NHIỄU Vễ TUYẾN ĐIỆN 2.1 Khỏi niệm chung
Nhiễu là kết quả của một năng lượng khụng mong muốn do một hoặc nhiều bức xạ, phỏt xạ kết hợp với nhau hay cảm ứng trờn đầu vào của một hệ thống thụng tin vụ tuyến, biểu thị bằng việc làm suy giảm hay sai lệch đoạn thụng tin mong muốn do sự xuất hiện của thụng tin khụng mong muốn đú gõy ra.
2.2 Phõn loại nhiễu trong thụng tin vụ tuyến điện
Theo quy định trong thể lệ thụng tin vụ tuyến điện của ITU thỡ nhiễu bao gồm:
- Nhiễu chấp nhận được. - Nhiễu được thừa nhận. - Nhiễu cú hại.
Để đỏnh giỏ mức độ nhiễu sử dụng tham số: Tỷ số tớn hiệu/nhiễu = Carrier/Interference (C/I - tớn hiệu mong muốn/tớn hiệu khụng mong muốn). Giỏ trị này được tớnh bằng decibel, tại đầu vào mỏy thu. Giỏ trị này cũng được sử dụng để đỏnh giỏ chất lượng của tớn hiệu mong muốn.
Đỏnh giỏ nguồn nhiễu: để đưa ra một sự đỏnh giỏ về nguồn nhiễu, cần xem xột cỏc tham số sau đõy:
- Tần số trung tõm của nguồn nhiễu. - Độ rộng tần số súng mang.
- Độ ổn định tần số. - Loại phỏt xạ.
- Mức cụng suất phỏt.
- Mức bức xạ đẳng hướng tương đương lớn nhất. - Cỏc mức bức xạ ngoài băng.
Cỏc tớnh chất của anten bao gồm: độ cao hiệu dụng, hướng của anten, tỷ số súng đứng, gúc phương vị, bỳp súng chớnh.
Vậy nhiễu vụ tuyến cú thể khỏi quỏt theo 4 loại sau đõy: - Đồng kờnh.
- Kờnh liền kề (kờnh lõn cận). - Khử độ nhạy (deensitization).
- Cỏc sản phẩm của nhiễu xuyờn điều chế.
* Những nhiễu vụ tuyến cú thể do một hoặc nhiều nguồn nhiễu gõy ra, trong đú 3 loại đầu được tổng hợp theo cụng thức sau:
I = Pit + Gt+ Gr - FDR (F) (2.1) Pit: Cụng suất của nguồn nhiễu.
Gt: Gain của anten phỏt nguồn nhiễu. Gr: Gain của anten thu.
FRD: hàm loại trừ, phụ thuộc vào F. Trong đú là chờnh lệch giữa tần số nhiễu và tần số mong muốn.
Nhiễu vụ tuyến do nhiều nguồn nhiễu gõy nờn:
Để tớnh toỏn tổng tỏc động của cỏc nguồn nhiễu, chỳng ta cú thể cho cỏc nguồn nhiễu tỏc động lần lượt đến tớn hiệu mong muốn, từ đú tỡm ra cường độ trường Ea cần thiết để mỏy thu nhận được tớn hiệu và khụng bị nhiễu bởi 1 nguồn nhiễu. Sau đú dựng cụng thức tổng hợp cỏc Ea để được cường độ trường cần thiết.
Eu = 10log Sum (exp (0,1Ea)) (2.2) VD: Nghiệp vụ bị nhiễu từ 2 nguồn nhiễu:
- Nhiễu cựng kờnh từ một mỏy phỏt đặt ở xa với cường độ trường ước tớnh bằng 32 dBV/m.
- Nhiễu kờnh kề từ một mỏy phỏt cú kờnh tần khỏc biệt 9 KHz so với tớn hiệu cú ớch với cường độ trường khoảng 48 dBV/m.
Cú thể tớnh toỏn như sau cho cỏc nguồn nhiễu riờng lẻ.
- Nhiễu cựng kờnh tỷ số bảo vệ nhiễu đối với tớn hiệu cựng kờnh là 30dB: Cường độ trường cần thiết để đảm bảo khụng nhiễu trong trường hợp này là: Ea = 30 + 32 = 62 dBV/m.
- Nhiễu kờnh kề:
Tỉ số bảo vệ nhiễu đối với kờnh kề là 9 dB:
Cường độ trường cần thiết để đảm bảo khụng nhiễu trong trường hợp này là: Ea= 9 + 48 = 57 dBV/m.
Cường độ trường cần thiết tại mỏy thu để khụng bị ảnh hưởng từ 2 nguồn nhiễu trờn được tớnh theo cụng thức:
Eu = 10log Sum (exp (0,1Ea)).
Như vậy ta sẽ cú Eu = 63,2 dBV/m.
* Khi cỏc nguồn nhiễu mới xuất hiện chỳng ta sẽ khụng cần phải tớnh lại Eu khi Ea* (cho nguồn nhiễu mới) Eu là 6 dB.
2.3 Phõn loại nhiễu trong nhiệm vụ tỏc chiến điện tử
Căn cứ vào nguồn gốc phỏt sinh chỳng ta cú thể chia nhiễu thành hai loại: nhiễu tiờu cực và nhiễu tớch cực..
2.3.1 Nhiễu tiờu cực
Là nhiễu do phản xạ từ cỏc mục tiờu khụng mong muốn, trong đú cú thể chia thành:
27
- Nhiễu tự nhiờn: là tớn hiệu phản xạ từ địa vật như đồi nỳi, rừng cõy, cỏc vật thể khớ tượng như mõy, mưa.
- Nhiễu nhõn tạo: là tớn hiệu phản xạ từ cỏc vật phản xạ do đối phương tạo ra như chấn tử phản xạ, gúc phản xạ, cỏc mục tiờu giả kộo theo (mồi bẫy kộo theo).
2.3.2 Nhiễu tớch cực
Nhiễu tớch cực là nhiễu được tạo ra bởi cỏc nguồn đặc biệt. Theo nguồn gốc phỏt sinh, nhiễu tớch cực chia thành:
- Nhiễu tự nhiờn: do cỏc vật bức xạ tự nhiờn như mặt trời, tia vũ trụ… - Nhiễu lẫn nhau: do ảnh hưởng qua lại của cỏc thiết bị vụ tuyến điện tử - Nhiễu nhõn tạo: tạo ra bởi cỏc mỏy phỏt nhiễu, cỏc đài gõy nhiễu của đối phương tạo ra
Theo hiệu ứng tỏc động cú thể chia thành:
- Nhiễu tớch cực ngụy trang: là nhiễu gõy khú khăn cho việc lọc, tỏch tớn hiệu trờn nền nhiễu.
- Nhiễu giả tớn hiệu: là nhiễu tạo ra cỏc tớn hiệu giống tớn hiệu thật, gõy khú khăn cho việc phỏt hiện cỏc tớn hiệu cú ớch hoặc làm cho thiết bị bỏm bỏm vào cỏc mục tiờu giả.
Theo độ rộng phổ nhiễu cú thể chia thành:
- Nhiễu ngắm: là nhiễu cú độ rộng phổ tương đương như độ rộng phổ của tớn hiệu phỏt. Trong thực tế độ rộng phổ của nhiễu ngắm fn khụng vượt quỏ 23 lần dải thụng mỏy thu: fn = (23) fMT. Việc sử dụng nhiễu ngắm tương đối khú khăn vỡ phải điều chỉnh tần số của nú trựng với tần số làm việc của đài rađa, đặc biệt khi rađa làm việc ở chế độ nhảy tần nhanh hoặc đài rađa sử dụng tớn hiệu dải rộng. Tuy nhiờn do độ rộng phổ nhỏ cho nờn mật độ phổ của nhiễu ngắm cú thể đạt tới 200W/MHz.
- Nhiễu chặn: là nhiễu cú độ rộng lớn, trong đú bao cả dải tần làm việc của một số phương tiện vụ tuyến cũng như bao toàn bộ dải tần làm việc của rađa cú sử dụng biện phỏp nhảy tần. Thực tế độ rộng phổ của nhiễu chặn lớn hơn hàng trăm lần dải thụng mỏy thu, do đú mật độ phổ nhỏ, năng lượng nhiễu lọt vào mỏy thu khụng lớn, hiệu quả khụng cao.
Mật độ phổ của loại nhiễu này thường khụng vượt quỏ vài chục W/MHz. Tuy nhiờn, do cú độ rộng phổ lớn nờn rađa khú chống hơn nhiễu ngắm.
- Nhiễu trượt: là một dạng kết hợp giữa hai loại nhiễu trờn. Trong trường hợp này nhiễu với phổ tương đối hẹp được dịch chuyển hay “trượt” trong một dải tần xỏc định theo chương trỡnh đó chọn trước. Tuy nhiờn hiệu quả của nhiễu này khụng cao do thời gian gõy nhiễu ở một tần số là ngắn, nếu dải tần “trượt”
lớn thỡ khoảng thời gian mà một tần số khụng bị gõy nhiễu lớn. Mặc dự vậy ngày nay cỏc nước cú nền khoa học cụng nghệ phỏt triển lại chỳ ý sử dụng loại nhiễu này do nhờ cỏc phương tiện trinh sỏt hiện đại cú thể xỏc định được quy luật nhảy tần của rađa đối phương, trờn cơ sở đú xõy dựng cỏc chương trỡnh điều khiển tối ưu để bỏm tần số nhiễu vào tần số làm việc của rađa.
Hỡnh 2.1 Cỏc dạng nhiễu theo độ rộng phổ
a. Tớn hiệu phỏt, b. Nhiễu ngắm, c. Nhiễu trượt, d. Nhiễu chặn Theo thời gian cú thể chia thành:
- Nhiễu liờn tục: là nhiễu cú độ rộng tớn hiệu lớn hơn chu kỳ lặp của đài rađa: n Tl, ở đõy n là độ rộng tớn hiệu nhiễu.
- Nhiễu xung: là nhiễu dạng chuỗi xung với độ rộng tớn hiệu nhỏ hơn chu kỳ lặp của đài rađa n Tl. Thụng thường xung nhiễu giống như cỏc xung vụ tuyến của cỏc đài rađa, tờn lửa… Nhiễu này nhằm mục đớch ngụy trang tớn hiệu cú ớch gõy khú khăn cho việc phỏt hiện điểm dấu mục tiờu trờn màn hỡnh rađa hoặc tạo ta cỏc mục tiờu giả làm cho rađa bỏo động lầm và cỏc hệ thống bỏm làm việc sai. Nú gồm cú cỏc loại sau:
+ Nhiễu xung đồng bộ: FlN FlTH + Nhiễu xung khụng đồng bộ: FlN FlTH N(f ) Bộ tự độn g Àẽ - 1 Ngu ồn +26 V Bộ phậ n nỳt ấn tại bản g điều khiể n từ xa Bộ phậ n nỳt ấn tại bản g điều khiể n tại chỗ Nn(f ) Nn(f ) f 0 f 0 f 1 f 2 f 2 f 1 a b c d
29
+ Nhiễu xung hỗn loạn: tạo ra cỏc xung cú biờn độ, độ rộng, chu kỡ lặp biến đổi ngẫu nhiờn. Thụng thường chỉ cú độ rộng và chu kỡ lặp biến đổi ngẫu nhiờn cũn biờn độ thường khụng đổi.
2.3.3 Cỏc đặc trưng cơ bản của nhiễu tạp ngụy trang
- Độ rộng và dạng phổ năng lượng của nhiễu: Khi tạo nhiễu người ta cố gắng đảm bảo cho mật độ phổ cụng suất đồng đều trờn toàn dải tần cần gõy nhiễu sao cho nhiễu gần giống với tạp nội bộ của mỏy thu, trờn thực tế phổ nhiễu ngắm cú dạng gần giống phõn bố chuẩn, nhiễu chặn cú dạng phổ khỏc nhiều so với phõn bố chuẩn và phõn bố đều, việc tạo nhiễu ở dải rộng thỡ khú thực hiện được phõn bố đều.
- Mật độ phổ tương đương: Nn được xỏc định bằng biểu thức: Nn = Pn.Gn
fn
(2.3) Trong đú:
Pn: là cụng suất trung bỡnh của mỏy phỏt nhiễu
Gn: là hệ số khuếch đại của anten phỏt đài gõy nhiễu fn: độ rộng phổ nhiễu
Nn: đặc trưng cho mật độ năng lượng nhiễu phỏt ra theo cỏnh súng chớnh anten đài gõy nhiễu.
- Hệ số chất lượng nhiễu: Cỏc loại nhiễu khỏc nhau gõy ảnh hưởng khỏc nhau tới mỏy thu ngay cả khi chỳng cú cựng cụng suất. Trong cỏc loại nhiễu tạp thỡ tạp trắng cú cấu trỳc gần giống tạp õm mỏy thu hơn cả và do đú cú tớnh nguỵ trang cao hơn. Để đặc trưng cho tớnh nguỵ trang của nhiễu tạp núi chung, người ta dựng hệ số chất lượng nhiễu:
PTT
Pn = 1 (2.4) Trong đú:
PTT: cụng suất nhiễu tạp trắng Pn: cụng suất nhiễu tạp thường
Hệ số chất lượng nhiễu cho biết cần phải tăng cụng suất mỏy phỏt nhiễu Pn lờn bao nhiờu lần so với cụng suất nhiễu tạp trắng PTT để cú được hiệu quả ngụy trang như nhau.
- Hệ số trựng phõn cực: Thụng thường phõn cực của nhiễu khỏc với phõn cực của tớn hiệu và do đú nú khỏc với phõn cực của anten thu, để tớnh sự khỏc nhau đú người ta dựng hệ số trựng phõn cực n , đối với tất cả cỏc loại nhiễu ta cú:
0 γn 1 ( 2.5) γn =0 : khi phõn cực của nhiễu và tớn hiệu trực giao nhau
γn =1: khi phõn cực của nhiễu và tớn hiệu trựng nhau
- Quy luật phõn bố của nhiễu tạp ngẫu nhiờn: Nếu nhiễu tạo ra bằng cỏch khuếch đại tạp õm thăng giỏng của cỏc dụng cụ điện tử thỡ nú sẽ cú phõn bố chuẩn, trong trường hợp nếu nú được hạn chế và điều chế thỡ nú sẽ cú phõn bố khỏc với phõn bố chuẩn. Đặc trưng cho sự biến dạng phõn bố của nhiễu so với phõn bố chuẩn bởi hệ số đỉnh:
Pd = UUnMax
nHd (2.6) Trong đú:
UnMax: giỏ trị điện ỏp nhiễu tạp cực đại
UnHd = U2n(t) : giỏ trị trung bỡnh bỡnh phương điện ỏp nhiễu tạp Khi Pd = 2,5 - 3 thỡ xem như nhiễu cú phõn bố chuẩn.
2.3.4 Phương phỏp hỡnh thành một số dạng nhiễu
2.3.4.1 Nhiễu cú cấu trỳc theo quy luật
Nhiễu khụng điều chế: Là cỏc dao động hỡnh sin được biểu diễn dưới dạng: Un (t) = Um . sinωt (2.7)
Hỡnh 2.2. Dạng tớn hiệu và phổ nhiễu khụng điều chế
Phổ năng lượng tập trung hoàn toàn vào tần số mang nờn loại nhiễu này ớt được sử dụng.
- Nhiễu điều biờn: Là cỏc dao động hỡnh sin cú biờn bộ biến đổi theo dao động điều hoà khỏc:
Un (t) = Um .[1+ m.cos(Ωt + φ(t)].cosωtΩ (2.8) Với m là hệ số điều chế
Hỡnh 2.3. Dạng tớn hiệu và phổ nhiễu điều biờn
t um u(t) f ) f ( G f t 0 u(t) f ) (f G f0 f0-fdc f0+fdc
31
Phổ của nhiễu điều biờn khụng chỉ tập trung ở thành phần tần số mang f mà cũn tập trung ở 2 dải bờn f fdc, cụng suất 2 thành phần biờn phụ thuộc vào hệ số điều chế m. Nhiễu này cũng ớt được sử dụng trong thực tế
- Nhiễu điều tần: Là cỏc dao động cú tần số biến đổi theo quy luật nhất định: Un(t) = Um.cos(ωt + φ(t)) (2.9) Dạng phổ của nhiễu điều tần phụ thuộc vào độ sõu điều chế, nếu hệ số điều chế lớn hơn 1 thỡ phổ của nú rộng hơn so với nhiễu điều biờn.
2.3.4.2 Nhiễu cú cấu trỳc khụng theo quy luật
- Nhiễu tạp trực tiếp: Loại nhiễu này được tạo ra bằng cỏch khuếch đại tạp õm thăng giỏng của cỏc dụng cụ điện tử trong một dải tần nào đú. Sơ đồ khối của mỏy tạo nhiễu tạp trực tiếp trờn Hỡnh 2.4.
Để tạo nhiễu tạp trực tiếp người ta hay dựng cỏc Manhờtron đặc biệt được gọi là Barơtron, làm việc ở chế độ phỏt tạp, độ rộng phổ tạp õm thăng giỏng của nú đạt tới vài chục MHz.
Hỡnh 2.4 Sơ đồ tạo nhiễu tạp trực tiếp
Độ rộng và hỡnh dạng phổ của nhiễu tạp trực tiếp phụ thuộc vào đặc tuyến biờn độ tần số của bộ lọc và bộ khuếch đại cụng suất.
Hệ số chất lượng của nhiễu tạp trực tiếp phụ thuộc vào loại nguồn tạp õm, đặc tuyến biờn độ tần số của bộ lọc và bộ khuếch đại cụng suất, thụng thường nú nằm trong khoảng 0.8 – 1.
- Nhiễu tạp điều biờn: Nhiễu tạp điều biờn là dao động cao tần được điều chế bằng tạp õm theo biờn độ, sơ đồ khối mỏy phỏt nhiễu tạp điều biờn trờn Hỡnh 2.5. Tớn hiệu ở đầu ra cú dạng: f Nguồn tạp Lọc dải Khuếch đại cụng suất f Dải thụng bộ lọc Phổ tạp õm Phổ nhiễu tạp đầu ra
Un(t) = U0 + SA . UT(t).cos(2πf0 + φ0 ) (2.10) Trong đú:
U0 : biờn độ dao động cao tần khi chưa điều chế UT(t) : biờn độ tạp õm
SA : độ sõu điều chế
Hỡnh 2.5 Sơ đồ tạo nhiễu tạp điều biờn
Phổ năng lượng của nhiễu tạp điều biờn gồm một vạch phổ tại tần số mang và hai dải bờn, dạng đường bao phổ hai dải bờn giống như dạng đường bao phổ của tạp õm thị tần dựng để điều chế. Như vậy phổ của nhiễu tạp điều biờn rộng gấp hai lần phổ của tạp õm dựng để điều chế.
Cụng suất trung bỡnh của nhiễu tạp điều biờn:
PTB = P0 + PB = (1+ mDB2 ). P0 (2.11) Trong đú: P0 :là cụng suất thành phần phổ tần số mang PB : cụng suất tổng cộng của cỏc thành phần phổ bờn mDB = SAU.UHD 0 (2.12)
mDB: là hệ số điều biờn hiệu dụng
UHD: là giỏ trị hiệu dụng của điện ỏp tạp õm điều chế
Cụng suất hữu ớch của nhiễu tạp điều biờn chớnh là cụng suất của cỏc thành phần phổ biờn vỡ thành phần phổ súng mang cú thể dễ dàng bị loại trừ trong cỏc mỏy thu của đối phương. Như vậy tớnh nguỵ trang của nhiễu tạp điều biờn càng cao
Nguồn tạp Khuếch đại Hạn chế Bộ dao động cao tần f f N1(f) N2(f) f0
33
nếu tăng cụng suất cỏc thành phần phổ biờn tức là cần tăng hệ số điều biờn hiệu dụng mDB.
Ta xột cụ thể khả năng tăng hệ số điều biờn hiệu dụng mDB . Để khụng xảy ra hiện tượng điều chế quỏ mức thỡ:
SA. UTapMax ≤ U0 Do đú: mDB = SA.UHD U0 ≤ SA. UHD SA.UTapmax= UUTapmaxHD = 1 Pd (2.13) Trong đú: Pd là hệ số đỉnh của tạp điều chế.
Vậy để tăng mDB cần hạn chế hệ số đỉnh Pd . Cú thể giảm Pd nếu thực hiện hạn chế trờn trờn tạp õm theo biờn độ.
Thực nghiệm đó chứng minh nếu khụng cú hạn chế thỡ: Pd ≈ 3, mDB ≈ 0.3 , PB ≈ 0.1 P0
Cũn nếu cú hạn chế thỡ:
Pd ≈ 1.2, mDB ≈ 0.8 , PB ≈ 0.64P0
Tức là việc hạn chế trờn tạp õm làm tăng PB lờn rừ rệt, hiệu quả gõy nhiễu tăng, tuy nhiờn cần chỳ ý rằng việc hạn chế trờn tạp õm (giảm Pd ) cũng làm giảm tớnh ngẫu nhiờn của nhiễu lỳc đú hệ số chất lượng nhiễu cũng giảm. Hệ số chất lượng của nhiễu tạp điều biờn vào khoảng 0,5-0,6.
- Nhiễu tạp điều tần: Nhiễu tạp điều tần là dao động cao tần được điều chế theo tần số bằng tạp õm thăng giỏng, giỏ trị tức thời của nhiễu tạp điều tần cú thể được xỏc định bằng biểu thức:
Un (t) = U0.cos 2π(f0 + Δf(t)).t (2.14) Trong đú:
Δf(t): hàm thời gian ngẫu nhiờn phụ thuộc vào điện ỏp tạp õm điều chế UT(t) . Nếu đặc tuyến điều chế của bộ dao động cao tần là tuyến tớnh thỡ: Δƒ(t) = Sƒ . UT(t)
Sƒ : là độ dốc của đặc tuyến điều chế
Độ rộng và dạng phổ của nhiễu tạp điều tần hoàn toàn phụ thuộc cỏc yếu tố