Mérési útmutató Rádiórendszerek (NGB_TA049_1) laboratóriumi gyakorlathoz
FM vevő mérése
Készítette: Guti András BSc hallgató Konzulens: Vári Péter
Győr, 2010-09-30
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(Pn) értékű lesz. Sávszélesség: Az a frekvenciaérték, amely ponton az átviteli karakterisztika 3dB-t csökken a referencia
1
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:
fKF = f0 - fRF
f0 > fRF 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: fKF = ± p f0 ± q fRF 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
ezzel: fvételiRF = ( ± p f0 ± fKF ) / q
és ha p=1, q=1, és csak a pozitiv frekvenciatengelyen vizsgálódunk:
fvételiRF1= f0 - fKF
és
fvételiRF2= f0 + fKF
amelyek közül az:
fvételiRF1 = f0 - fKF a kívánt vételi frekvencia és
fvételiRF2= f0 + fKF a hamis vételi frekvencia, és mivel a lokáloszcillátor frekvenciára 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: fvételiRF = (± p f0 ± fKF ) / q = (± 0 f0 ± fKF ) / 1 = ± fKF Amplitúdómoduláció- elnyomás arány: 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
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 = Uki(FM) / Uki (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: RD = Uki(FM) / Uki (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:
aafz = URF(30)/ URF(1)
Limitálási küszöbszint: Az a rádiófrekvenciás jelszint a készülék nagyfrekvenciás bemenetén, amelynél a 4
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
-
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.
1. 26 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(Uki1) 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 Uki2 kimenő feszültséget eredményez, amelynek hatására 26 dB jel/zaj viszony keletkezik! SNR= 20 log Uki1/Uki2
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 Pki1 teljesítményt (ezt a kimenő a Psophometer 1 kohmos bemenő ellenállásán értjük)! A frekvencialöket 25 kHz.
6
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
Uki [V]
2 1,5 1 0,5 0 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
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
18 16
Uki [mV]
14 12 10 8 6 4 2 0 130
230
330
430
530
630
730
830
930 1030 1130 1230
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 = Uki(FM) / Uki (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
