjába esnek .

Az intermoduláció okai

Egy lineáris rendszer nem képes intermodulációt létrehozni. Ha egy lineáris időinvariáns rendszer bemenete egyetlen frekvencia jele, akkor a kimenet azonos frekvenciájú jel; csak az amplitúdó és a fázis térhet el a bemeneti jeletől.

A nemlineáris rendszerek harmonikusokat generálnak a szinuszos bemenetre válaszul, ami azt jelenti, hogy ha egy nemlineáris rendszer bemenete egyetlen frekvencia jele, akkor a kimenet olyan jel, amely a bemeneti frekvencia jel egész számú többszörösét tartalmazza; (azaz néhány ).

Intermoduláció akkor következik be, ha egy nemlineáris rendszer bemenete két vagy több frekvenciából áll. Tekintsünk egy bemeneti jel, amely három frekvenciaösszetevőket , és ; amely úgy fejezhető ki

ahol a és a három komponens amplitúdója és fázisa.

A kimeneti jelünket úgy kapjuk meg, hogy bemenetünket egy nemlineáris függvényen keresztül vezetjük :

tartalmazni fogja a három frekvencia a bemeneti jel, , , és (amelyek ismert az alapvető frekvenciák), valamint számos, lineáris kombinációi az alapvető frekvenciák, minden formájában

ahol ,, és tetszőleges egész számok, amelyek pozitív vagy negatív értékeket vehetnek fel. Ezek az intermodulációs termékek (vagy IMP -k ).

Általában ezeknek a frekvenciakomponenseknek eltérő amplitúdója és fázisa lesz, amely függ az adott nemlineáris függvénytől, valamint az eredeti bemeneti komponensek amplitúdójától és fázisaitól.

Általánosságban elmondható, hogy tetszőleges számú frekvenciakomponenst tartalmazó bemeneti jel esetén a kimeneti jel számos frekvenciakomponenst tartalmaz, amelyek mindegyike leírható

ahol az együtthatók tetszőleges egész értékek.

Intermodulációs sorrend

Harmadrendű intermodulációk megoszlása: kék színben az alapvető hordozók helyzete, pirossal a domináns IMP-k, zöldben konkrét IMP-k helyzete.

A megbízás egy adott intermodulációt termék az összege abszolút értékeinek együtthatók,

Például a fenti eredeti példánkban harmadik rendű intermodulációs termékek (IMP) fordulnak elő, ha :

Sok rádió- és audioalkalmazásban a páratlan sorrendű IMP-k a legérdekesebbek, mivel az eredeti frekvenciakomponensek körébe tartoznak, és ezért zavarhatják a kívánt viselkedést. Például az áramkör harmadik rendű ( IMD3 ) intermodulációs torzulása látható, ha megnézzük a jelet, amely két szinuszhullámból áll , egy at és egy at . Ha a szinuszhullámok összegét kockázza, különböző frekvenciájú szinuszhullámokat kap, beleértve a és a . Ha és nagyok, de nagyon közel vannak egymáshoz, akkor és nagyon közel lesznek a éshez .

Passzív intermoduláció (PIM)

Amint azt az előző részben kifejtettük , az intermoduláció csak nemlineáris rendszerekben fordulhat elő. A nemlineáris rendszerek általában aktív komponensekből állnak, ami azt jelenti, hogy az alkatrészeket külső áramforrással kell előfeszíteni, amely nem a bemeneti jel (azaz az aktív komponenseket "be kell kapcsolni").

A passzív intermoduláció (PIM) azonban olyan passzív eszközökben (beleértve a kábeleket, antennákat stb.) Fordul elő, amelyek két vagy több nagy teljesítményű hangnak vannak kitéve. A PIM termék annak a két (vagy több) nagy teljesítményű hangnak az eredménye, amelyek az eszköz nemlinearitásain, például különböző fémek vagy fém-oxid csomópontok, például laza korrodált csatlakozók keveredésén alapulnak. Minél nagyobb a jel amplitúdója, annál kifejezettebb a nemlinearitások hatása, és annál hangsúlyosabb az intermoduláció - bár az első vizsgálat során a rendszer lineárisnak tűnik, és nem képes intermodulációt generálni.

A "két vagy több nagy teljesítményű hang" követelménynek nem kell különálló hangoknak lennie. Passzív intermoduláció is előfordulhat különböző frekvenciák (azaz különböző "hangok") között egyetlen szélessávú szolgáltatón belül. Ezek a PIM -ek oldalsávként jelennének meg egy távközlési jelben, amelyek zavarják a szomszédos csatornákat és akadályozzák a vételt.

A PIM -ek komoly aggodalomra adnak okot a modern kommunikációs rendszerekben azokban az esetekben, amikor egyetlen antennát használnak mind nagy teljesítményű, mind alacsony teljesítményű vételi jelekhez (vagy ha az adóantenna a vevőantenna közelében van). Bár a PIM jel teljesítménye tipikusan sok nagyságrenddel alacsonyabb, mint az adási jel teljesítménye, a PIM jel teljesítménye sokszor ugyanakkora (és esetleg nagyobb), mint a vételi jel teljesítménye. Ezért ha a PIM megtalálja az utat a vételi útvonalhoz, akkor nem lehet szűrni vagy elválasztani a vételi jeletől. A vételi jelet ezért a PIM jel csomósítja.

A PIM forrásai

A ferromágneses anyagok a leggyakrabban kerülendő anyagok, beleértve a ferriteket, a nikkelt (beleértve a nikkelezést) és az acélokat (beleértve néhány rozsdamentes acélt is). Ezek az anyagok hiszterézist mutatnak, amikor megforduló mágneses mezőnek vannak kitéve, ami PIM generációt eredményez.

A PIM gyártható gyártási vagy kivitelezési hibákkal rendelkező alkatrészekben is, például hideg vagy repedt forrasztási kötésekben vagy rosszul készített mechanikus érintkezőkben. Ha ezeket a hibákat nagy RF áramnak teszik ki, PIM generálható. Ennek eredményeként az RF berendezések gyártói gyári PIM teszteket végeznek az alkatrészeken, hogy kiküszöböljék ezeket a tervezési és gyártási hibákat.

A PIM szerves része lehet egy nagy teljesítményű rádiófrekvenciás rádiófrekvenciás komponens kialakításának is, ahol az RF áramot csatornák szűkítésére vagy korlátozására kényszerítik.

A terepen a PIM -et a cellahelyre szállítás során megsérült alkatrészek, a telepítés kivitelezési problémái és a külső PIM -források okozhatják. Ezek közül néhány:

  • Szennyezett felületek vagy érintkezők szennyeződés, por, nedvesség vagy oxidáció miatt.
  • Laza mechanikai csomópontok a nem megfelelő nyomaték, a rossz beállítás vagy a rosszul előkészített érintkezési felületek miatt.
  • Laza mechanikus csomópontok szállítás közben, ütés vagy rezgés.
  • Fémpelyhek vagy forgácsok az RF kapcsolatokban.
  • Inkonzisztens fém-fém érintkezés az RF csatlakozó felületei között az alábbiak bármelyike ​​miatt:
    • Beragadt dielektromos anyagok (ragasztók, habok stb.), Repedések vagy torzulások a koaxiális kábelek külső vezetőjének végén, gyakran a hátsó anya túlfeszítése miatt, a tömör belső vezetékek torzulnak az előkészítési folyamat során, az üreges belső vezetékek túlságosan megnagyobbodtak vagy az előkészítési folyamat során ovális formájú.
  • A PIM csatlakozókban is előfordulhat, vagy amikor két galvanikusan páratlan fémből készült vezetők érintkeznek egymással.
  • Közeli fémes tárgyak a sugárzó antenna közvetlen sugárában és oldalsó lebenyében, beleértve a rozsdás csavarokat, a tetővillákat, a szellőzőcsöveket, a csővezetékeket stb.

PIM tesztelés

Az IEC 62037 a PIM -tesztelés nemzetközi szabványa, és részletes információkat tartalmaz a PIM -mérési beállításokról. A szabvány két +43 dBm (20W) hang használatát írja elő a tesztjelekhez a PIM teszteléshez. Ezt a teljesítményszintet az RF berendezésgyártók több mint egy évtizede használják az RF komponensek PASS / FAIL specifikációinak megállapítására.

Intermoduláció elektronikus áramkörökben

Az elmozdulás okozta torzítás (SID) intermodulációs torzítást (IMD) okozhat, amikor az első jel elfordul (változik a feszültség) az erősítő teljesítménysávszélességének határán . Ez hatékony erősítéscsökkenést indukál, részben amplitúdó-modulálva a második jelet. Ha a SID csak a jel egy részénél fordul elő, akkor ezt "átmeneti" intermodulációs torzításnak nevezzük.

Mérés

Az intermodulációs torzulást a hangban általában a különböző összeg-különbség jelek négyzetes gyökértékének (RMS) értékeként adják meg, az eredeti jel RMS-feszültségének százalékában, bár megadható az egyes komponensek erősségében, decibelben , mint az RF munkánál szokásos . Az audio IMD szabványos tesztek közé tartozik az SMPTE szabvány RP120-1994, ahol két jelet (60 Hz és 7 kHz, 4: 1 amplitúdó arány) használnak a vizsgálathoz; sok más szabvány (például DIN, CCIF) más frekvenciákat és amplitúdó -arányokat használ. A vélemények a tesztfrekvenciák ideális arányában változnak (pl. 3: 4, vagy majdnem - de nem pontosan - 3: 1).

Miután a vizsgált berendezést alacsony torzítású bemeneti szinuszhullámokkal táplálták, a kimeneti torzítás mérhető elektronikus szűrővel az eredeti frekvenciák eltávolítására, vagy spektrális elemzést végezhet a Fourier -transzformációk segítségével szoftverben vagy egy dedikált spektrum -analizátorban , vagy az intermoduláció meghatározásakor a kommunikációs berendezésekben kifejtett hatások, a tesztelt vevőkészülék segítségével is végrehajthatók.

A rádiós alkalmazások, intermodulációs lehet mérni, mint a szomszédos csatorna teljesítmény arányt . Nehéz tesztelni a GHz-es intermodulációs jeleket a passzív eszközökből (PIM: passzív intermoduláció). Ezen skaláris PIM-eszközök gyártói a Summitek és a Rosenberger. A legújabb fejlesztések a PIM-eszközök, amelyek a PIM-forrástól való távolság mérésére is alkalmasak. Az Anritsu radar alapú megoldást kínál alacsony pontossággal, a Heuermann pedig frekvenciaváltó vektoros hálózati elemző megoldást kínál nagy pontossággal.

Lásd még

Hivatkozások

  1. ^ Rouphael, Tony J. (2014). Vezeték nélküli vevő architektúrák és tervezés: antennák, RF, szintetizátorok, vegyes jel és digitális jelfeldolgozás . Academic Press. o. 244. ISBN 9780123786418.
  2. ^ Francis Rumsey; Tim Mccormick (2012). Hang és felvétel: Bevezetés (5. kiadás). Focal Press. o. 538. ISBN 978-1-136-12509-6.
  3. ^ Gary Davis; Ralph Jones (1989). A hangerősítés kézikönyve (2. kiadás). Yamaha / Hal Leonard Corporation. o. 85 . ISBN 978-0-88188-900-0.
  4. ^ Passzív intermodulációs interferencia a kommunikációs rendszerekben, PL Lui, Electronics & Communication Engineering Journal, Év: 1990, kötet: 2, szám: 3, oldalak: 109 - 118.
  5. ^ "Passzív intermodulációs jellemzők", M. Eron, Mikrohullámú folyóirat, 2014. március.
  6. ^ a b AES Pro Audio Referencia az IM -hez
  7. ^ http://www.leonaudio.com.au/3-4.ratio.distortion.measurement.pdf Graeme John Cohen: 3-4 arány; Torzítási termékek mérési módszere

Közösségi terület Ez a cikk az " Általános szolgáltatások adminisztrációja " dokumentum "Public 1037C" dokumentumából származó nyilvános anyagokat tartalmazza  .(a MIL-STD-188 támogatására )

Külső linkek