ITU-R INFORME SM 2021 SPANISH-2000 PRODUCTION AND MITIGATION OF INTERMODULATION PRODUCTS IN THE TRANSMITTER《发电机中的互连产品的生产和减速》.pdf

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1、 I. UIT-R SM.2021 1 INFORME UIT-R SM.2021 GENERACIN Y REDUCCIN DE LOS PRODUCTOS DE INTERMODULACIN EN EL TRANSMISOR (Cuestin UIT-R 211/1) (2000) I. UIT-R SM.2021 CUADRO DE MATERIAS Pgina 1 Introduccin 2 2 Generacin de la intermodulacin 2 2.1 Productos de intermodulacin debidos a frecuencias discretas

2、. 2 2.2 Ruido de intermodulacin debido a un espectro de frecuencias continuo. 5 3 Tcnicas de reduccin. 7 3.1 Supresin en los transmisores . 8 3.1.1 Arquitectura de transmisor 8 3.1.2 Filtrado 9 3.1.3 Linealizacin . 12 3.2 Apantallamiento del emplazamiento para intermodulacin entre transmisores 17 3.

3、2.1 Separacin de antenas 18 3.2.2 Diagrama de antena . 19 3.3 Otras medidas de reduccin 19 3.3.1 Reduccin de los productos de intermodulacin en los receptores . 19 3.3.2 Disposiciones de frecuencia 19 3.4 Ejemplos de productos de intermodulacin generados en un emplazamiento radioelctrico con MF y ra

4、diocomunicaciones pblicas mviles (PMR). 20 3.4.1 Intermodulacin entre transmisores MF 21 3.4.2 Intermodulacin entre transmisores de estacin de base PMR 23 3.4.3 Intermodulacin a la entrada de la estacin de base PMR. 23 3.4.4 Intermodulacin entre transmisores MF y PMR 24 Referencias Bibliogrficas y B

5、ibliografa 25 Anexo 1 Descripcin matemtica de la generacin de ruido de intermodulacin en el transmisor 26 2 I. UIT-R SM.2021 1 Introduccin Pueden producirse diversos tipos de intermodulacin. En los sistemas radioelctricos se manifiestan de diferentes maneras y la Recomendacin UIT-R SM.1446 define lo

6、s cinco tipos siguientes: Tipo 1: Intermodulacin en un solo canal, cuando la seal deseada resulta distorsionada debido a la no linealidad en el transmisor. Tipo 2: Intermodulacin multicanal, cuando las seales deseadas de varios canales resultan distorsionadas a causa de la no linealidad en los propi

7、os circuitos del transmisor. Tipo 3: Intermodulacin entre transmisores, cuando uno o ms transmisores en un mismo emplazamiento producen intermodulacin, dentro de los propios transmisores o en una componente no lineal situada en el emplazamiento, provocando productos de intermodulacin. Tipo 4: Interm

8、odulacin debida a antenas activas, cuando el modo de funcionamiento multiportadora de una antena activa, junto con la no linealidad de los amplificadores, da lugar a emisiones no esenciales en forma de seales de intermodulacin. Tipo 5: Intermodulacin debida a circuitos pasivos, cuando los transmisor

9、es comparten el mismo elemento radiante y la intermodulacin se produce debido a la no linealidad de los circuitos pasivos. En los puntos siguientes se describe con ms detalle la generacin y la reduccin de estos productos de intermodulacin. Se ofrecen algunos ejemplos de productos de intermodulacin g

10、enerados en emplazamientos radioelctricos. Para las tcnicas de medicin, se hace referencia a la Recomendacin UIT-R SM.1446. Al final del Informe se adjunta una amplia relacin de la literatura til, incluyendo referencias para la medicin de la intermodulacin de los tipos 1 a 3 ETSI, 1997; Shahid y otr

11、os, 1996; Bhargava y otros, 1981; Manual del UIT-R sobre Telecomunicaciones por satlite Servicio fijo por satlite (Apndice 2-1, 5); Heathman, 1989; Bond y Meyer, 1970; Shimbo, 1971; Saleh, 1982; Wassermann y otros, 1983; Tondryk, 1991; Kaeadar, 1986; IESS, 1996; ETSI, 1995. En lugar de productos de

12、intermodulacin, se utiliza tambin la expresin ruido de intermodulacin, a fin de reflejar los formatos de modulacin digital. 2 Generacin de la intermodulacin La intermodulacin ha sido siempre un factor determinante principal de la calidad del transmisor en los servicios con modulacin de amplitud, tal

13、es como la banda lateral nica (BLU) o la banda lateral interferida (BLI). Tericamente, no es aplicable a ninguna transmisin de envolvente constante, aunque en la realidad, las limitaciones de la realizacin prctica hacen que dichas tcnicas de modulacin no den una modulacin con envolvente absolutament

14、e constante y por tanto se requiere una amplificacin lineal si se desea evitar que se reproduzca el espectro. 2.1 Productos de intermodulacin debidos a frecuencias discretas El enfoque que sigue Chadwick, 1986 es clsico y se refiere a un anlisis completo de la seal de entrada que puede representarse

15、 mediante secuencias discretas, al igual que todas las seales analgicas en el dominio del tiempo. Tambin puede ser til para la comprensin bsica de la generacin de productos de intermodulacin. Un amplificador puede caracterizarse por una serie de Taylor de la funcin de transferencia generalizada Chad

16、wick, 1986: .5544332210+INININININekekekekeki donde i0es la corriente de salida estable, k1, k2, etc. son coeficientes y eINrepresenta la seal de entrada. Cuando se aplican a la entrada del amplificador dos frecuencias sinusoidales 1= 2 f1y 2= 2 f2de amplitudes a1y a2, la seal de entrada es: tataeIN

17、 2211coscos += y la salida iOUTpuede representarse por la suma de las componentes de continua: ()()4221414222120312382aaakaakiiOUT+= I. UIT-R SM.2021 3 con componentes fundamentales: taakaakakaakakak1421522315515221331311cos815415852343Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ taakaakakaakakak2241532215525221332321cos815

18、415852343Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ componentes de segundo orden: taakakak1222144132122cos232121Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ taakakak2222144232222cos232121Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ ()taakaakaak2132142314212cos2323Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+componentes de tercer orden: taakakak1223155153133cos4516541Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ taakakak23

19、22155253233cos4516541Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ ()taakaakaak2132215241522132cos8154543Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ ()taakaakaak1222315421522132cos8154543Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6+ componentes de cuarto orden: taktak242414144cos814cos81+ () () ()taaktaaktaak21321421222142123143cos2122cos433cos21+ y componentes de quinto or

20、den: taktak252515155cos1615cos161+ () ()taaktaak212231521241523cos854cos165+ () ()taaktaak21421521322154cos16532cos85+ 4 I. UIT-R SM.2021 La serie puede continuar amplindose para los trminos 66 INek etc., si se desea. La Fig. 1 muestra las relaciones entre los distintos productos. Puede verse de dic

21、ha Figura y de las ecuaciones, que todos los trminos de orden par producen salidas en armnicos de la seal de entrada y que los productos suma y diferencia estn muy apartados en frecuencia de la seal de entrada. No obstante, los productos impares producen seales prximas a las frecuencias de entrada f

22、1 2f2y f2 2f1. Por tanto, los productos de intermodulacin de orden impar no pueden eliminarse mediante filtrado, y nicamente mediante una mejora de la linealidad. Rap 2021-01f1f2f2 f1f1+ f22 f12 f2IM3, 2 f2 f1IM5, 3 f2 2 f1IM7, 4 f2 3 f1IM3, 2 f1 f2IM5, 3 f1 2 f2IM7, 4 f1 3 f2Nivel(noesta escala)Fre

23、cuenciaFIGURA 1Representacin (no a escala) de los productos de intermodulacin (IM) (lneas negritas continuas)con respecto a las frecuencias fundamentales (lneas negritas de trazos)FIGURE 1.Rap.2021-01 Suponiendo un funcionamiento en clase A, a1= a2y k4, k5 son muy pequeos. El producto de intermodula

24、cin de tercer orden, IM3 se hace proporcional aa3. Esto significa que el cubo de la amplitud de entrada y el grfico de los productos de intermodulacin tendr una pendiente de 3 en una escala logartmica, mientras que la seal deseada tendr una pendiente de 1 (vase la Fig. 2). Los productos de segundo o

25、rden, IM2, pueden calcularse de forma similar y el grfico de stos tiene una pendiente de dos. Los puntos en que ambos grficos se cruzan se denominan punto de intercepcin de tercer orden, IP3 y punto de intercepcin de segundo orden, IP2, respectivamente. IP3 es el punto en el que el producto de inter

26、modulacin es igual a la seal fundamental. sta es una consideracin puramente terica, pero da un mtodo muy conveniente de comparacin de dispositivos. Por ejemplo, un dispositivo con productos IM de 40 dBm para una potencia de entrada de 0 dBm es comparable con uno que tenga productos IM de 70 dBm para

27、 una entrada de 10 dBm. Con referencia al punto de intercepcin, puede verse que estos dos dispositivos son iguales. A medida que aumenta el nivel de la seal de entrada, llega a alcanzarse un punto en el que la salida no puede aumentar, dB por dB, con la entrada. Se trata de la compresin de ganancia

28、y es importante definir la gama dinmica del dispositivo. Por ejemplo, se supone un amplificador con un punto de intercepcin de 20 dBm y una entrada de 0 dBm para obtener una relacin de intermodulacin de 40 dB, pero dado que las caractersticas de entrada/salida del dispositivo no son lineales a este

29、nivel de entrada, no se obtiene la relacin de intermodulacin prevista. No obstante, si el punto de compresin es algunos dB superior, puede obtenerse la relacin de intermodulacin de 40 dB. En el caso de funcionamiento en clase AB, pueden darse caractersticas distintas, tal como se representa en la Fi

30、g. 2, especialmente para seales de entrada inferiores. I. UIT-R SM.2021 5 Rap 2021-02Entrada (dBm)Salida(dBm)Compresin de gananciaIP2IP3IM2IM3FundamentalFIGURA 2Ejemplos de productos IM de segundo y tercer orden,compresin de ganancia y funcionamiento en clase AFIGURE 2.Rap.2021-02 2.2 Ruido de inter

31、modulacin debido a un espectro de frecuencias continuo La descripcin clsica de la intermodulacin en los sistemas radioelctricos analgicos parte de un modelo de entrada de dos frecuencias a un dispositivo no lineal sin memoria. Esta caracterstica no lineal puede describirse mediante una funcin f(x),

32、que da la relacin entrada-salida del dispositivo. La funcin, f, suele desarrollarse en una serie de Taylor, lo que da los armnicos, as como las combinaciones lineales de las frecuencias de entrada. Este modelo clsico se adapta bien a los esquemas de modulacin analgica con lneas de frecuencia especfi

33、cas en las frecuencias portadoras. La calidad del sistema analgico suele medirse en trminos de la relacin seal-ruido (S/N) y la seal de intermodulacin origen de la distorsin puede describirse adecuadamente mediante una reduccin de la S/N. Con los mtodos de modulacin digital la situacin cambia comple

34、tamente. La mayora de los esquemas de modulacin digital tienen un espectro de seal continuo sin lneas preferidas en las frecuencias portadoras. La degradacin del sistema debida a la intermodulacin se mide en trminos de la proporcin de bitios errneos (BER) y depende de diversos parmetros del sistema,

35、 por ejemplo, el esquema especfico de modulacin que se emplee. Para estimar la calidad del sistema en trminos de la BER es preciso realizar un anlisis riguroso de los sistemas no lineales. Hay dos mtodos clsicos para el anlisis y la sntesis de los sistemas no lineales: en el primero se efecta un des

36、arrollo de la seal en una serie de Volterra Schetzen, 1980. En el segundo, debido al Wiener, se emplean funciones de base especiales para el desarrollo. Ambos mtodos conducen a una descripcin del sistema no lineal mediante funciones de transferencia de orden superior que tienen n variables de entrad

37、a, dependiendo del orden de la no linealidad. En el Anexo 1 figura una descripcin ms detallada y dos ejemplos. El diagrama de bloques del ejemplo 1 se representa en la Fig. 3. Las dos seales de entrada x1(t) y x2(t) se filtran linealmente mediante dispositivos con respuestas de impulsos ha(t) et hb(

38、t) en las bandas de frecuencia adyacentes. La seal suma compuesta, y, resulta posteriormente distorsionada mediante un dispositivo de ley cuadrtica imperfecta que puede representar el modelo de un amplificador transmisor. La relacin entrada-salida del dispositivo no lineal viene dada por: )()()(2tay

39、tytz += 6 I. UIT-R SM.2021 Las seales de entrada x1(t) y x2(t) tienen su origen en una seal nica x(t), que se ha separado espectralmente en los filtros ha(t) y hb(t). Rap 2021-03ha(t)hb(t)x2(t)x1(t)x(t)y1y2yzDispositivo deley cuadrticaimperfectaFIGURA 3Seales y1(t) e y2(t) en canales adyacentes suje

40、tas a un dispositivo de ley cuadrtica imperfectaFIGURE 3.Rap.2021-03 La Fig. 4 representa la seal de salida, z(t), incluyendo el ruido de intermodulacin. Para seales RF moduladas, la distorsin de intermodulacin en la propia banda de frecuencias es debida a no linealidades de tercer orden. Por este m

41、otivo, el dispositivo de ley cuadrtica imperfecta de la Fig. 3 se sustituye ahora por un dispositivo cbico imperfecto con la relacin entrada-salida: )()()(3taytytz += Rap 2021-04f0 1/T f0f0 + 1/T 0 f0 1/Tf0f0 + 1/TPbPaPaPb1a2/32 f0 2/T 2 f002 f0 + 2/T 2 f0 2/T 2 f02 f0 + 2/T2 Pa* PbPb* PbPa* Paf FIG

42、URA 4Parte superior: espectros de potencia de las seales y1(Pa) e y2(Pb) conforme a la Fig. 3,parte inferior: contribuciones espectrales del trmino de intermodulacin de segundo ordenFIGURE 4.Rap.2021-04 I. UIT-R SM.2021 7 hay varias contribuciones al ruido de intermodulacin que caen en los canales u

43、tilizados prximos a f0. La Fig. 5 representa las distintas partes Pa Pa Pa. Pb Pb Pb. La lnea gruesa representa la suma de las distorsiones. Rap 2021-05af0f0+ 3/TPa* Pa* Pa+ 2Pb* Pa* PbPb* Pa* Pa2 Pa* Pa* Pb+ Pb* Pb* PbPb* Pb* Paf f0 3/TEn bandaFuera de bandaFIGURA 5Ruido de intermodulacin en las ba

44、ndas de frecuencias utilizadasf0 1/T , el aislamiento, L, viene dado por la ecuacin en el espacio libre: () ( )222111,MHzlog20mlog205,27 += GGfdL dB () ( )2221110, = GGLL dB donde d es la separacin espacial de la antena (m), f es la frecuencia (MHz) y G1, G2son las ganancias de antena referidas a an

45、tenas istropas y que dependen de los ngulos de incidencia. Para antenas istropas y muy pequeas, el aislamiento puede aproximarse por las prdidas bsicas en el espacio libre: L L0. Considerando diagramas de antena reales en elevacin y acimut, el aislamiento real ser mayor. En la Fig. 15 Pye Telecom, 1

46、978 se dan ejemplos de transmisores de radiodifusin en ondas mtricas/decimtricas. Los grficos basados en la polarizacin vertical de la antena indican que es posible lograr atenuaciones en las bandas de ondas mtricas/decimtricas para separaciones horizontales y verticales. Se demuestra que es siempre

47、 ms fcil obtener la atenuacin mxima cuando las antenas se separan verticalmente. Rap 2021-15110102252510203040506070450 MHz 150 MHz 80 MHz 40 MHz450 MHz150 MHz80 MHz40 MHzSeparacin entre antenas (m)Aislamiento (dB)FIGURA 15Aislamiento de funcin de la separacin entreantenas polarizadas verticalmenteS

48、eparacin verticalSeparacin horizontalFIGURE 15 Rap.2021-15 I. UIT-R SM.2021 19 Se considera que para frecuencias inferiores o sistemas de antena elevados y prximos, la condicin de campo lejano no es vlida, lo que da lugar a valores ms pequeos de aislamiento. Si ciertos obstculos, tales como los edificios, el mstil o incluso la propia estructura de la antena estn situados en los lbulos principales de sta, es probable que haya reflexiones