Интермодуляция

Интермодуляционный ( IM или ИМИ ) относится к формированию частот , когда два или более различных частот с помощью системы с нелинейной передаточной функции , которые будут обработаны. Описание с использованием точек пересечения используется для характеристики нелинейных свойств передаточной функции . Интермодуляция возникает в телекоммуникационных системах, таких как усилители и акустика, из-за нелинейных свойств передачи и часто нежелательна в этих приложениях.

Выходной спектр усилителя с электронной лампой , который должен усиливать две частоты 34 кГц и 653 кГц одновременно.

Общий

В простейшем случае двух различных частот и которые пропускают через систему с нелинейной передаточной функцией, интермодуляционный создает разность и сумму частот, которые упоминаются как интермодуляционные продукты, в виде: ${\ displaystyle f_ {1}}$${\ displaystyle f_ {2}}$

${\ Displaystyle к_ {1} \ cdot f_ {1} + k_ {2} \ cdot f_ {2}}$

С двумя целыми числами. Заказ в данном случае - это сумма сумм . Некоторые продукты интермодуляции в случае двух частот: ${\ displaystyle k_ {1}, k_ {2}}$${\ Displaystyle \ O}$${\ displaystyle \ left | k_ {1} \ right | + \ left | k_ {2} \ right |}$

2-й порядок: ${\ displaystyle f_ {1} \ pm f_ {2}}$

3-й порядок: ${\ Displaystyle 2 \ cdot f_ {1} \ pm f_ {2}}$

3-й порядок: ${\ displaystyle f_ {1} \ pm 2 \ cdot f_ {2}}$

4-й порядок: ${\ Displaystyle 3 \ cdot f_ {1} \ pm f_ {2}}$

4-й порядок: ${\ displaystyle f_ {1} \ pm 3 \ cdot f_ {2}}$

5-й порядок: ${\ Displaystyle 3 \ cdot f_ {1} \ pm 2 \ cdot f_ {2}}$

5-й порядок: ${\ Displaystyle 2 \ cdot f_ {1} \ pm 3 \ cdot f_ {2}}$

${\ displaystyle \ dotsc}$

В общем случае частот результирующие продукты являются продуктами интермодуляции. ${\ displaystyle N}$

${\ Displaystyle \ сумма _ {я = 1} ^ {N} k_ {я} \ cdot f_ {я}}$

В общем случае возникают следующие заказы : ${\ Displaystyle \ O}$

${\ Displaystyle \ O = \ сумма _ {я = 1} ^ {N} \ влево | k_ {я} \ вправо |}$

Коммуникационная техника

Частоты продуктов интермодуляции 3-го порядка

Продукты интермодуляции двух сигналов, измеренные с помощью анализатора сигналов . Поданные сигналы отмечены маркерами 1 и 2 на частотах и . Маркеры 3 и 4 относятся к продуктам интермодуляции 3-го порядка ( и ). Кроме того, можно увидеть продукты интермодуляции 5-го порядка ( и ).${\ displaystyle f_ {1}}$${\ displaystyle f_ {2}}$${\ displaystyle 2 \ cdot f_ {1} -f_ {2}}$${\ displaystyle 2 \ cdot f_ {2} -f_ {1}}$${\ Displaystyle 3 \ cdot f_ {1} -2 \ cdot f_ {2}}$${\ Displaystyle 3 \ cdot f_ {2} -2 \ cdot f_ {1}}$

В коммуникационной технике продукты интермодуляции вызываются нелинейностями в таких компонентах, как диоды , зависящие от напряжения емкости обратной связи в транзисторах или зависящие от напряжения сопротивления . Это желательно в смесителях добавок для генерации комбинированных частот.

Упрощенная для систем без памяти (т.е. предыдущая история здесь не имеет значения) нелинейная передаточная функция может быть записана как

${\ Displaystyle у (т) = г [х (т)]}$

быть описанным.

Здесь g - любая нелинейная функция, например квадратичная функция . Из-за нелинейности входные сигналы влияют друг на друга. Поэтому теорема суперпозиции здесь не применима.

Математически интермодуляция может быть описана рядом Тейлора при условии, что нелинейности не слишком сильны.

Подход с серией Тейлора

${\ displaystyle u _ {\ mathrm {out}} (t) = k_ {0} + k_ {1} \ cdot u _ {\ mathrm {in}} (t) + k_ {2} \ cdot {u _ { \ mathrm {in}} (t)} ^ {2} + k_ {3} \ cdot {u _ {\ mathrm {in}} (t)} ^ {3} + \ dots + k_ {n} \ cdot { и _ {\ mathrm {in}}} ^ {n}}$

Чем больше коэффициенты k ₂ и k ₃ , тем меньше интермодуляционный интервал 2-го и 3-го порядка.

Полномочия стоять 2 - го порядка интермодуляционных, третьего порядка интермодуляционных и т.д. Это может быть математически описана с помощью теорем сложения следующим образом : ${\ Displaystyle {и _ {\ mathrm {в}}} ^ {2}}$${\ Displaystyle {и _ {\ mathrm {in}}} ^ {3}}$

${\ displaystyle {\ cos} ^ {2} {x} = {\ frac {1} {2}} \ cdot \ left (\ cos {2x} +1 \ right)}$

и

${\ displaystyle {\ cos} ^ {3} {x} = {\ frac {1} {4}} \ cdot \ left (\ cos {3x} +3 \ cdot \ cos {x} \ right)}$.

Если теперь происходит двухтональное возбуждение с частотами f ₁ и f ₂ , то продукты интермодуляции получаются на частотах на выходе описанной части схемы.

${\ Displaystyle е_ {м + п} = м \ cdot f_ {1} \ pm n \ cdot f_ {2}}$,

где m и n - натуральные числа, сумма которых соответствует порядку интермодуляции.

При передаче сигнала интермодуляция 3-го порядка ( или ) нежелательна, потому что она попадает в полезный частотный диапазон и ее трудно или невозможно отфильтровать. ${\ displaystyle 2 \ cdot f_ {1} -f_ {2}}$${\ displaystyle 2 \ cdot f_ {2} -f_ {1}}$

Интермодуляции второго порядка (2 · f ₁ , 2 · f ₂ , f ₁  +  f ₂ и f ₂  -  f ₁ ) также могут приводить к помехам в зависимости от структуры системы.

Обычно продукты интермодуляции с порядком> 3 сильно ослабляются или могут быть легко отфильтрованы из-за большого расстояния до полезной частоты, поэтому они не играют важной роли в технологии передачи.

Меры против интермодуляции z. Б. использование ступеней с высокими токами покоя, что не всегда возможно с устройствами с батарейным питанием. За счет уменьшения модуляции каскадов приемника или передатчика также достигается улучшение, но за счет входной чувствительности или мощности передачи.

Скалярное измерение

Большая часть мощности интермодуляционных сигналов (IM-сигналов) измеряется чисто скалярно. Это означает, что два генератора сигналов используются в качестве передатчиков, а анализатор спектра - в качестве приемника. Тестируемое устройство ( DUT ) располагается между генераторами и приемником. В отличие от измерений векторного анализатора цепей , несовпадения не вычисляются . Более того, информация о фазе IM-сигналов недоступна.

Во время этих измерений всегда необходимо следить за тем, чтобы передатчик и / или приемник не генерировали IM-сигналы. Для этого, в частности, в приемнике должны использоваться узкополосные полосовые фильтры, которые не позволяют мощному сигналу передачи генерировать сигналы IM на чувствительном приемнике из-за его собственных нелинейностей. Генерируется ли измеренный IM-сигнал в ИУ или в приемнике, можно проверить во время выполнения измерения, увеличив входной аттенюатор на приемнике. Если все амплитуды сигналов уменьшаются в один и тот же коэффициент, сигналы IM поступают от тестируемого устройства. Если есть изменение амплитуд сигнала в зависимости от порядка интермодуляции, это сигнал IM, генерируемый приемником.

Векторное измерение

В качестве альтернативы скалярному измерению, векторное измерение IM может быть выполнено на основе измерения векторного анализатора цепей . Как правило, это имеет гораздо меньше ошибок измерения , поскольку рассогласования автоматически вычисляются с помощью предыдущей калибровки . Решающим преимуществом векторного измерения является то, что оно может моделировать источники помех. Теперь можно даже рассчитать положение неисправности. Чтобы выполнить это векторное измерение IM, необходимо полностью откалибровать анализатор цепей. Для этого требуются два дополнительных калибровочных эталона, датчик мощности и гребенчатый генератор. Метод калибровки без сквозного прохода помогает откалибровать два виртуальных входа, используя только один физический вентиль.

Вхождение

оратор

В громкоговорителях интермодуляция - это типичное искажение, которое рано или поздно становится слышимым на высоких уровнях низких частот, в зависимости от качества громкоговорителей. Поскольку большая амплитуда, естественно, генерируется низкими частотами, эффективность преобразователя для воспроизведения высоких частот всегда периодически снижается, когда отклонение велико - звуковая катушка затем выходит из линейного диапазона своего отклонения. Линейная площадь определяется длиной его выступа по сравнению с воздушным зазором полюсных наконечников.

Поэтому в системах с многолучевым распространением интермодуляция может быть эффективной только в частотных диапазонах, излучаемых одним и тем же шасси. Поскольку искажения наиболее отчетливо слышны в диапазоне 500 Гц - 4 кГц, а интермодуляция наиболее сильно вызывается большим перемещением мембраны низких частот, построены 3-полосные громкоговорители: бас (частоты ниже нескольких 100 Гц) и средние частоты. (частоты примерно 500 Гц - 4 кГц) излучаются отдельным шасси, благодаря чему средние частоты тщательно защищены от воздушных движений низкочастотного динамика. Таким образом, трехходовые системы явно превосходят в этом отношении односторонние и двухсторонние конструкции. Тем не менее, низкочастотный динамик в 3-полосном корпусе должен иметь большой диапазон линейного отклонения, чтобы сам не генерировать гармоники.

тюнер

Качественной особенностью аналоговых тюнеров является их избирательность и большая мощность сигнала. Если этого недостаточно, будет происходить параллельный прием разных передатчиков или многократный прием одного и того же передатчика. Это часто происходит из-за продуктов смешения, вызванных каскадами усилителя, когда они недостаточно устойчивы к интермодуляции.

В диапазоне УКВ возникает интермодуляция 3-го порядка, или особенно в широкополосных кабельных сетях, когда предлагается много радиопрограмм УКВ, расстояния между соседними программами небольшие и часто одинаковые, например Б. 300 кГц, 350 кГц или 400 кГц каждый. Если несколько равных расстояний следуют друг за другом, на занятых частотах возникают интермодуляционные помехи 3-го порядка, что выражается в значительном увеличении шума, щебетании или параллельном приеме даже при правильном выравнивании линейных и домашних усилителей. Интермодуляция происходит в смесителе ПЧ самого приемника УКВ, и заказчик не может ее эффективно предотвратить. Единственным облегчением будет более узкий предварительный выбор тюнера, который не позволяет хотя бы одному из мешающих партнеров достигнуть микшера при приеме желаемой программы. ${\ displaystyle 2 \ cdot f_ {1} -f_ {2}}$${\ displaystyle 2 \ cdot f_ {2} -f_ {1}}$

Эффективное решение возможно только за счет грамотного выбора частот кабеля УКВ: в частотном окне не менее 2, а лучше 3 МГц, размещенных в любом месте диапазона УКВ, никогда не должно быть одинаковых интервалов между отдельными программами УКВ, т.е. ЧАС. Расстояния z. B. 300 кГц - 300 кГц или 400 кГц - 400 кГц должны так же мало следовать друг за другом, как z. Б. 300 кГц - 400 кГц - 700 кГц. За пределами окна 2-3 МГц предварительного выбора тюнера достаточно, чтобы держать как минимум одну из мешающих частот подальше от смесителя.

Операторы кабельных сетей могут полагаться на поддерживаемые EDP услуги планирования от соответствующих компаний или вручную определять действующие частотные присвоения с помощью табличного средства планирования от производителя головной станции BLANKOM.

Радиомикрофоны также могут создавать помехи друг другу из-за интермодуляции, если несущая частота не выбрана.

Внутреннее ухо (улитка)

Интермодуляционные искажения возникают во внутреннем ухе млекопитающих из-за нелинейных усиливающих свойств улитки . Эти искажения ощутимы и при определенных обстоятельствах могут быть измерены. Эти так называемые искажающие отоакустические выбросы ( DPOAE ) могут быть диагностированы и оценены.

литература

• Вольфганг-Йозеф Тенбуш: Основы громкоговорителей . 1-е издание. Майкл Э. Бриден Верлаг, Оберхаузен 1989, ISBN 3-9801851-0-9 . 
• Берндт Старк: Руководство по громкоговорителю . 7-е издание. Ричард Пфлаум Верлаг, Мюнхен 1999, ISBN 3-7905-0807-1 . 
• Арндт Клингельнберг: Отчет о конференции TonmeisterTagung TMT 2016 EN-1: Пересмотр нелинейных искажений (английский) . ISBN 978-3-9812830-7-5 . 

веб ссылки

• Бесплатная программа для расчета продуктов интермодуляции
• Программа для расчета продуктов интермодуляции в радиомикрофонах
• Введение в измерение интермодуляции с выводом и информация о практических измерениях ( Memento от 24 ноября 2013 г. в Интернет-архиве )
• Скрипт микшера (PDF)

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Талаасингам К. и Хойерманн Х., Новая система векторных нелинейных измерений для измерений интермодуляции , Европейская микроволновая конференция, Рим, окт. 2009 г.
2. ↑ Инструкция по эксплуатации УКВ-диспетчера головной станции BLANKOM FMB121. (Больше не доступны в Интернете.) Архивировано из оригинального сентября 16, 2016 ; Доступ к 5 сентября 2016 года . Информация: ссылка на архив вставлена ​​автоматически и еще не проверена. Пожалуйста, проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.blankom.de 
3. ↑ http://www.shuredistribution.de/support_download/fachwissen/funksysteme/funk-intermodulation