Intermodulare - Intermodulation

Un grafic al spectrului de frecvență care arată intermodularea între două semnale injectate la 270 și 275 MHz (vârfurile mari). Produsele de intermodulare vizibile sunt văzute ca pinteni mici la 280 MHz și 265 MHz.

Produsele de intermodulare de ordinul III (D3 și D4) sunt rezultatul comportamentului neliniar al unui amplificator. Nivelul de putere de intrare în amplificator este mărit cu 1 dB în fiecare cadru succesiv. Puterea de ieșire a celor doi purtători (M1 și M2) crește cu aproximativ 1 dB în fiecare cadru, în timp ce produsele de intermodulare de ordinul 3 (D3 și D4) cresc cu 3 dB în fiecare cadru. Produsele de intermodulare de ordin superior (ordinul 5, ordinul 7, ordinul 9) sunt vizibile la niveluri de putere de intrare foarte mari, deoarece amplificatorul este condus după saturație. Aproape de saturație, fiecare dB suplimentar de putere de intrare are ca rezultat proporțional mai puțină putere de ieșire care intră în purtătorii amplificați și proporțional mai multă putere de ieșire care intră în produsele de intermodulare nedorite. La și peste saturație, puterea de intrare suplimentară are ca rezultat o scădere a puterii de ieșire, cea mai mare parte a puterii de intrare suplimentară fiind disipată sub formă de căldură și creșterea nivelului produselor de intermodulare neliniare față de cele două purtătoare.

Intermodulație ( IM ) sau intermodulație distorsiune ( IMD ) este modularea amplitudinii a semnalelor care conțin două sau mai multe frecvențe , cauzate de neliniarități sau varianță timp într - un sistem. Intermodulația dintre componentele de frecvență va forma componente suplimentare la frecvențe care nu sunt doar la frecvențe armonice ( multipli întregi ), fie la distorsiuni armonice , ci și la suma și diferența frecvențelor frecvențelor originale și la sume și diferențe de multipli frecvențe.

Intermodularea este cauzată de comportamentul neliniar al procesării semnalului (echipament fizic sau chiar algoritmi) utilizați. Rezultatul teoretic al acestor neliniarități poate fi calculat prin generarea unei serii Volterra a caracteristicii sau mai aproximativ printr-o serie Taylor .

Practic, toate echipamentele audio au o anumită neliniaritate, deci vor prezenta o cantitate de IMD, care poate fi însă suficient de scăzută pentru a fi imperceptibilă de oameni. Datorită caracteristicilor sistemului auditiv uman , același procent de IMD este perceput ca fiind mai deranjant în comparație cu aceeași cantitate de distorsiune armonică.

De asemenea, intermodularea este de obicei nedorită în radio, deoarece creează emisii false nedorite , adesea sub formă de benzi laterale . Pentru transmisiile radio, aceasta crește lățimea de bandă ocupată, ducând la interferențe de canal adiacente , care pot reduce claritatea audio sau pot crește utilizarea spectrului.

IMD este distinctă doar de distorsiunea armonică prin faptul că semnalul stimulului este diferit. Același sistem neliniar va produce atât distorsiuni armonice totale (cu o intrare de undă sinusoidală solitară), cât și IMD (cu tonuri mai complexe). În muzică, de exemplu, IMD este aplicată în mod intenționat la chitare electrice folosind overdriven amplificatoare sau efecte pedale pentru a produce noi tonuri la sub armonice ale sunetelor fiind redate pe instrument. Vezi Analiza coardei de putere # .

IMD este, de asemenea, distinct de modulația intenționată (cum ar fi un mixer de frecvență în receptoare superheterodine ) în care semnalele care trebuie modulate sunt prezentate unui element neliniar intenționat ( înmulțit ). A se vedea mixere neliniare, cum ar fi diode mixer și chiar circuite cu un singur tranzistor oscilator-mixer. Cu toate acestea, în timp ce produsele de intermodulare ale semnalului recepționat cu semnalul oscilatorului local sunt destinate, mixerele supereterodine pot, în același timp, să producă și efecte de intermodulare nedorite de la semnale puternice apropiate în frecvență de semnalul dorit care se încadrează în banda de trecere a receptorului .

Cauzele intermodulației

Un sistem liniar nu poate produce intermodulație. Dacă intrarea unui sistem liniar invariant în timp este un semnal cu o singură frecvență, atunci ieșirea este un semnal cu aceeași frecvență; numai amplitudinea și faza pot diferi de semnalul de intrare.

Sistemele neliniare generează armonici ca răspuns la intrarea sinusoidală, adică dacă intrarea unui sistem neliniar este un semnal cu o singură frecvență, atunci ieșirea este un semnal care include un număr de multipli întregi ai semnalului de frecvență de intrare; (adică o parte din ). ${\ displaystyle ~ f_ {a},}$${\ displaystyle ~ f_ {a}, 2f_ {a}, 3f_ {a}, 4f_ {a}, \ ldots}$

Intermodulația apare atunci când intrarea într-un sistem neliniar este compusă din două sau mai multe frecvențe. Luați în considerare un semnal de intrare care conține trei componente de frecvență la , și ; care poate fi exprimat ca ${\ displaystyle ~ f_ {a}}$${\ displaystyle ~ f_ {b}}$${\ displaystyle ~ f_ {c}}$

${\ displaystyle \ x (t) = M_ {a} \ sin (2 \ pi f_ {a} t + \ phi _ {a}) + M_ {b} \ sin (2 \ pi f_ {b} t + \ phi _ {b}) + M_ {c} \ sin (2 \ pi f_ {c} t + \ phi _ {c})}$

unde și sunt amplitudinile și fazele celor trei componente, respectiv. ${\ displaystyle \ M}$${\ displaystyle \ \ phi}$

Obținem semnalul nostru de ieșire , prin trecerea intrării noastre printr-o funcție neliniară : ${\ displaystyle \ y (t)}$${\ displaystyle G}$

${\ displaystyle \ y (t) = G \ left (x (t) \ right) \,}$

${\ displaystyle \ y (t)}$va conține cele trei frecvențe ale semnalului de intrare, , și (care sunt cunoscute ca fundamentale frecvențele), precum și un număr de combinații liniare ale frecvențelor fundamentale, fiecare sub forma ${\ displaystyle ~ f_ {a}}$${\ displaystyle ~ f_ {b}}$${\ displaystyle ~ f_ {c}}$

${\ displaystyle \ k_ {a} f_ {a} + k_ {b} f_ {b} + k_ {c} f_ {c}}$

unde , și sunt numere întregi arbitrare care pot asuma valori pozitive sau negative. Acestea sunt produsele de intermodulare (sau IMP ). ${\ displaystyle ~ k_ {a}}$${\ displaystyle ~ k_ {b}}$${\ displaystyle ~ k_ {c}}$

În general, fiecare dintre aceste componente de frecvență va avea o amplitudine și o fază diferite, care depinde de funcția specifică neliniară utilizată, precum și de amplitudinile și fazele componentelor de intrare originale.

Mai general, având în vedere un semnal de intrare care conține un număr arbitrar de componente de frecvență , semnalul de ieșire va conține un număr de componente de frecvență, fiecare dintre acestea putând fi descris de ${\ displaystyle N}$${\ displaystyle f_ {a}, f_ {b}, \ ldots, f_ {N}}$

${\ displaystyle k_ {a} f_ {a} + k_ {b} f_ {b} + \ cdots + k_ {N} f_ {N}, \,}$

unde coeficienții sunt valori întregi arbitrare. ${\ displaystyle k_ {a}, k_ {b}, \ ldots, k_ {N}}$

Ordinea de intermodulare

Distribuirea intermodulațiilor de ordinul trei: în albastru poziția purtătorilor fundamentali, în roșu poziția IMP-urilor dominante, în verde poziția IMP-urilor specifice.

Ordinea unui produs intermodulație dat este suma valorilor absolute ale coeficienților, ${\ displaystyle \ O}$

${\ displaystyle \ O = \ left | k_ {a} \ right | + \ left | k_ {b} \ right | + \ cdots + \ left | k_ {N} \ right |,}$

De exemplu, în exemplul nostru original de mai sus, produsele de intermodulare de ordinul trei (IMP) apar atunci când : ${\ displaystyle \ | k_ {a} | + | k_ {b} | + | k_ {c} | = 3}$

• ${\ displaystyle f_ {a} + f_ {b} -f_ {c}}$
• ${\ displaystyle f_ {a} + f_ {c} -f_ {b}}$
• ${\ displaystyle f_ {b} + f_ {c} -f_ {a}}$
• ${\ displaystyle 2f_ {a} -f_ {b}}$
• ${\ displaystyle 2f_ {a} -f_ {c}}$
• ${\ displaystyle 2f_ {b} -f_ {a}}$
• ${\ displaystyle 2f_ {b} -f_ {c}}$
• ${\ displaystyle 2f_ {c} -f_ {a}}$
• ${\ displaystyle 2f_ {c} -f_ {b}}$

În multe aplicații radio și audio, IMP-urile de ordin impar sunt de cel mai mare interes, deoarece se încadrează în vecinătatea componentelor de frecvență originale și, prin urmare, pot interfera cu comportamentul dorit. De exemplu, distorsiunea intermodulației din ordinul al treilea ( IMD3 ) al unui circuit poate fi văzută privind un semnal care este format din două unde sinusoidale , una la și una la . Când cubuiți suma acestor unde sinusoidale, veți obține unde sinusoidale la diferite frecvențe, inclusiv și . Dacă și sunt mari, dar foarte apropiate, atunci și vor fi foarte aproape de și . ${\ displaystyle f_ {1}}$${\ displaystyle f_ {2}}$${\ displaystyle 2 \ times f_ {2} -f_ {1}}$${\ displaystyle 2 \ times f_ {1} -f_ {2}}$${\ displaystyle f_ {1}}$${\ displaystyle f_ {2}}$${\ displaystyle 2 \ times f_ {2} -f_ {1}}$${\ displaystyle 2 \ times f_ {1} -f_ {2}}$${\ displaystyle f_ {1}}$${\ displaystyle f_ {2}}$

Intermodulare pasivă (PIM)

După cum sa explicat într- o secțiune anterioară , intermodularea poate avea loc numai în sistemele neliniare. Sistemele neliniare sunt în general compuse din componente active , ceea ce înseamnă că componentele trebuie să fie influențate de o sursă de alimentare externă care nu este semnalul de intrare (adică componentele active trebuie să fie „pornite”).

Cu toate acestea, intermodularea pasivă (PIM) are loc în dispozitivele pasive (care pot include cabluri, antene etc.) care sunt supuse la două sau mai multe tonuri de putere mare. Produsul PIM este rezultatul celor două (sau mai multe) tonuri de putere mare care se amestecă la neliniarități ale dispozitivului, cum ar fi joncțiunile de metale diferite sau joncțiunile metal-oxid, cum ar fi conectorii liberi corodați. Cu cât amplitudinile semnalului sunt mai mari, cu atât este mai pronunțat efectul neliniarităților și cu atât mai proeminentă este intermodulația care apare - chiar dacă la inspecția inițială, sistemul pare a fi liniar și incapabil să genereze intermodulație.

Cerința pentru „două tonuri mai mari de putere” nu trebuie să fie tonuri discrete. Inter-Modulare pasivă poate apărea, de asemenea, între diferite frecvențe (adică "tonuri" diferite) într-o singură purtătoare de bandă largă. Aceste PIM ar apărea ca benzi laterale într-un semnal de telecomunicații, care interferează cu canalele adiacente și împiedică recepția.

PIM-urile sunt o preocupare majoră în sistemele moderne de comunicații în cazurile în care o singură antenă este utilizată atât pentru semnale de transmisie de mare putere, cât și pentru semnale de recepție cu putere redusă (sau atunci când o antenă de transmisie este în imediata apropiere a unei antene de recepție). Deși puterea semnalului PIM este de obicei cu multe ordine de mărime mai mică decât puterea semnalului de transmisie, puterea semnalului PIM este adesea de aceeași ordine de mărime (și posibil mai mare) decât puterea semnalului de recepție. Prin urmare, dacă un PIM își găsește calea de a primi calea, acesta nu poate fi filtrat sau separat de semnalul de recepție. Semnalul de recepție ar fi deci înfundat de semnalul PIM.

Surse de PIM

Materialele feromagnetice sunt cele mai comune materiale de evitat și includ feritele, nichelul (inclusiv nichelarea) și oțelurile (inclusiv unele oțeluri inoxidabile). Aceste materiale prezintă histerezis atunci când sunt expuse la câmpuri magnetice inversate, rezultând generarea PIM.

PIM poate fi generat și în componente cu defecte de fabricație sau de fabricare, cum ar fi îmbinări de lipit la rece sau crăpate sau contacte mecanice slab realizate. Dacă aceste defecte sunt expuse la curenți RF mari, se poate genera PIM. Ca urmare, producătorii de echipamente RF efectuează teste PIM din fabrică pe componente, pentru a elimina PIM cauzate de aceste defecte de proiectare și fabricație.

PIM poate fi, de asemenea, inerent în proiectarea unei componente RF de mare putere în care curentul RF este forțat să îngusteze canalele sau să fie restricționat.

Pe teren, PIM poate fi cauzat de componente care au fost deteriorate în timpul transportului către locul celulei, probleme legate de manopera instalării și de surse PIM externe. Unele dintre acestea includ:

• Suprafețe sau contacte contaminate din cauza murdăriei, prafului, umezelii sau oxidării.
• Joncțiuni mecanice libere datorate cuplului inadecvat, alinierii slabe sau suprafețelor de contact slab pregătite.
• Joncțiuni mecanice libere cauzate în timpul transportului, șocului sau vibrațiilor.
• Fulgi sau așchii metalici în interiorul conexiunilor RF.
• Contact neconform metal-metal între suprafețele conectorului RF cauzat de oricare dintre următoarele:
  • Materiale dielectrice prinse (adezivi, spumă etc.), fisuri sau distorsiuni la capătul conductorului exterior al cablurilor coaxiale, adesea cauzate de strângerea excesivă a piuliței din spate în timpul instalării, conductori interiori solizi distorsionați în procesul de pregătire, conductori interiori goi excesiv de măriți sau făcut oval în timpul procesului de preparare.
• PIM poate apărea, de asemenea, în conectori sau când conductorii din două metale galvanice fără egal intră în contact unul cu celălalt.
• Obiecte metalice din apropiere în grinda directă și lobi laterali ai antenei de transmisie, inclusiv șuruburi ruginite, intermitent pentru acoperiș, țevi de aerisire, fire tip etc.

Testarea PIM

IEC 62037 este standardul internațional pentru testarea PIM și oferă detalii specifice cu privire la setările de măsurare PIM. Standardul specifică utilizarea a două tonuri de +43 dBm (20W) pentru semnalele de testare pentru testarea PIM. Acest nivel de putere a fost utilizat de producătorii de echipamente RF de mai bine de un deceniu pentru a stabili specificațiile PASS / FAIL pentru componentele RF.

Intermodulare în circuite electronice

Distorsiunea indusă de rotire (SID) poate produce distorsiune de intermodulație (IMD) atunci când primul semnal este rotit (schimbarea tensiunii) la limita produsului de lățime de bandă a puterii amplificatorului . Acest lucru induce o reducere eficientă a câștigului, modulând parțial amplitudinea celui de - al doilea semnal. Dacă SID apare doar pentru o porțiune a semnalului, se numește distorsiune de intermodulare "tranzitorie".

Măsurare

Distorsiunea intermodulației în sunet este de obicei specificată ca valoarea pătrată a rădăcinii medii (RMS) a diferitelor semnale de sumă și diferență ca procent din tensiunea RMS a semnalului original, deși poate fi specificată în termeni de putere a componentelor individuale, în decibeli , așa cum este obișnuit cu munca RF . Testele audio IMD standard includ standardul SMPTE RP120-1994 unde două teste (la 60 Hz și 7 kHz, cu raporturi de amplitudine 4: 1) sunt utilizate pentru test; multe alte standarde (cum ar fi DIN, CCIF) folosesc alte frecvențe și rapoarte de amplitudine. Opinia variază în raport cu raportul ideal al frecvențelor de testare (de exemplu 3: 4, sau aproape - dar nu exact - 3: 1 de exemplu).

După alimentarea echipamentului testat cu unde sinusoidale de intrare cu distorsiune redusă, distorsiunea de ieșire poate fi măsurată utilizând un filtru electronic pentru a elimina frecvențele originale, sau analiza spectrală poate fi făcută utilizând Transformări Fourier în software sau un analizor de spectru dedicat sau când se determină intermodularea efectele asupra echipamentelor de comunicații, pot fi făcute folosind receptorul testat însuși.

În aplicațiile radio , intermodularea poate fi măsurată ca raport de putere al canalului adiacent . Greu de testat sunt semnalele de intermodulare din gama GHz generate de dispozitivele pasive (PIM: intermodulare pasivă). Producătorii acestor instrumente PIM scalare sunt Summitek și Rosenberger. Cele mai noi dezvoltări sunt instrumentele PIM pentru a măsura și distanța până la sursa PIM. Anritsu oferă o soluție bazată pe radar cu precizie redusă, iar Heuermann oferă o soluție de analizor de rețea vectorială de conversie a frecvenței cu precizie ridicată.

Vezi si

• Beat (acustică)
• Măsurători ale sistemului audio
• Punct de interceptare de ordinul doi
• Punct de interceptare de ordinul al treilea , o valoare a unui amplificator sau a unui sistem legat de intermodulare
• Efect Luxemburg – Gorky

Referințe

 Acest articol încorporează  materiale din domeniul public din documentul Administrării serviciilor generale : „Standardul federal 1037C” .(în sprijinul MIL-STD-188 )

linkuri externe

• Lloyd Butler (1997). "Performanța de intermodulare și măsurarea componentelor de intermodulare" . VK5BR . „Radio amator”, august 1997 . Accesat la 30 ianuarie 2012 .