Эффект ржавого болта

Ржавый болт в конструкции антенны может создавать радиопомехи, даже если он не находится на прямом электрическом пути.

Эффект ржавого болта — это форма радиопомех, возникающая из-за взаимодействия радиоволн с грязными соединениями или корродированными деталями. Это более правильно известно как пассивная интермодуляция . и может быть результатом множества различных причин, таких как металлы с ферромагнитной проводимостью, или нелинейные СВЧ-поглотители и нагрузки. Корродированные материалы на антеннах, волноводах или даже элементах конструкции могут действовать как один или несколько диодов . ( Наборы кристаллов , первые радиоприемники, использовали полупроводниковые свойства природного галенита для демодуляции радиосигнала, а оксид меди использовался в силовых выпрямителях.) На оцинкованных крепежных элементах и ​​листовой кровле образуется покрытие из оксида цинка, полупроводника, обычно используемого для защиты от переходных напряжений. подавление. Это приводит к нежелательным помехам, включая генерацию гармоник или интермодуляции . Ржавые предметы, которые не должны находиться на пути прохождения сигнала, в том числе антенные конструкции, также могут переизлучать радиосигналы с гармониками и другими нежелательными сигналами. Как и любой другой внеполосный шум, эти побочные излучения могут мешать работе приемников.

Этот эффект может привести к тому, что излучаемые сигналы выходят за пределы желаемого диапазона, даже если сигнал, поступающий в пассивную антенну, тщательно ограничен по полосе.

Математика, связанная с ржавым болтом

Передаточную характеристику объекта можно представить в виде степенного ряда :

$E_{\text{out}}=\sum _{n=1}^{\infty }{K_{n}E_{\text{in}}^{n}}$

Или, взяв только первые несколько терминов (которые наиболее релевантны),

$E_{\text{out}}=K_{1}E_{\text{in}}+K_{2}E_{\text{in}}^{2}+K_{3}E_{\text{in}}^{3}+K_{4}E_{\text{in}}^{4}+K_{5}E_{\text{in}}^{5}+...$

Для идеального совершенного линейного объекта K ₂ , K ₃ , K ₄ , K ₅ и т. д. все равны нулю. Хорошее соединение приближает этот идеальный случай к достаточно малым значениям.

Для «ржавого болта» (или специально разработанного каскада частотного смесителя ) K ₂ , K ₃ , K ₄ , K ₅ и т. д. не все равны нулю. Эти члены более высокого порядка приводят к генерации гармоник.

Следующий анализ применяет представление степенного ряда к входному синусоидальному сигналу.

Гармоническая генерация

Если входящий сигнал представляет собой синусоидальную волну {E _in sin(ωt)} (и принимает только члены первого порядка), то выходные данные можно записать:

${\begin{aligned}E_{\text{out}}&=\sum _{i=1}^{\infty }{K_{i}E_{\text{in}}^{i}\sin(i\omega t)}\\&=K_{1}E_{\text{in}}\sin(\omega t)+K_{2}E_{\text{in}}^{2}\sin(2\omega t)+K_{3}E_{\text{in}}^{3}\sin(3\omega t)+K_{4}E_{\text{in}}^{4}\sin(4\omega t)+K_{5}E_{\text{in}}^{5}\sin(5\omega t)+\cdots \end{aligned}}$

Очевидно, что гармонические составляющие будут хуже при высоких амплитудах входного сигнала, поскольку они экспоненциально возрастают с амплитудой E _в .

Смешивание генерации продукта

Условия второго порядка

Чтобы понять генерацию негармонических членов ( смешение частот ), необходимо использовать более полную формулировку, включая члены более высокого порядка. Эти члены, если они значительны, приводят к интермодуляционным искажениям.

${\begin{aligned}E_{f_{1}+f_{2}}&=kE_{f_{1}}E_{f_{2}}\\E_{f_{1}-f_{2}}&=kE_{f_{1}}E_{f_{2}}\end{aligned}}$

Условия третьего порядка

${\begin{aligned}E_{f_{1}+f_{2}+f_{3}}&=kE_{f_{1}}E_{f_{2}}E_{f_{3}}\\E_{f_{1}-f_{2}+f_{3}}&=kE_{f_{1}}E_{f_{2}}E_{f_{3}}\\E_{f_{1}+f_{2}-f_{3}}&=kE_{f_{1}}E_{f_{2}}E_{f_{3}}\\E_{f_{1}-f_{2}-f_{3}}&=kE_{f_{1}}E_{f_{2}}E_{f_{3}}\end{aligned}}$

Следовательно, продукты смешивания второго, третьего и высшего порядков можно значительно уменьшить за счет снижения интенсивности исходных сигналов (f ₁ , f ₂ , f ₃ , f ₄ , …, f _n ).