PERTURBAŢII ŞI ZGOMOTEÎN SISTEMELE DE RADIOCOMUNICAŢII

2.1 CLASIFICAREA PERTURBAŢIILOR

În cele ce urmează vom analiza perturbaţiile electromagnetice care influenţează asupra funcţionării sistemelor de radiocomunicaţii. Clasificarea acestora se poate face după mai multe criterii. Un prim criteriu ia în considerare locul de dispunere a sursei de perturbaţii. În canalul de legătură radio există surse de perturbaţii dispuse fie în mediul de propagare a undelor electromagnetice, fie în cadrul instalaţiilor de emisie-recepţie, astfel încât, putem vorbi de perturbaţii externe şi perturbaţii interne.

Perturbaţiile externe pot proveni de la surse naturale sau artificiale. Pentru o analiză comodă, vom împărţi sursele naturale de câmp electromagnetic perturbator în două categorii:

terestre (surse ce se regăsesc în atmosfera terestră); extraterestre (surse ce se regăsesc dincolo de limitele atmosferei

terestre).Din punct de vedere statistic, sursele terestre de perturbaţii generează

procese aleatoare nestaţionare, pe când zgomotele provenite de la stele, galaxii etc., cu câteva excepţii, se apropie de zgomotul alb, cu o lărgime de bandă totuşi limitată. În absenţa perturbaţiilor artificiale, zgomotele naturale vor limita sensibilitatea receptoarelor care funcţionează la frecvenţe mai mici de 300 de megahertzi. În zonele dens populate însă, perturbaţiile artificiale devin dominante în raport cu cele naturale.

Sursele terestre de perturbaţii naturale includ radiaţiile care provin din atmosfera terestră, cum ar fi zgomotele atmosferice şi cele generate de acumularea de electricitate statică.

Zgomotele atmosferice, după cum se poate constata din fig. 2.1, constituie sursa naturală cea mai importantă de perturbaţii radio la frecvenţe mai mici de 30 de megahertzi. Ele iau naştere în urma descărcărilor electrice din timpul furtunilor. Densitatea spectrală de putere scade odată cu creşterea frecvenţei, în timpul zilei având un minim în jurul frecvenţelor de 2-3 megahertzi. La frecvenţe mai mici decât frecvenţa critică de propagare ionosferică zgomotele atmosferice, la latitudini medii, devin predominante în timpul furtunilor de iarnă şi vară din regiunile tropicale. Perturbaţiile provocate de furtunile tropicale se propagă, prin reflexie ionosferică, la distanţe de câteva mii de kilometri. Totuşi, zgomotele atmosferice

dominante la aceste frecvenţe sunt cele datorate descărcărilor furtunoase locale.

Câmpul electromagnetic creat de descărcările atmosferice este sub formă de impulsuri, conţinând un număr considerabil de impulsuri de amplitudine foarte mare, provocate de descărcările furtunoase, care se suprapun peste fondul general de impulsuri cu amplitudine mică.

Fig. 2.1 Intensitatea câmpului electric pentru diferite perturbaţii

Electricitatea statică constituie sursa de perturbaţii radio care iau naştere ca rezultat al acumulărilor de sarcini electrice pe suprafaţa elementelor antenei, urmate de descărcări de coroană şi/sau străpungeri de dielectric. Spectrul de frecvenţe al acestor perturbaţii, precum şi frecvenţa lor de apariţie depind de condiţiile de funcţionare a sistemului radio. Cele mai expuse la astfel de perturbaţii sunt radioreceptoarele de la bordul aeronavelor. Micşorarea acestor perturbaţii este posibilă prin folosirea unor

antene de tip ramă în locul celor liniare, precum şi prin utilizarea unor materiale cu o durabilitate electrostatică mai mare.

Sursele extraterestre (cosmice) de perturbaţii naturale includ radiaţiile care provin din afara atmosferei terestre, cum ar fi zgomotul de fond al surselor cosmice şi zgomotele provenite de la soare. Cu toate că nivelul zgomotelor extraterestre se găseşte sub nivelul zgomotelor industriale, după cum rezultă şi din fig. 2.1, acestea pot îngreuna recepţia semnalelor slabe de către receptoarele de la bordul staţiilor mobile extraterestre, care funcţionează în condiţii de linişte din punct de vedere al perturbaţiilor electrice sau de către cele aflate în mediul rural.

Zgomotul cosmic de fond se formează în galaxie ca rezultat al compunerii zgomotelor provenite de la surse discrete, neidentificate, din spaţiul cosmic. Aceste zgomote au o distribuţie uniformă în frecvenţă şi pot avea două cauze de apariţie: ionizarea hidrogenului şi radiaţia sincronă de electroni. Aşa cum rezultă şi din fig. 2.1, zgomotele cosmice devin preponderente la frecvenţe mai mari de 300 de megahertzi, indiferent de emisfera în care se află receptorul radio.

Zgomotele provenite de la soare. În timpul activităţii periodice solare, pe Soare sunt vizibile explozii de energie care se produc uneori cam de 12 ori pe zi. Aceste explozii sunt însoţite de creşteri considerabile ale nivelului zgomotelor radio. În fig. 2.1 se poate observa că aceste zgomote depăşesc nivelul altor zgomote naturale la frecvenţe mai mari de 20 de megahertzi.

Radiaţiile zgomotoase din perioada de linişte solară se caracterizează printr-o intensitate minimă, care se observă în timpul unei perioade de 11 ani de activitate foarte scăzută a soarelui. Furtunile de zgomot, care caracterizează perioada de intensitate medie a zgomotelor de la soare, sunt provocate de apariţia unor lansări de scurta durată a unor impulsuri de scurtă durată. Nici furtunile de zgomot, nici radiaţiile solare din perioada de linişte nu depăşesc nivelul zgomotelor cosmice la frecvenţe mai mici de 3 gigahertzi. Cu toate acestea şi unele şi celelalte trebuie luate în considerare la stabilirea caracteristicilor de funcţionare ale receptoarelor.

Pe lângă perturbaţiile prezentate mai sus, în categoria perturbaţiilor naturale putem include şi perturbaţiile care apar pe linia de legătură radio datorită propagării undelor electromagnetice pe trasee multiple. Acest fenomen, cunoscut sub denumirea de fading, face ca, în punctul de recepţie semnalul rezultant să aibă fluctuaţii puternice care, uneori, pot conduce la întreruperea completă a legăturilor radio.

Sursele de perturbaţii artificiale sau industriale sunt atribuite dispozitivelor, utilajelor şi maşinilor create de om. Perturbaţiile artificiale pot fi radiate de aparatura terestră sau cosmică, însă trebuie menţionat faptul

că aparatura cosmică generează o parte nesemnificativă din perturbaţiile artificiale. Uneori perturbaţiile artificiale sunt împărţite în perturbaţii intenţionate şi neintenţionate. Multe surse de radiaţii generează ambele tipuri de perturbaţii.

O mare parte din aceste surse de radiaţii sunt reunite în clasa denumită “Aparatură radioelectronică”. În această clasă intră aparatura de radiodifuziune, radioreleu, radiolocaţie, radionavigaţie şi radiocomunicaţii, precum şi aparatura medicală care utilizează radiaţiile electromagnetice în diverse scopuri.

Funcţionarea simultană a aparaturii radioelectronice determină o perturbare reciprocă, fie datorită utilizării aceleiaşi frecvenţe de lucru – perturbaţii cocanal, fie datorită radierii, pe lângă semnalul util, a unor armonici sau a unor perturbaţii parazite de însoţire. În cazul în care, în punctul de recepţie nivelul semnalului provenit de la diferite emiţătoare depăşeşte un anumit prag, receptorul poate ajunge într-un regim neliniar de funcţionare, ceea ce provoacă apariţia unor componente spectrale noi, generând perturbaţii de intermodulaţie sau/şi modulaţie încrucişată.

O altă clasă cuprinde utilajele electrice şi electromecanice. În această clasă putem include:

perturbaţiile de la sistemul de aprindere al automobilelor – care îşi fac simţită prezenţa în gama de frecvenţe de la 30 la 1000 de megahertzi, gamă cu o largă utilizare în sistemele radio mobile. În domeniul timp, aceste perturbaţii reprezintă pachete de impulsuri de scurtă durată, un impuls din cadrul pachetului având o durată de ordinul unităţi-zeci de nanosecunde, iar durata unui pachet de unităţi-zeci de microsecunde. Frecvenţa de apariţie a impulsurilor în cadrul pachetului depinde de dimensiunile geometrice ale sistemului de aprindere şi poate varia de la 100 la 300 de megahertzi;

perturbaţiile provocate de liniile de înaltă tensiune – care apar datorită descărcărilor de coroană şi care îşi fac simţită prezenţa în gama de frecvenţe de la 30 de hertzi la 210 megahertzi. Impulsurile generate în acest caz pot avea o durată de câteva milisecunde, cu toate că în unele experimente au rezultat şi impulsuri cu durata de zeci de nanosecunde;

perturbaţiile provocate de aparatura de sudură au o densitate de putere caracteristica perturbaţiilor în impuls, existând totuşi trei domenii de maxim în jurul frecvenţelor de 750 kilohertzi, 3 şi 20 megahertzi;

perturbaţiile provocate de mijloacele de transport electrice se datorează arcurilor electrice provocate de contactele electrice mobile

ale maşinilor electrice, situaţie în care perturbaţiile în impuls se succed în mod regulat sau arcurilor electrice provocate de pantograful de tramvai sau troleibuz, situaţie în care perturbaţiile în impuls se succed în mod neregulat şi au durată variabilă.Perturbaţiile interne sunt provocate de componentele electrice

(rezistoare, condensatoare, bobine) şi electronice pasive şi active (diode, tranzistoare, tuburi electronice) utilizate pentru realizarea schemei diferitelor blocuri, în principal, din compunerea receptorului. Datorită modului în care ele sunt resimţite la ieşirea receptorului, în cele ce urmează le vom numi zgomote interne. Natura acestora şi modul lor de apariţie va fi analizat într-un paragraf ulterior.

Uneori, pentru găsi metode de luptă împotriva perturbaţiilor, se pot folosi şi alte criterii de clasificare a perturbaţiilor, fără să se aibă în vedere provenienţa lor. Astfel, perturbaţiile se pot clasifica după modul în care interacţionează cu semnalul util. În acest caz putem vorbi de:

perturbaţii de tip aditiv – care se însumează cu semnalul util şi împotriva cărora se poate lupta asigurând un control asupra raportului semnal/zgomot la recepţie prin modificarea puterii semnalului util emis. În această categorie intră majoritatea perturbaţiilor prezentate mai sus, cu excepţia fading-ului şi a unor perturbaţii rezultate în urma unui regim neliniar de funcţionare a receptorului;

perturbaţii de tip multiplicativ – care au o acţiune distructivă asupra semnalului util indiferent de valoarea raportului semnal/zgomot la recepţie. În această categorie intră fading-ul, a cărui acţiune poate fi diminuată folosind recepţia cu diversitate spaţială (antene distanţate), recepţia cu diversitate în frecvenţă (transmiterea aceluiaşi mesaj pe mai multe frecvenţe purtătoare) şi recepţia cu diversitate în timp (retransmiterea aceluiaşi mesaj la momente diferite de timp), precum şi perturbaţiile rezultate în urma unui regim neliniar de funcţionare a receptorului, cu excepţia celor de intermodulaţie. Împotriva acestora se poate lupta numai prin creşterea liniarităţii etajelor receptorului.