Mérési útmutató Rádiórendszerek (NGB_TA049_1) laboratóriumi gyakorlathoz FM vevő mérése

Átírás

1 Mérési útmutató Rádiórendszerek (NGB_TA049_1) laboratóriumi gyakorlathoz FM vevő mérése Készítette: Guti András BSc hallgató Konzulens: Vári Péter Győr,

2 FM rádió vevőkészülék mérése 1. Elméleti bevezető: AZ FM RÁDIÓMŰSOR VEVŐKÉSZÜLÉKEK JELLEMZŐI: Vevőkészülék érzékenysége: Olyan RF feszültségérték, amit az antennakapcsokra adva teljesül egy meghatározott formájú kimeneti szint követelmény. A kimeneti szintet kétféle módon szokták megkövetelni. Az egyik, amikor a demodulált jel amplitúdója egy meghatározott értékű, az ehhez tartozó bemeneti szint a jelhatárolt érzékenység. A másik, amikor a demodulált jel jel-zaj viszonyát adják meg, az ehhez tartozó bemeneti jelszint a zajhatárolt érzékenység. A bemenő vizsgálójel olyan nagyfrekvenciás jel amit 1kHz frekvenciájú modulálójellel 30 % löketkivezérlésre modulálnak ki. Jelhatárolt érzékenység: Annak a bemenő rádiófrekvenciás jelnek az effektív értéke, ami 50 mw kimeneti teljesítményt eredményez a hangszórókon a maximális hangerő és kiemelt hangszín állásban.(a jelhatárolt érzékenység megállapításakor a kimenő jel zajosságát - szélsőséges esetektől eltekintve - nem vesszük figyelembe.). Megadható a maximális kimenő teljesítménynél 10 db-lel kisebb teljesítményhez tartozó bemenő feszültség effektív értékével is. Zajhatárolt érzékenység: Annak a bemenő rádiófrekvenciás jelnek az effektív értéke, amelyik a demodulálás után a készülék HF kimenetén, a hangszórón S/N = 26 db jel-zaj viszonyt eredményez. Határérzékenység: Annak a bemenő rádiófrekvenciás jelnek az effektív értéke, amelynél a készülék kimeneti jelteljesítménye egyenlő a kimenő zajteljesítménnyel. Löketérzékenység: Annak a frekvencialöketnek az értéke, amelynél a kimenő teljesítmény -10 db(p n ) értékű lesz. Sávszélesség: Az a frekvenciaérték, amely ponton az átviteli karakterisztika 3dB-t csökken a referencia 1

3 ponton mutatott értékhez képest. A készülék sávszélessége meghatározó szerepet tölt be a szelektivitás és a teljes átviteli görbe kialakításában. Szelektivitás: A készülék csatorna szétválasztó képessége. Azzal jellemezhetjük, hogy mekkora különbséget képes tenni azonos nagyságú, venni kívánt és idegen jelek között. A legegyszerűbben azoknak a bemenő jeleknek a viszonyával adható meg, amelyek azonos szintű (teljesítményű) demodulált kimenő jelet eredményeznek a demodulátor (vagy a hangerősítő) kimenetén. Kétféle módon járhatunk el. Az egyszerűbb, hogy egyszerre csak egy jelet adunk a bemenetre: tehát előbb a hasznos, majd a zavaró jelet, akkora szinten, hogy azonos értékű legyen a demodulált kimenő jelszint. A két bemenő jel viszonya adja a szelektivitást (gyakorlatban dbben fejezzük ki). Mérhető a szelektivitás az üzemszerű állapotot jobban leutánzó módon is: úgy, hogy a hasznos és a zavaró jelet egyszerre adjuk a készülékre. Közelszelektivitás: A leggyakoribb a venni kívánt adó közvetlen szomszédainak zavaró hatása. Az alsó és a felső szomszéd-csatornás zavar elnyomását jellemző viszonyszámok számtani közepét közelszelektivitásnak nevezzük. FM vevőkészülék esetén a ± 300 khz-re lévő zavaró adókat nevezzük szomszédcsatornás adóknak. Távolszelektivitás: A készülék mutathat vételkészséget a vételi sávjától távolabbi adókra is. Ezeket a vételi frekvenciákat hamis vételi helyeknek nevezzük. A hamis vételi helyek a szuperheterodin vételi megoldásból adódnak, de a távoli, zavart okozó adók frekvenciái előre kiszámíthatók. Az additív keverő fokozat - a venni kívánt adó jelén kívül - még több más adó jelével is képes létrehozni a középfrekvenciával megegyező frekvenciájú jelet. Elméletileg a középfrekvenciás jel felső keverés esetén: f KF = f 0 - f RF f 0 > f RF azaz felső keverést alkalmazunk A valóságban azonban a bemenő fokozat túlvezérlése, vagy a lokáloszcillátor nem megfelelő kialakitása azt eredményezheti, hogy előállnak a felharmónikusaik is, amelyek a keverőre jutnak igy a keverő kimenetén megjelenhet középfrekvenciás jel ezen harmónikusokból is. Additiv keverés esetén általános esetben: f KF = ± p f 0 ± q f RF ahol: p és q = 0, 1, 2,...n természetes egész számok lehetnek, ezek a felharmónikusok rendszámai, a ± előjel pedig azt jelenti, hogy a negativ frekvenciatengelyt is figyelembe vesszük. 2

4 ezzel: f vételirf = ( ± p f 0 ± f KF ) / q és ha p=1, q=1, és csak a pozitiv frekvenciatengelyen vizsgálódunk: amelyek közül az: f vételirf1= f 0 - f KF és f vételirf2= f 0 + f KF f vételirf1 = f 0 - f KF a kívánt vételi frekvencia és frekvenciára f vételirf2= f 0 + f KF a hamis vételi frekvencia, és mivel a lokáloszcillátor tükörszimmetrikus tükörfrekvenciának nevezik: A tükörfrekvencián mutatott zavarelnyomás a tükörfrekvenciás zavararány, vagy tükörszelektivitás. Definíció szerint a tükörfrekvencián betáplált nagyfrekvenciás jel bemenő szintjének és a vevőkészülék működési frekvenciájú bemenő szintjének db-ben kifejezett hányadosa, azonos kimenő teljesítmények esetén. Középfrekvenciás zavarérzékenység: A középfrekvenciás zavaró jelek elleni védettség mértéke. A vevőkészülékekben az erősítés döntő hányada a középfrekvencián történik, így az antennáról továbbjutó középfrekvenciás idegen jeleket a készülék ráhangoltan erősíti. Középfrekvenciás idegen jelek valamilyen, a közelben dolgozó idegen vevőkészülékről kerülhetnek az antennakapcsokra. Arra, hogy a középfrekvencián is bejuthatnak zavarok a készülékbe, utal az az eset, amikor a hamis vételi helyeket megadó összefüggésben a p = 0 és a q = 1: Amplitúdómoduláció- elnyomás arány: f vételirf = (± p f 0 ± f KF ) / q = (± 0 f 0 ± f KF ) / 1 = ± f KF Az AM elnyomási arány az FM vevőkészülékek jellemző számértéke: azt mutatja meg, hogy milyen mértékben nyomja el a vevő a bemeneti kapcsaira adott frekvenciamodulált nagyfrekvenciás jel amplitúdómodulációs összetevőit. Az FM vevő demodulátor utáni kimenő jelszintje egyrészt függ a frekvenciaváltozástól, másrészt a demodulátorra jutó RF jel 3

5 szintjétől. Ezért az FM demodulátort megelőzően mindig limitert kell alkalmazni. Amennyiben a limitálási küszöbszint alatt dolgozunk a limiter nem jó hatásfokú, nem távolítja el az amplitúdómodulációs tartamot, így az FM jel amplitúdómodulációs összetevője is megjelenik a kimenő jelben. A vevőkészülékek AM elnyomási tulajdonságát két módszerrel is vizsgálhatjuk. A statikus AM elnyomási arány mérésekor előbb csak amplitúdómodulált, majd tisztán frekvencia-modulált jelet vezetünk a bemenetre és a kapott HF demodulált jelekből arányszámot képezünk: Rs = U ki(fm) / U ki (AM) A valóságban a két moduláció együtt van jelen ezért a dinamikus AM elnyomási arány mérési módszere a tényleges állapotot modellezi. Egy RF vivőt egyidejűleg modulálunk AM-ben és FM-ben. Hogy a két hatást meg tudjuk különböztetni más értékű moduláló frekvenciát alkalmazunk, amelyeket a kimeneten szűrőkkel választunk szét. Az arányszámot az alábbi összefüggés adja: R D = U ki(fm) / U ki (AM) Azonosfrekvenciás zavararány: Azt mutatja meg, hogy a vevő milyen mértékben nyomja el a bemeneti kapcsaira adott zavaró jel modulációját az egyidejűleg ugyanezen kapcsokra adott azonos frekvenciájú hasznos jel szintjétől függő mértékben. Az FM vevőkészülékekben a növekvő hasznos RF bemenő jel a demodulátor előtti limitálás hatására elnyomja a zajt és az idegen adók jeleit. Ha tehát a vevő bemenetére két azonos frekvenciájú RF jelet adunk, akkor a fentiek értelmében mondhatjuk, hogy bizonyos szintkülönbség után elnyomja az egyik jel a másikat. A mérés során két generátorból azonos frekvencián adunk jelet a készülék RF bemenetére. Az egyik generátor közepes szintű FM jelet szolgáltat, amelyet a mérés során nem változtatunk. A másik generátor modulálatlan RF jelet ad, amelynek szintjét 0-ról folyamatosan növeljük. Ennek hatására a demodulált kimenő jel szintje csökkenni fog. Az azonos frekvenciás zavararány a HF jel 1 db-es és 30 db-es csökkenéséhez tartozó modulálatlan RF jelszintekből számitható: a afz = U RF(30 )/ U RF(1) Limitálási küszöbszint: Az a rádiófrekvenciás jelszint a készülék nagyfrekvenciás bemenetén, amelynél a 4

6 hangfrekvenciás kimeneten modulálatlan vivő mellett mért zajszint állandósult értéket vesz fel. (Tehát az a moduláció nélküli bemeneti jelszint, amelynél már nem változik a kimeneten zaj szintje.) AGC küszöbszint: Az a rádiófrekvenciás jelszint a készülék nagyfrekvenciás bemenetén amelynél a hangfrekvenciás kimeneten az előirt moduláció mellett mért jelszint állandósult értéket vesz fel. (Tehát az jelszint a bemeneten, amelynél a kimeneti jelszint nem változik.) 2. Mérés célja: FM rádióműsor-vevőkészülék rendszertechnikai jellemzőinek meghatározása. A vizsgálatokat a VIDEOTON 7300S tipusú PLL hangolású szintézeres vevőtunerén végezzük el. A méréshez olyan frekvenciára kell hangolni a vevőkészüléket, amelyen nem található semmilyen zavaró adó. Ezt a beállítást egyrészt a készülékbe csatlakoztatott fejhallgatóval,illetve psophométerrel lehet ellenőrizni. A mérések során beállítandó frekvencialöket kivezérlés a beállított működési sávban használatos maximális löket (50 khz, 75 khz) 30 %-a! A beállítási adatok meghatározásához azt kell figyelembe kell venni, hogy a tuner HF kimenő jelének a 2 V-os szabályozott kimeneten, vagy a szabályozatlan kimeneten egy 30 db erősitésü HF teljesítményerősítő 4 ohmos terhelésén 5 W szinuszos teljesítményt kell létrehoznia. 3. Mérési összeállítás: A mérések során felhasználandó eszközök: - Csővoltmérő (Psophometer Elektronika Budapest) 5

7 - Jelgenerátor (HP 8647A) - Vevőtuner (Videoton RT7300S) - 50/75 ohmos, 20 db csillapítású illesztő - Fejhallgató 4. Mérési feladatok Csővoltmérő kalibrálása A csővoltmérő kalibrálásának folyamatát a mérésvezető ismerteti db jel/zaj viszony (zajhatárolt érzékenység) beállítása a vevő kimenetén a) 100 uv nagyságú jelet állítson be, 75 khz lökettel, 400 Hz-es moduláló jellel a jelgenerátoron, majd mérje meg a kimenő jel értékét(u ki1 ) a csővoltmérő segítségével! (Ne feledkezzen meg arról, hogy az illesztő miatt a vevőtuner bemenetére 20 db-lel kisebb szintű feszültség esik!) b) Kapcsolja ki a modulációt, majd egy olyan feszültségértéket állítson be a generátoron, amely egy olyan U ki2 kimenő feszültséget eredményez, amelynek hatására 26 db jel/zaj viszony keletkezik! SNR= 20 log U ki1 /U ki2 2. Jelhatárolt érzékenység mérése Annak a bemenő RF jelnek az effektív értékét keressük, amely a vevőkészülék HF kimenetén mért maximimális feszültséghez (esetünkben 2 V) tartozó teljestíménynél 10 db-lel kisebb teljesítményt eredményez. Ügyeljen arra, hogy a tuner pontosan a generátor frekvenciájára legyen hangolva! a) Számítsa ki a 2 V-hoz tartozó P ki1 teljesítményt (ezt a kimenő a Psophometer 1 kohmos bemenő ellenállásán értjük)! A frekvencialöket 25 khz. 6

8 b) Változtassa a generátoron a kimenő jel értékét, egészen addig, amíg a csővoltmérőn az a) pontban kiszámított értéket nem látja. Ekkor a generátor kijelzőjéről leolvasható feszültségérték effektív értéke adja a jelhatárolt érzékenységet. 3. AGC küszöbszint mérése és karakterisztikájának ábrázolása a) A generátoron 1uV-os jelet állítson be (ebből a vevő bemenetére 0,1uV jut), mérje a kimenő feszültség nagyságát! 1 uv-onként növelje a jel amplitúdóját és mérje a kimenő jelet, egészen addig, amíg már nem változik a mért kimenő érték! A frekvencialöket 75 khz, 400 Hz a moduláló frekvencia. b) A mért értékeket foglalja táblázatba, a karakterisztikát pedig milliméterpapíron (esetleg Office-grafikonon) ábrázolja! 2,5 2 Uki [V] 1,5 1 0, Ube [uv] 4. Limitálási küszöbszint mérése és karakterisztikájának ábrázolása Moduláció nélküli állapotban megkeressük azt a feszültségszintet, amely felett már nem változik a zaj szintje. a) Kapcsolja ki a modulációt, majd állítson be a generátoron 130 uv-os jelet és mérje a kimenő feszültség nagyságát! 10 uv-onként növelje a jel amplitúdóját és mérje a kimenet lévő zaj nagyságát, egészen addig, amíg már nem változik a mért kimenő érték! b) A mért értékeket foglalja táblázatba, a karakterisztikát pedig milliméterpapíron (esetleg Office-grafikonon) ábrázolja! 7

9 Uki [mv] Ube [uv] 5. Statikus AM elnyomási arány mérése Előbb csak amplitúdómodulált, majd tisztán frekvencia-modulált jelet vezetünk a bemenetre és a kapott HF demodulált jelekből arányszámot képezünk. a) A limitálási küszöbszintnek megfelelő feszültséget, majd 1kHz-el 30%-ban kimodulált AM jelet állítson be a generátoron, majd mérje a kimenő jelszint értékét! b) Adjon 25kHz löketű 1kHz-el modulált FM jelet, majd mérje a kimenő feszültség értékét! c) A két értékből képezzen arányszámot! Rs = U ki(fm) / U ki (AM) 6. Löketérzékenység mérése 90 MHz, 75 khz löket, 400 Hz moduláló jel, 100 uv amplitúdó a mérőjelünk jellemzői, és keresse meg azt a frekvencialöketet, amelynél -10 dbw értéket kap. 75 khz és a -10dBW-ra beállított löket különbsége a löketérzékenység. (Ezt a kimenő teljesítményt a Psophometer 100 kohmos bemenő ellenállásán értjük.) Készítsen jegyzőkönyvet, értékelje a mérést! 8