A szerkesztő bizottság elnöke: H O R V Á T H I M R E Szerkesztő: A N G Y A L LÁSZLÓ SZERKESZTŐ BIZOTTSÁG BHG
ORION
TERTA
Laczkó Endre Bernhardt Richárd Dr. Eisler Péter Dr. Gosztony Géza Honti Ottó Klug Miklós Tölgyesi László
Jakubik Béla Csemoch János Froemel Károly Sass Károly Szabó Károly Szász Gerő
Bánsághi Pál Baján Tibor Benedek Elek Halmi Gábor Hutter Mihály
BHG ORION TERTA
MŰSZAKI KÖZLEMÉNYEK XXVIII.
1982
évfolyam
Külső zajok és hatásuk a 400 MHz-es sávban működő digitális rádiórelékre
4.
HORVÁTH
szám
JÓZSEF ORION
1. Bevezetés
2.1 Természetes forrásból származó külső zajok
A 400 MHz-es frekvenciasávban gazdaságos hír közlés h o z h a t ó létre rádiórelékkel. Természetesen a felépített rendszerekre szigorú, nemzetközi aján lásokban rögzített átviteli és megbízhatósági k ö vetelmények vonatkoznak. A felhasználó szem szögéből nézve a minőségi követelmények teljesí tésén kívül rendkívül fontos tényező az átviteli rendszer rendelkezésre állása. Egy mikrohullámú távközlési rendszer rendelkezésre állását számos t é nyező befolyásolja. Á l t a l á b a n k é t tényezőt tartanak igen jelentősnek: a rendszer terjedési megbízható ságát és a rendszer berendezés megbízhatóságát. Természetesen az is ismeretes, hogy egy rádiórelé vonal kieshet az üzemből tápfeszültség k i m a r a d á s a miatt, természeti csapás m i a t t (tűz, árvíz, földrengés), sőt emberi okok m i a t t (pl. a t a k a r í t ó személyzet véletlenül lekapcsol vagy megrongál valamit) is. A rendszer terjedési megbízhatóságánál a kiesést ál t a l á b a n a jelentkező mélyfading vagy a külső zaj forrásoktól származó interferencia okozza. A z anten n á r a h a t ó nem k í v á n a t o s energia a hasznos informá ció minőségromlását vagy elvesztését okozhatja. A korszerű digitális rádiórelé berendezések és össze köttetések tervezéséhez ma m á r nem h a g y h a t ó f i gyelmen kívül a külső zajok h a t á s a . A zajforrások közül feltűnően jelentékeny a r o b b a n ó motorok gyúj tórendszerétől származó zaj. E z é r t a t á r g y a l á s során elsősorban a gyújtástól eredő zaj jellemzői, terjedése és a digitális rádiórelékre gyakorolt h a t á s a kap bő vebb megvilágítást.
Természetes forrásúnak tekintjük mindazokat a külső zajokat, amelyek emberi beavatkozás nélkül kelet keznek és m ű k ö d n e k . A természetes forrásból szár mazó külső zajok keletkezési h e l y ü k e t illetően t o v á b b csoportosíthatók.
2. A külső zajok felosztása, jellemzőik A külső zajokat keletkezési helyük és származásuk jellege alapján az 1. ábrán ábrázoltak szerint oszt hatjuk fel. Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
2.1.1 Földön túli természetes forrásból származó zajok
külső
— A Galaktika sík zaja. A Galaxis középpontjától a Galaktika síkba k i sugárzódó zaj. A zajszint i t t á l t a l á b a n 20 dB-lel nagyobb, mint a Galaktika egyéb részein. A 10 M H z en m é r t térerősség 0,9 jxV/m. A frekvencia növekedé sével a térerősség csaknem lineárisan csökken, pél dául 80 MHz-től 10 000 MHz-ig 50 dB-es csökkenés t a p a s z t a l h a t ó . 160 M H z felett a rádiórelé rendszerek re gyakorolt h a t á s a elhanyagolható. — A nyugodt Nap zaja. 2 GHz alatt jóval alacsonyabb, mint a Galaktika sík zaja és a frekvencia növekedésével i t t is állandóan csökken a szintje.
Külső zöjok Mesterséges f o r rásból származó külső zajok
Természetes for rásból s z á r m a z ó külső zajok
X
Földön íttrr t e r m é szetes forrásból . származó külső zojok
Földi t e r m é s z e t e s , f o r r á s b ó l származó külső zajok B 230-1
1. ábra. A külső zajok felosztása 169
— A Nap zaja kitörés idején. Napkitöréskor a zajszintben közel 30 dB-es ugrás t a p a s z t a l h a t ó . A z a k t í v Nap zaja 80 M H z és 1 GHz k ö z ö t t k b . 10 dB-lel nagyobb, mint a Galaktika sík zaja. — A Cassiopeia zaja. Egyike a nagy intenzitású kozmikus zajforrásoknak. 60 M H z felett jóval alacsonyabb szintű, mint a nyu godt Nap zaja. 2.1.2 Földi
természetes
zajforrásból
származó
zajok
— A z atmoszféra zaja. A légkörben lejátszódó elektromos kisülés (villám lás) hozza létre. E z é r t a zajszint függ a vizsgált frek venciától, napszaktól, évszaktól, időjárástól, föld rajzi elhelyezkedéstől. A z esős évszakban, a Karib tenger térségében, Kelet I n d i á b a n , az egyenlítői Afrikában, É s z a k I n d i á b a n különösen magas a zaj szint. Szerencsére 20 M H z felett rohamosan csökken a zaj térerőssége, amely 10 MHz-en l f / V / m értékű. — Csapadékzaj. A levegőben levő, nagy sebességgel mozgó eső cseppek, jégszemek, hópelyhek, homokszemek (si vatag) az a n t e n n á h o z ü t k ö z v e elvesztik a súrlódás k ö v e t k e z t é b e n nyert töltésüket. Az apró kisülések az a n t e n n á n zajfeszültséget hoznak létre. A z antenna nagyfeszültségre t ö l t ő d h e t fel és megindul a korona kisülés, amely jelentékeny zavaró energiát szolgáltat. Természetesen az antenna közelében levő m á s fém t á r g y a k is feltöltődhetnek és kisülhetnek, kellemet len interferenciát okozva. A keletkezett zaj-térerő azonban 10 M H z felett rohamosan csökken. 2.2 Mesterséges forrásból származó külső zajok A z emberi tevékenység e r e d m é n y e k é n t számos olyan elektromos készülék üzemel, amely zavaró elektro mágneses h u l l á m o t bocsát k i . A rádiókészülékek á l t a l á b a n keskenysávú, míg az egyéb villamos beren dezések szélessávú zajt termelnek. A t o v á b b i a k b a n csak a szélessávú zavarokkal foglalkozunk. A széles sávú zavarokat ember okozta zajnak vagy ipari zajoknak is nevezik. A mérővevőben hallható hang alapján a következők szerint csoportosíthatók. 2.2.1 A mérővevőben zúgó vagy sivító hangot zajok (gyakran sercegő hang kiséri) Á l t a l á b a n a következő készülékek okozzák: — — — — — — — — — — 170
Összeadó gépek Hajszárítók F o d r á s z nyírógépek Pénztárgépek Fogászati berendezések Edénymosók Dagasztógépek Gravírozógépek Elektromos szárítók Ventillátorok
keltő
— — — — — — — — — — — — — — —
Elektromos hűtőszekrények Elektromos varrógépek Liftek Mezőgazdasági világítási hálózat T á b o r i induktoros telefonok Padlókefélők Áramfejlesztők Légnedvesítők Áramátalakítók H o r d o z h a t ó villanyfúrók Nyomdagépek Elektromos j á t é k vonatok Porszívók Elektromos őrlőkészülékek Mosógépek
2.2.2 A mérővevőben kerepelő, kattogó hangot keltő zajok
zümmögő
és gyorsan
Á l t a l á b a n a következő készülékek okozzák: — — — — — —
Gépjárművek elektromos gyújtórendszere Zümmerek és elektromos csengők Fogorvosi készülékek Tárcsás telefonok L i f t vezérlő rendszerek Áramszaggatós egyenirányítók
2.2.3 A mérővevőben erősen zümmögő változó hangot keltő zajok
vagy hirtelen
Á l t a l á b a n a következő készülékek idézik elő: — — — — — — — —
Légtisztítók Akkumulátortöltők Diathermiás készülékek T e r m é n y őrlők Neon l á m p á k Olaj égetők gyújtórendszere R — I indukciós kemencék R ö n t g e n berendezések
2.2.4 A mérővevőben keltő zajok
sercegő
vagy
köpködő
Á l t a l á b a n a következő készülékektől — — — — —
hangot
származnak:
Rossz elektromos érintkezések H i b á s lámpafoglalat vagy konnektor L i f t vezérlés Nagyfeszültségű távvezeték Trolibusz vagy villamos áramszedő
2.2.5 A mérővevőben pattogó hangot keltő zajok A következő készülékek okozzák: — — — — — — — —
Villanyírógépek L i f t vezérlések Neon reklám világítás Inkubátorok Higanygőz egyenirányítók Villanymelegítők Távíró jelfogók Forgalmi jelzőlámpák
Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
3. A villamosgyújtásű belsőégésű motoroktól származó rádiófrekvenciás zavarok hatása a digitális rádiőrelékre 3.1 A gyújtászaj
Gyújt olranszformator • • • •
keletkezése
A benzinmotorokban, O t t ó - motorokban a levegő — benzin keveréket elektromos szikra gyújtja meg. Ez a keverék az égés során rendkívül gyorsan, rob banásszerűen kitágul és mozgási energiát szolgáltat. A szikra k ü l ö n erre a célra készített eszközben az ú g y n e v e z e t t g y ú j t ó g y e r t y á b a n keletkezik. A gyer t y á b a n megfelelően k i k é p z e t t szikraköz van, ez ter mikus, elektromos, mechanikus kialakítás szempont jából az optimumot megközelíti. A szikra létrehozá sára a 2. ábrán l á t h a t ó elektromos á r a m k ö r szolgál. A szikrához szükséges nagyfeszültség ú g y jön létre, hogy a nagyfeszültségű transzformátor primer te kercsével sorban elhelyezett megszakító megszakítja az á r a m k ö r t ( a k k u m u l á t o r o s gyújtás). A megszakítót a motor főtengelye vezérli, hogy a szikra — a gyúj t á s — a d u g a t t y ú k helyzetének megfelelően mindig optimális időben történjen. Többhengeres motorok nál az elosztó osztja el a nagyfeszültségű lökést az egyes hengerek k ö z ö t t . A gyújtás bekövetkezése előtt a megszakító rövidrezárt állapotban van és az a k k u m u l á t o r á r a m a (12 voltos a k k u m u l á t o r esetén %4 A ) á t h a l a d a gyújtótranszformátor tekercsén. A tekercs mágneses terében felhamozott energia: W=^
Li\J),
(1)
ahol L a primer tekercs induktivitása, i pedig a te kercset átjáró á r a m . A megszakítás pillanatában az eddig rövidrezárt C k o n d e n z á t o r feltöltődik és ezzel lehetőséget ad a gyors kikapcsolásra, egyben megakadályozza az érintkezők idő előtti elhasználódását, beégését. A tekercs á r a m a rendkívül rövid t idő alatt megszű nik és igen nagy feszültség indukálódik a tekercsben: u=-L
di_ dt (»)•',
(2)
A feszültség csúcsa 10...20 k V értékű. Ez a fe szültség feltölti a szekunder tekercsre kapcsolódó elosztó és gyertya vezetékek k a p a c i t á s á t (50... 100 pF). A gyertya szikraköze a nagy feszültség h a t á s á r a ionizálódik, vagyis kialakul az ív, a szikra. A feszült ség hirtelen lecsökken 3—5 k V értékű ionizálási fe szültségre. Ez addig tart, amíg a transzformátorban t á r o l t energiából futja, majd a gyertya íve kialszik. A vezetékekben és a transzformátorban megmaradt elektromos energia a vezetékek induktivitása és ka pacitása által m e g h a t á r o z o t t frekvencián, a vesztesé gek által m e g h a t á r o z o t t idő alatt oszcillálva lecseng (3. ábra). Az oszcilláló á r a m a 200 A - t is elérheti. A gyújtás periódus (T ) a fordulatszám (rí) pillanatnyi értékétől függ. A n é g y ü t e m ű motorok minden második for dulatnál g y ú j t a n a k . Négyhengeres, n é g y ü t e m ű mo t o r n á l a gyújtási p e r i ó d u s :
| Akkumlátor
l
• • • •
r
Gyújtó gyertyák . az egyes y hengerekben f
»• N
~ ~ i
K
Megszakító
Elosztó Alváz B230-2
2. ábra. A gyújtószikra létrehozása A teljes gyújtásperiódus k é t részre o s z t h a t ó : zárási t a r t o m á n y r a és A — B —C t a r t o m á n y r a . Az A — B t a r t o m á n y n a k kisebbnek kell lennie, mint !T /2-nek. í g y például 6000 fordulat/perc esetén az A — B <
0
A gyújtás ismétlődési frekvenciája: / =— 0
(Hz).
(4)
Az ismétlődési frekvencia általános esetet tekintve 5...200 H z k ö z ö t t van. Például az előző 6000 for dulat/perc esetén / = 200 H z . Minden szikra kialvása u t á n a vezetékben maradt elektromos energia jelen t é k e n y rádiófrekvenciás teljesítményt kisugározva lecseng. A maximális k i s u g á r z o t t teljesítény 40— 100 MHz-es f r e k v e n c i a t a r t o m á n y b a n m é r h e t ő , de igen jelentős szinttel kell számolni 600 MHz-ig. Nem z a v a r m e n t e s í t e t t gépkocsi esetén 10 m távolságról mérve a csúcstérerősség elérheti a 800—1000 [i.V/m értéket. A z a v a r m e n t e s í t e t t gépkocsiknál a zajtér0
Uszek
Csúcs-feszültség (20 k V ) Gyertyaégésl feszültség (3 kV)
í A megsza - I , , i kitó zár |Zarasszög A !_Ei
3. ábra. A gyújtás idődiagramja, ahol A —B a gyújtó gyertya t a r t o m á n y , B —C a gyújtótekercs és konden zátor t a r t o m á n y , G—A zárási t a r t o m á n y .
0
(3) ahol
n=fordulat/perc.
Híradástechnika
XXXIII.
4. ábra. Megengedett zavar-térerősség szint évfolyam 1982. 4. szám
171
erősség természetesen jóval alacsonyabb. A Magyar országon megengedett értéket a KPMSZ P263.4— 71 s z a b v á n y , közel azonosan m á s külföldi szabványok hoz a 4. ábrán l á t h a t ó m ó d o n adja meg. A mérés elrendezésére az 5. ábra n y ú j t felvilágo sítást, egyéb feltételeit pedig a KPMSZ P260.1 szab v á n y írja elő. Az I E E E által javasolt módszer alapján t ö b b gép j á r m ű v e t megvizsgáltak (a mérő botantenna a gép kocsi elején és h á t u l j á n volt elhelyezve) és a 6. ábrán l á t h a t ó zajszinteket k a p t á k a különböző frekvenci á k o n (1961 előtti gépkocsik esetén).
A gépjármű szimmetriatengelye
3.2 A villamos gyújtású belsőégésű motoroktól származó rádiófrekvenciás zavarok terjedése A gyújtószikra által keletkezett rádiózavar intenzi t á s a , f r e k v e n c i a t a r t o m á n y a sok tényező közremű ködésének az eredménye. Primer sugárzóként szere pelnek a gyújtókábelek. Ezek önrezonanciájukon sugároznak legerőteljesebben. A közelben levő m á s elektromos vezetékek, fémrudak, fémlapok gerjesz t é s t kapva szekunder sugárzóként m ű k ö d n e k . Ezek méreteik, elhelyezkedésük szerint m á s és m á s frek venciát emelnek k i a szikra széles s p e k t r u m á b ó l . A g é p h á z t e t ő például személykocsik esetén 80—120 MHz-en rezonál, illetve emel k i . A zaj terjedését ille tően az Orion DM400/6 és DM400/32 rádiórelék üzemeltetésénél végzett megfigyelések és mérések során a következők voltak m e g á l l a p í t h a t ó k : — A zavarszint a távolság növekedésével rend kívül gyorsan csillapodott. K b . 1 k m távolság ban levő gépkocsi egy 20 dB fadingtartalékkal rendelkező DM400/6 rádiórelé távbeszélő csa t o r n á i r a gyakorlatilag nem fejtett k i észlel h e t ő zavaró h a t á s t . — Függőleges polarizációs síkban, nagyobb távol ság esetén kisebb zavarszint mérhető. — T ö b b jelforrásból (gépkocsitól) származó zava ró jelek a vevőnél összegeződnek és ennek ered m é n y e k é n t nő a zavaró jelszint és a zavaró impulzusok frekvenciája. Városokban, ipari k ö z p o n t o k b a n , nagyfofgalmú utak m e n t é n a zavarszint mindig jelentős. Igen kellemetlen, gépjárművek gyújtásától származó za var volt t a p a s z t a l h a t ó az Irak déli részén, Basra-ban telepített, a 7. ábrán l á t h a t ó rádiórelé állomáson. Az állomás közvetlen közelében levő téren nappal m e g n ö v e k e d e t t a gépjárműforgalom. Régi típusú, nem z a v a r m e n t e s í t e t t gyújtórendszerű buszok (8. ábra), és jórészt még nem z a v a r m e n t e s í t e t t személy gépkocsik vettek részt a forgalomban (9. ábra). A zavarszint az üzemelő gépjárművek növekvő szá m á n a k megfelelően növekedett. A legzavartatottabb periódus délelőtt 10-től délután 4 óráig t a r t o t t . Az átlagos zavarszint ekkor Rohde-& Swartz mérővevő vel mérve 15 dB-lel volt nagyobb a K T B - n é l . ElHs Ausztráliában a mérések alapján egy úgyne vezett „helyszíni zajtényezőt" javasolt az ipari za varok kifejezésére. A helyszíni zajtényező dB-ben m é r t zavarszint a K T B felett. Vízszintes polarizáció esetén igen j ó korrelációt vett észre a gépjárművek 172
[s 230-5 |
5. ábra. Példa gépjárművek zavar-térerősségének méré si elrendezésére
X o
100
'r.
30 20
X
20
40
60 80100
200
400 600
Frekvencia MHz-ben
1000
[B 230-6]
6. ábra. Zavarszint különböző frekvenciákon
7. ábra. D M 400/6 típusú rádiórelé állomás helix antennával Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
forgalmi sűrűsége és a helyszíni zajtényező k ö z ö t t 420 MHz-en: FA = 7 log ( D - 1 0 )
(dB),
(5)
ahol Z) = 10 log (a közvetlen közelben haladó összes gépjárművek száma). Pl. 20 gépjármű esetén FA = 3,3 dB, 100 gépjármű esetén FA = 7 dB. Az Egyesült Államok nagy gépkocsiforgalmú váro saiban az alábbi zavarszinteket m é r t é k különböző frekvenciákon: Frekvencia MHz-ben
Átla gos zajszint dB
Csúcs zajszint dB
40
16 a K T B
felett
80 1 yy/MHz felett
150
14 a K T B
felett
80 1 [ x V / M H z felett
450
8 a KTB
felett
70 1 f x V / M H z f e l e t t
8. ábra. A basrai fabuszok
A gépjárművek gyújtászaján kívül számos más elektromos készülék termel zajt a 400 MHz-es sáv ban, ezért egy adott állomás közelében rendkívül nehéz szétválasztani a különböző zajforrásokból szár mazó külső zavart. Az Egyesült Államok különböző városaiban 10 k H z sávszélességű vevővel m é r t zaj források zaj csúcs intenzitását l á t h a t j u k [xV/m-ben a 10. ábrán. Minthogy a szóbanforgó zaj szélessávú, ezért gyak ran a k ö n n y e b b felhasználhatóság végett a jelent kező zajszintet antenna zajtényezővel (Fa) vagy antenna zajhőmérséklettel fejezik k i . Fa = Pn/kT B 0
= Ta/T ,
ahol Pn = egy veszteségnélküli a n t e n n á n kezésre álló zajteljesítmény (W) T k B Ta 0
= = = —
(6)
0
rendel
referencia hőmérséklet, 290 °Kelvin, Boltzmann-féle állandó, effektív vevő zajsávszélesség (Hz), effektív antenna zajhőmérséklet külső esetén (Kelvin fokban).
100
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
Vá rosi
zaj
A 11. ábrán a különböző zajforrásokból származó zaj szinteket látjuk antenna zajtényezővel és antenna zajhőmérséklettel kifejezve. A bemutatott ábrákból egyértelműen kiderül, hogy a 400 MHz-es s á v b a n m ű k ö d ő rádiórelékre első sorban az ipari zavarok fejtik k i a legnagyobb h a t á s t . A városok középpontja t e k i n t h e t ő legzavartatottabb területnek, mint ahogyan ezt az I n d i á b a n végzett mérések adataiból szerkesztett 12. ábra be mutatja. A zajforrástól terjedő elektromágneses hullám elméleti ú t o n s z á m í t o t t csillapítása eltér a gyakorlati méréseknél t a p a s z t a l t a k t ó l . Az elmúlt n é h á n y év folyamán azonban különböző országokban végzett mérések statisztikai analizálásának eredményeként olyan empirikus formulához sikerült j u t n i , amely lehetővé teszi a 30-tól 1000 MHz-ig t a r t ó frekvenciá sában 30-tól 1500 m távolságig a föld felszínétől s z á m í t o t t 1-től 4 m magasságon belül a térerősség m e g h a t á r o z á s á t . Reflektáló felületektől távol, sík Híradástechnika
9. ábra. Nem zavarmentesített gépkocsik
Ipa ' i 10
zaj • viaeKi
Koz —
u s zaj
—
\V \
\ \
tm
OSZ' é r a V
- N a opal
**
Sz Olá r í s z a j > ^1
-/•«.,
Cl
r 1
0.01 •10
k s
10 10 Frekvencia MHz-ben 2
3
10
4
|B 230-1Ó1
10. ábra. Különböző zavarok zajcsúcs térerőssége 173
Varos, centrum -90 - -120dBm/kHz J15-;v130dBm/kHz 130- - 1S0dBm/kHz
12. ábra. Ipari zaj a 150—500 MHz-es sávban (mérővevő B = 500 kHz) 60
terepen, a zajforrástól 20—300 m-en belül, 0,5 és 4 m magasságok k ö z ö t t a külső zaj térerőssége: |lVa°| ahol E
d
E
M
D
50
(7) f
(tAV/m),
3x10" ^Atmoszféra
m
^0
V
Ipar'
30
(dB).
i
3x10
ktika z a]
6
5
3 x10^
|
3 ° 3x10 c T= '> 290 . £ J
0
N i Nap faj -
-'°
10
100
3x10 10000
.". , , •
Frekvencia MHz-beYi
(8)
Nem tökéletesen sík és nem reflexiómentes terep esetén a mérési eredmények a frekvenciától is függően eltérnek. Különösen az épületek reflexiója, diffrak ciója okoz jelentős változást. E z é r t célszerű a vizs gálat helyszínét az alábbiak szerint csoportosítani:
7
3x10
íidék
0
s = 1 , 5 + 0,0050
3x10
Ipar' zaj va ro sfc an
= D távolságban jelentkező térerősség [AV/m- v* a 20 ben, = 30 méteres távolságban m é r t térerősség [iV/m10 ben, " = távolság m-ben. °
A standard szórás szélső értéke s, a következő formula alapján h a t á r o z h a t ó meg:
zaj
IB230-111
11. ábra. Különböző zavarok antenna zajhőmérséklete és antenna zajtényezője Veti jelszint dBm-ben -60
-55
-50
-45
-40
-35
— vidéki terület, ahol a beépített rész 2% alatt van, — városszéli terület, ahol a beépített rész 2% és 15% k ö z ö t t van, — városi terület, ahol a beépített rész 15% felett van. H a a zajforrás 30 m-nél t á v o l a b b van, akkor a tér erősség az alábbi formulával h a t á r o z h a t ó meg: (jxV/m),
(9)
ahol: E
30
D n
— a zajforrástól 30 m-re m é r t térerősség [AV/mben, = távolság méterben, = tapasztalati átlagos csillapítási tényező az alábbi t á b l á z a t szerint
1 3 t
d 6 r a >
3 0 - t ó l 400 M H z - i g 4 0 0 - t ó l 1000 M H z - i g
TL 2,2 2,8
E
R
a
v e
t t jelszint függvényében gyújtás
Városi terület
Városszéli terület
Vidéki terület Frekvencia tartomány (MHz)
B
zavar mellett
s standard szórás szélső értéke (dB)
6 7
s standard szórás szélső értéke (dB)
n
2,8 3,5
n
3,5
7 9
s standard szórás
szélső értéke (dB)
9
M e g j e g y z é s : 1 000 M H z k ö r ü l az é p ü l e t e k t ő l s z á r m a z ó r e f l e x i ó és d i f f r a k c i ó m i a t t a m é r é s m e g b í z h a t a t l a n n á v á l t , e z é r t a v á rosi t e r ü l e t e n az n é r t é k e nincs f e l t ü n t e t v e .
174
Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
3.3 A gyújtászaj digitális rádiórelékre gyakorolt hatásának szubjektív megfigyelése
í
A külső zajok közül a 400 MHz-es s á v b a n m ű k ö d ő digitális rádiórelékre a gyújtászaj fejti k i a leg nagyobb h a t á s t . Ez a forgalmi c s a t o r n á k b a n szabá lyosan p a t t o g ó h a n g k é n t jelentkezik. A p a t t o g á s sű rűsége függ a közelben h a l a d ó g é p j á r m ű v e k számá tól és a gyújtóimpulzusok ismétlődési frekvenciájá tól. Kisebb forgalomtól származó zavar nem rontja lényegesen a távbeszélő c s a t o r n á k o n folytatott be szélgetések érthetőségét, azonban r e n d k í v ü l b á n t ó lehet a fül s z á m á r a . A forgalom növekedésével szapo rodik a pattogások s z á m a és hirtelen romlani kezd az érthetőség. Jelentős közeli gépjárműforgalom ese tén a digitális rádiórelé szinkronizmusa gyakran k i marad és a távbeszélő c s a t o r n á k b a n hallható p a t t o g ó hang mellett a beszéd i d ő n k é n t i megszakadása is észlelhető. Ilyenkor m á r nem lehet elfogadható t á v beszélőkapcsolatot fenntartani. Sokkal kellemetle nebb h a t á s figyelhető meg a jelző- és távíró-csator n á k o n . A jelző-csatornákon nyugalmi állapotban az impulzus beütések indokolatlan hívást idéznek elő. Automatikus távbeszélő központhoz csatlakozva a megkezdett hívásoknál a „ p l u s z " impulzusok téves hívást okoznak. E r ő s külső zavar esetén előálló n e m k í v á n a t o s tárcsaimpulzussorozat a csatlakozó távbeszélőközpontot annyire leterhelheti, hogy a vonalakat le kell kapcsolni róla. Távíró vagy telex üzemben, ha nincs k ü l ö n hibavédelem biztosítva, az impulzuszaj k a r a k t e r h i b á t okoz. Kisebb zavar t a t á s szöveges t á v i r a t o k n á l a nyelv redundanciája m i a t t m é g elviselhető, de az a d a t t o v á b b í t á s t megne hezíti. A z eddigi tapasztalatok alapján a 400 MHz-es s á v b a n m ű k ö d ő digitális rádiórelék átviteli minőség r o m l á s á t az idő kis h á n y a d á b a n nem a fading, hanem elsősorban a gyújtászaj okozta.
3.4 A gyújtászaj hatása a digitális bittévesztésére
rádiórelék
1972-ben egy PCM rádiórelé üzemét vizsgálták meg lehetősen nagy gyújtás-zavar mellett Helsinkiben. A z összeköttetés műszaki adatai az alábbiak voltak: Szakasz hossza: Antenna nyeresége: Üzemi frekvencia: Adóteljesítmény : Moduláció:
27 k m 14 dB 367 M H z 4 W = 36 d B m bináris F S K 1600 kbit/s bitsebességgel modulálva 1 MHz 1,8 M H z
Frekvencialöket: Vevő sávszélesség: Névleges szakaszcsillapításnál (96 dB) a vett jelszint: - 6 0 dBm Termikus zaj 1,8 M H z sávszé lességnél (3 dB-es pont) detek tálás e l ő t t : - 1 0 4 dBm C/N névleges szakaszcsillapí tásnál : 44 dB Gépkocsik gyújtászaj csúcs 60 JJIV/50 ohm 120 feszültsége : kHz-es sávszélesség esetén (6 dB-es pont) Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
Gyújtászaj nélkül a névleges szakaszon m é r t b i t t é vesztés gyakorlatilag nulla volt, ekkor a 1 0 B E R hez t a r t o z ó fádingtartalék 26 d B . Nappal a g y ú j t á s zaj elérte a legróagasabb é r t é k e t és az átlagos B E R 2 - 1 0 , csúcsértéke 10~ volt. A vételi jelszint eme lésével lehetett csökkenteni a bittévesztést. Megkö zelítőleg 7 dB-es vételi szint növekedés okozott / -es csökkenést a bittévesztésben a 13. ábra szerint. A gyújtászajtól származó bittévesztés növekedést ú g y is felfoghatjuk, hogy csökkent az összeköttetés fad i n g t a r t a l é k a , mivel a vételi szint növelésével a zavar előtti B E R érték helyreállítható. A fadingt a r t a l é k csökkenését vagy a digitális rádiószakasz impulzus-zaj m i a t t i r o m l á s á t , melyet Di romlási tényezővel jelölünk, igen egyszerűen lehet m é r n i . E g y m ű k ö d ő digitális rádórelé összeköttetés fadingt a r t a l é k á t , az Rm-et a 14. ábra alapján m é r h e t j ü k meg. A z a d ó moduláló jelsora egy álvéletlen jelsor. A vevő által vett álvéletlen jelsort a tévesztésmérő ér tékeli. A mérés kezdetén mind az adónál, mind a vevőnél állítható csillapító nélkül ellenőrizzük az alaptévesztést. E z u t á n a vevőoldali állítható csilla pítóval addig növeljük a csillapítást, amíg a 10~ B E R é r t é k e t elérjük. E k k o r a leolvasott csillapítás megegyezik a szakasz fadingtartalékával R m l - e l , ha nincs külső zaj. Végezzük el a mérést ú g y is, hogy a vevőoldalon kivesszük a csillapítót és az adóolda l i t állítjuk ( p l . szolgálati c s a t o r n á n keresztül) mind addig, amíg a vevőoldalon 10~ B E R é r t é k e t nem m é r ü n k . A z így kapott fadingtartalék Rm2. H a az R m l = Rm2 eset áll fenn, akkor nincs m é r h e t ő külső zaj, R m l = - R m 2 - n é l azonban m á r külső zajjal kell számolni és a romlási t é n y e z ő : - 6
-5
4
1
10
3
3
Di=Rmí-Rm2 ahol: Di Rml Rm2
(dB),
(10)
a romlási tényező dB-ben, a vevőoldali csillapítóval m é r t talék dB-ben, az adóoldali csillapítóval m é r t talék dB-ben.
fadingtar fadingtar
Természetesen a tévesztés 10~ értékének megha t á r o z á s á r a m á s egyszerűbb módszer is h a s z n á l h a t ó . Az O R I O N DM400/6 és DM400/32 rádiórelékből fel é p í t e t t , különböző helyeken m ű k ö d ő összeköttetések m é r t Di tényezőit t á b l á z a t b a foglaltuk. A t á b l á z a t ban szereplő mérési eredményekhez azt a kiegészítést kell fűzni, hogy nem hosszú idejű mérésekről van szó, hanem a feltételezett legzavartatottabb periódus rövid idejű vizsgálatáról. 3
'Zavar
Hasznos j e l Állítható csillapító Tévesztés mérő
•*- Vevó
>1 Állítható
jpKcsíllapitó llapitó ) Ado
Álvéletlen Alvéle —-
gen-
QOIoIu] 14. ábra. A fadingtartalék mérése 175
Ország
Irak
Irán
Pakisztán
Kuvait
Vevőállomás
Adóállomás
Di dB-ben
Basra
Műtrágyagyár
Műtrágyagyár
Basra
Basra
Papírgyár
Papírgyár
Basra
Arbil
Salahudin
5
Salahudln
Arbil
0
Saqlawa
Salahudin
0
Salahudin
5
Saqlawa
Saqlawa Harir
Harir
Saqlawa
0
Sharerey
20
Teherán
CPO
15 5 15 2
0
Sharerey
Teherán
Pahlavi
Rasht
5
Rudsar
Amlesh
5
Amlesh
Rudsar
0
Bahar Hamadan
Hamadan
CPO
10
0
Bahar
10
Lyallpur
Chiniot
10
Chiniot
Lyallpur
2
Di Khan
Darya K h a n
5
Darya
Di
0
Khan
Khan
K u v a i t TG
Earth
E a r t h st.
K u v a i t TG
st.
Ahmadi
S o u t h Sheiba
S o u t h Sheiba
Ahmadi
10 2 10 0
A mérések eredményei a következő észrevételeket sugallják: — A városok (Basra, Teherán) központjaiban m é r h e t ő a legnagyobb romlási tényező (15—20 dB). — Kis gépkocsiforgalommal rendelkező vidéki településeken is t a p a s z t a l h a t ó 2—5 dB romlási tényező. — Éjjel csaknem m i n d e n ü t t 0 dB-re csökkent a romlási tényező. Más digitális rádiórelék bittévesztésére vonatkozó megfigyelések e r e d m é n y é t az alábbiak szerint lehet összefoglalni, hozzátéve, hogy a mai digitális rádió relék vevőit á l t a l á b a n Gauss zajra optimalizálva tervezik, pedig a k é t zaj h a t á s a lényeges eltérést mutat. — Állandó szintű vételi jel esetén, nagy jel—zaj viszonynál az impulzus-zaj t ö b b tévesztést okoz, mint a Gauss zaj, kis jel—zaj viszony ese t é n azonban a Gauss zaj okoz t ö b b tévesztést. — Rayleigh fadinges jelnél a Gauss zaj okoz t ö b b h i b á t minden jel—zaj viszonyra vonatkozóan, lassú, emelkedő fading esetén az impulzus-zaj okoz t ö b b hibát, vagyis tévesztést. Diverziti vétel h a s z n á l a t a k o r az impulzus-zaj sokkal kedvezőtlenebb h a t á s t okoz. — Differenciálisán koherens fázisbillentyűzés ese t é n a hibapárosodás csökken a jel—zaj viszony növekedéséve], ugyanakkor az impulzus-zaj növekedésével pedig nő. 176
Szabályos idő-sávszélesség termékkel rendel kező rendszereknél az illesztett szűrőjű vevő az impulzus-zajokra is optimumot ad. A zaj-elnyomási eljárások, mint például a szé lessávú határolás, a spektrumkiterjesztés stb. nem jelentősen h a t é k o n y a k nagy jel—zaj v i szony esetén. Azok a vevők, amelyeket speciálisan terveztek egy jellemző típusú zaj elnyomására lényegesen jobb e r e d m é n y t adnak, mint a „ s z a b v á n y " zaj-elnyomású megoldások. \ . A gyújt ászaj jellemzői, mérése 4.1 A gyújtászaj
jellemzői
A belsőégésű motorok elektromos gyújtásától szár mazó zavart a CCIR 334—2 Ajánlása a kvázi-impulzív interferencia kategóriába sorolja. A kváziimpulzív zaj tulajdonképpen k é t e x t r é m zajtípus k ö z ö t t helyezkedik el. Az egyik szélső típus a termi kus vagy fehérzaj, amely rendszertelen amplitúdójú és alakú impulzusok sorozata és olyan sűrűn követik egymást az impulzusok, hogy a vevő időállandója alatt átlapolódnak. A másik típus a tiszta impulzuszaj, amely csaknem azonos amplitúdójú szabályosan ismétlődő rövid impulzusok sorozata, ahol az impul zus hossza rövidebb mint a vevő időállandója az ismétlődési periódusa pedig hosszabb. í g y a vevő gyakorlatilag az egyenkénti impulzusokra reagál. Egy gépkocsi esetén az impulzus szélessége n é h á n y nanoszekundum, míg az ismétlődési periódus 5—200 msec körül van. E k k o r a zaj tiszta impulzus-zajnak t e k i n t h e t ő . Városokban sok gépkocsitól érkező i m pulzusok m á r sűrűbben és viszonylag véletlenül helyezkednek el az i d ő t a r t o m á n y b a n , ezért m á r a kvázi-impulzív zaj kategóriájába kell sorolnunk, tulajdonságában pedig egyre jobban jelentkezik a fehérzajhoz t a r t ó közeledés. Egy gépkocsi gyújtószikrájának zavaró jele a 15. ábrán l á t h a t ó v(f) periodikus jellel jellemezhető. Mivel az impulzusok pontos alakja nem ismeretes, ezért négyszögletes impulzusok sorozatát használjuk fel a matematikai modellhez. A négyszögletes impulzus matematikai leírása az időtartományban: A\t\ v{t)
:
t 2
(11)
0lí!>^ ahol: az impulzus szélessége (sec), r az impulzus amplitúdója ( V ) . A V(t)
_ l 0 l 2 2 |B23Ö^15l
15. ábra. Egy gépkocsi gyújtószikrájának zavaró jele Híradástechnika
XXXIII.
Évfolyam 1982. 4. szám
Szeretnénk a periodikus hullámalak vonalas spekt r u m á t c(nfo) meghatározni. Mindjárt az elindulásnál észre kell venni, hogy a jelnek ugrásszerű szakadása van a t = ± T / 2 helyeken és a v(t) értéke a szakadások nál h a t á r o z a t l a n . Természetesen a matematikai mo dellen levő ugrásszerű szakadás a valóságban nem létezik. Az á t m e n e t i idő elhanyagolása nem okoz gon- . dot, mivel az sokkal rövidebb az impulzus i d ő t a r t a m á n á l , ezenkívül a c(n/o) meghatározása elsősorban elvi következtetések céljára szolgál. A Fourier-sor együtthatói: To/2
r/2 A
-T /2
e
- j 2 n n j v t
d
t
clnfoll AfoT
V^AfoT/sinc fx /
_L T
-•fo 0 fo2fo 1
A - ]2nnfoT
. +j"nfox\ e
0
=
mi
s
i
nrn
[TIT! ** -180°-
=
n
m l
0 T
(12)
ahol: T = periódusidő (sec), és felhasználtuk azt a tényt, hogy foT =l és ej ~e = 2j sin 0. A fenti összefüggés valamivel egyszerűbb lesz a sinc függ vény bevezetésévei, amely a következőképpen írható le: 0
0
Jíi
0
sin x sinc = -
1
.
.2.
iJJii
b,
j
(13)
ahol az x független változó. A sinc függvényt felhasználva a négyszögletes i m pulzussorozat Fourier-sorának e g y ü t t h a t ó i a követ kezők : sin nnfot c(nfo) = Afor--Afot sinc nfor, (14) nfor amelyek az időtől függetlenek és szigorúan valós ér tékűek, mivel a v(t) valós és páros. E z é r t az a m p l i t ú d ó spektrum: [c(nfo)] = Afot(smc nfot), amely a 16a ábrán l á t h a t ó , / O T = / Í esetén. A spektrumvonalak burkoló j á t szaggatott vonallal jelöltük. A + 4 fo, ± / o stb. spektrumvonalak hiányoznak, mivel 1/r többszörö seinél a burkoló egyenlő nullával. 1
Az egyenáramú komponens a m p l i t ú d ó j a : c(0) = = Afot = Ar/T . A 16b ábrán l á t h a t ó a fázis spektrum, amely mindig valós, de néha negatív értékű. 100 Hzes impulzus ismétlődési frekvenciát véve alapul ( T = 10 msec), T = 2 nsec impulzusszélességnél a spektrum burkolója 500 MHz-nél lesz nulla a m p l i t ú dójú és a spektrumvonalak 100 Hz-re helyezkednek el egymástól. A mikrohullámú vevő sávszűrője a spekt r u m 400 MHz-es t a r t o m á n y á b ó l 1,5 M H z szélességű „ a b l a k o n " ( D R F 04/32 esetén) látja a spektrumvo nalakat (kb. 1,5-10 mennyiségűt). A vevő s z á m á r a az impulzus-zaj olyan szélessávú zavart jelent, amely elől frekvenciaváltással a 390—470 MHz-es s á v b a n kitérni nem lehet. A gyújtószikra viszonylag széles spektruma azonban csak némi módosulással j u t el a m i k r o h u l l á m ú vevőkhöz. Ezen módosító tényezők közé tartozik a primer sugárzó rendszer (gyújtóká belek, elosztó, elosztóvezeték, t r a n s z f o r m á t o r stb.), a szekunder sugárzó rendszer, és a terep terjedést befolyásoló tényezői (reflexió, diffrakció). Minthogy a gyújtóimpulzus szélessávú, ezért a különböző sáv szélességű vevők eltérően reagálnak a zavarra. H a a
4
T
T
arg/c(nfö)/
-T/2
0
41 >»-rn,2.
4
3
LLliJ B230-16
J 6 . ábra. A négyszögletes impulzussorozat spektruma, a) amplitúdó, b) fázis zavar sávszélessége 1/T, és a vevő a sávszélessége B, akkor B^>ljx esetén a vevő gyakorlatilag (a késlel tetéstől és a szűrő csillapításától eltekintve) változás nélkül átviszi az impulzust. B<$cl/r esetén azonban az á t v i t t impulzus szélessége megnő. Keskeny i m pulzust kapcsolva egy sávszűrőre, amely B sávszéles séggel rendelkezik a válaszimpulzus minimális széles sége ( r min.) megközelítőleg a következő egyenlőt lenség alapján h a t á r o z h a t ó meg: X
(15)
m i n : ~~2B'
Például egy 2 nsec-os gyújtásimpulzus J5 = l , 5 MHz-es vevőnél 333,3 nsec-os, S = 10 kHz-es vevő nél 50 p.sec-os válaszimpulzust hoz létre. H a T ' = 1 0 msec, akkor a vevő szinte az egyenkénti impulzu sokra válaszol. A 17. ábrán egy keskenysávú vevő impulzusra adott válaszát l á t h a t j u k A M és F M üzem m ó d b a n oszcilloszkóppal vizsgálva. A vevő bemene tére kapcsolt impulzus spektrum intenzitása 90 o
60 Amplitúdó válasz görbe
0
5
40-
Í20-
0
m
0 3 2-
5
Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
10 Frekvencia e l t é r é s a k ö z e p e s •frekvenciától
-1 -2
0
-+-
100
200
-+- ±—rt-+- 400 500 600 700 p sec
300
L e c s e n g é s az impulzus u t á n
17. ábra. Keskeny sávszélességű vevő amplitúdó és frekvencia válasza a zavaró impulzusra 177
dBfxV/MHz volt. A Nol-es K F szűrő normál, míg a No2-es K F fázis-hangolt. Mikrohullámú vevők za v a r t a t á s á n a k vizsgálatához szükséges a vételi frek vencia közelébe eső zavaró impulzus egyetlen frek venciakomponensének csúcsértékét (P), és az impul zus ismétlődési frekvenciáját {fő), ismerni. A vevőbe érkező hasznos j e l t u l a j d o n k é p p e n a vevőben keltett maximális amplitúdójú zavaró impulzussal interferál. A C.I.S.P.R. szerint egy G erősítésű, B sávszélességű lineáris vevőben a P csúcsértékű impulzus az alábbi csúcsamplitúdójú jelet hozza létre: U max = G-P-B
(V).
mérése
Rádiórelé berendezések telepítése előtt, m é g a ter vezés s t á d i u m á b a n r e n d k í v ü l fontos a v á r h a t ó inter ferencia szintjének ismerete. A rádiórelék üzemel tetésekor gyakran elkerülhetetlen a jelentkező za varok analízise. A z impulzus zavarok mérése azon ban nem tartozik az egyszerű mérések közé. A mérési e r e d m é n y t számos tényező befolyásolja. Ezek közül a legfontosabbak: a vevő sávszélessége, a detektálás típusa, és az interferencia összetétele (szinuszjel, vé letlen zaj, impulzus zaj). Kevésbé fontos tényezők, de h a t á s u k bizonyos körülmények k ö z ö t t jelentős lehet: túlterhelődési tényező, az AGC típusa, t ü k ö r frekvencia elnyomás, K F elnyomás, parazitajelek elnyomása, a mérőműszer időállandója és csillapí t á s a stb. Az interferenciák mérési módszereinek k i választásához n y ú j t segítséget a CCIR 433—3 Ajánlása. Elméleti és gyakorlati megfontolások alap j á n az alábbi mérési módszerek adnak viszonylag pontos e r e d m é n y t az impulzus spektrum a m p l i t ú d ó járól: — — — —
területi módszer, s z a b v á n y t á p v o n a l módszer, harmonikus mérés, energia módszer.
B á r m e l y módszert is alkalmazzuk mérőkészüléke ink nagyrésze effektív szinuszfeszültségben van kalibrálva, ezért a m é r t szinusz és impulzusjel amplitúdója k ö z ö t t eltérés mutatkozik. A mérések elvégzése előtt ellenőrizni kell műszerünk alábbi R(fv, fo) a m p l i t ú d ó k a p c s o l a t á t : R(fv,fo)
178
U = S(fo) '
S(Jo) U fo
a bemenetre j utó impulzus feszültség spekt rum amplitúdója V-ban, a bemenetre j u t ó szinuszfeszültség effektív értéke az fv vételi frekvencián V-ban, az impulzus ismétlődési frekvenciája Hzben.
Egy adott v(t) jel spektrum amplitúdója az fv mérőfrekvencián az alábbi összefüggéssel a d h a t ó meg: S(t) = 2
J
V(t)e-J' "f _dt volt-sec 2
v
(16)
Az impulzus-zaj hasonlóan a fehérzajhoz széles frekvenciaspektrummal rendelkezik, ezért spektrumsűrűséggel vagy s p e k t r u m i n t e n z i t á s s a l jellemezhető. A gyakorlatban a zajfeszültség s p e k t r u m i n t e n z i t á s á t mérik Volt/Hz-ben vagy ennek megfelelő egységeiben. A m é r t feszültséget egy olyan csúcsfeszültséghez viszonyítják, amely egy egységnyi sávszélességű vevőben keletkezne impulzus h a t á s á r a . Impulzus-zaj esetén mind a csúcsfeszültség, mind az az átlagos tel jesítmény lineárisan nő a sávszélességgel, míg fehér zaj esetén a feszültség négyzetgyökösen, az átlag teljesítmény pedig lineárisan nő a sávszélességgel. 4.2 A gyújtászaj
ahol:
(17)
30 és 1000 M H z között a C.I.S.P.R. meghatározása szerint 100 Hz impulzus ismétlődési frekvencia esetén R
1 0 0
= 22 700 — . sec
4.2.1 Az impulzuszaj mérése spektrumanalizátorral
panorámavevővel,
A 400 MHz-es sávban m ű k ö d ő digitális rádiórelé vonalak tervezésekor az impulzus zavarok felderí tésére, m á r üzembehelyezett rádiórelék esetén pedig az impulzus zavarok analizálására célszerű p a n o r á m a vevőt vagy s p e k t r u m a n a l i z á t o r t használni. Ez a műszer lehetővé teszi, hogy a zavar térerősségét, s p e k t r u m i n t e n z i t á s á t a rendszer működésének teljes sávjában, egyszerűen, pontosan mérjük. Lehetőség van a s p e k t r u m k é p fotózására is. Minthogy az i m pulzuszaj fáziskoherens, vagyis az egyes spektrum komponensek bármely pillanatban fázisban kohe rensek az összes t ö b b i spektrumkomponenssel, ezért, amikor megkétszerezzük a sávszélességet, akkor a mért zajfeszültség is megkétszereződik. Az impulzus által létrehozott feszültség a spektrumanalizátor K F - j é n t e h á t sávszélességfüggő. E z é r t az impulzus zaj a m p l i t ú d ó j á t normalizálni kell a műszer impul zus-zaj sávszélességéhez, amely úgy definiálható, mint egy ideális négyszögletes sávszélességgel ren delkező szűrő, amelyen ugyanakkora feszültség ke letkezik, mint a műszer tényleges K F szűrőjén. Az ideális szűrő értelmezése a 18. ábrán l á t h a t ó . Az impulzuszaj s p e k t r u m i n t e n z i t á s á n a k méré séhez a s p e k t r u m a n a l i z á t o r sávszélességének széles nek kell lennie az impulzus ismétlődési frekvenciá jához képest, de keskenynek az impulzusszélesség reciprokához képest. A m i n t a 19. ábrán l á t h a t ó a s p e k t r u m a n a l i z á t o r sávszélessége m a g á b a foglal né h á n y spektrumvonalat.
Egyenlő-terület — I d e á l i s négyszögletes s z ű r ő S p e k t u m a n a l i z á t o r KF szűrője
IB=impulzus sávszélesség
B230-18
18. ábra. Az impulzus zaj sávszélessége Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
A spektrumanalizátor impulzus sávszélességét az alábbi formula alapján h a t á r o z h a t j u k meg: VR =~Sl>
SI=VA
-
(19)
IB
r
•—
to -\ [1230-19 j
ahol: SI VR IB
VA
= a spektrum intenzitása V/Hz-ben, = az analizátorban keltett zajfeszültség (V), — impulzus sávszélesség Hz-ben.
A s p e k t r u m a n a l i z á t o r csúcsválasza minden egyes impulzusra ú g y t e k i n t h e t ő , hogy egy adott pillanat ban a sávszélességbe eső összes spektrumkomponens lineárisan összeadódik és létrehozza a csúcsválaszt, í g y a spektrumintenzitás nem más, mint az egységnyi frekvencián t a l á l h a t ó spektrumvonalak száma szoroz va az egyes vonalak amplitúdójával. Spektrumanalizátorral t ö r t é n ő méréseknél az alábbi lépéseket kell végrehajtani:
19. ábra. A spektrumanalizátor impulzus sávszélessége
«1 3
— meghatározni a spektrumanalizátor impulzus sávszélességét, — átalakítani a k í v á n t frekvencián m é r t ampli t ú d ó t dBm-ről dB[j.V/kHz-re, — a kapott s p e k t r u m i n t e n z i t á s t normalizálni 1 MHz-es sávszélességre. H a a s p e k t r u m a n a l i z á t o r t megfelelő sávszélességű a n t e n n á v a l látjuk el, amelynek ismerjük a K antenna tényezőjét, akkor a műszer alkalmas a zavar tér erősségének meghatározására is az alábbi összefüggés alapján: E = KVr,
(20)
ahol: E
= a térerősség v o l t / m é t e r b e n (vagy dBfxV/mben), K = az a n t e n n a t é n y e z ő l/m-ben (vagy dB/m-ben), Vr = a vett feszültség voltban (vagy dB[xV-ban).
-4
,
10"
10"
z
10-'
(
(-
1
10 <* l B 230-201
20. ábra. Az U d impulzus egyenirányítási tényező. Ahol Rc töltőellenállás ohmban, R d kisütőellenállás ohmban, B 6 sávszélesség (a 6 dB-es ponton) Hz-ben, fo impulzus ismétlődési frekvencia Hz-ben 1.2.2 Az impulzuszaj mérése
mérővevővel
A mérővevő egyszerű és kényelmes eszköz az i m pulzuszajok mérésére. Műszaki p a r a m é t e r e i t és a mérés módszerét illetően, a pontos eredmény érdeké ben teljesíteni kell a C.I.S.P.R. 4. K i a d v á n y á b a n szereplő előírásokat. A mérés e r e d m é n y é t elsősor ban a vevő sávszűrőjének szelektivitás görbéje és a detektálás típusa befolyásolja. A 20. ábrán egy k v á z i csúcsdetektor impulzus válaszgörbéjét látjuk a csúcsválaszhoz viszonyítva az a függvényében. A mérővevő d e t e k t o r t í p u s á n a k ismerete feltét lenül szükséges. A csúcsdetektor feszültsége egye-
Impulzus i s m é t l ő d é s i frekvencia |B 230-2f[
21. ábra. A különböző detektorok relatív kimenőszintjei Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
179
nesen a r á n y o s az impulzus sávszélességgel (B), de nem függ az impulzus ismétlődési frekvenciájától. Az impulzus csúcsfeszültsége a csúcsdetektoron: Ucs = l,U-A-IB, (21) ahol: Ucs = a csúcsdetektor feszültsége voltban, A — az impulzus területe voltszekundumban, IB = a sávszűrő impulzus sávszélessége Hz-ben.
nyos a sávszélességgel és az impulzus ismétlődési frekvenciával. A 21. ábrán különböző detektortípu sok relatív kimenőszintjét látjuk a csúcsdetektor szintjéhez viszonyítva IRODALOM
[1] Dr. Ambrózi András: Elektronikus zajok. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1972. [2] RCA: Point-to-point radio relay systenis 4 4 MHz to 13 000 MHz By RCA Service Company, 1972. A gyakorlatban ezért a kvázicsúcsdetektort cél [3] I T T : Reíerence data for radio engineers. Howard szerű alkalmazni. Impulzus h a t á s á r a a kvázicsúcsW . Sams and Co, Inc. 1972. detektoron keletkező feszültség: T4] Donald G. Fink: Electronik Engineers' Handbook. Mc-Graw-Hill. Inc. 1975. Ukcs = \A\-A-IB-Ud(ct), (22) [5] Donald H. Hamsher: Communication System Engineering Handbook Mc-Graw-Hill. Inc. 1967. ahol Ud(<x)~ a kvázicsúcsdetektor egyenirányítási [6] RSGB: Radio Communication Handbook Volume tényezője (lásd a 20. á b r á t ) . A z átlagfeszültséget mérő 2. Garden City Press Limited, 1976. [7] John D. Lenk: Handbook of practical electronic detektor feszültsége egyenesen arányos az impulzus tests and measurements. Prentice-Hall, Inc. 1969. ismétlődési frekvenciájával, de nem függ a vevő [8] Csepregi Horváth Kázmér: Elektronikai mérés sávszélességétől: technika. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1979. [9] CCIR Recommandation 433 - 3 Volume I , X l V t h Ua-lAl-A-fo. (23) Plenary Assembly Kyoto, 1978. [10] CCIR Report 670, Volume I , X l V t h Plenary Alacsony impulzus ismétlődési frekvencia esetén Assembly, Kyoto, 1978. a m é r t feszültség értéke nagyon kicsi, ezért impul [11] C.I.S.P.R. 4. C.I.S.P.R. measuring set speciíication for frequency rangé 300 MHz to 1000 MHz. zus-zaj mérésre általában nem használják. A z effek tív értéket mérő detektor az alábbi feszültséggel v á [12] C.I.S.P.R. 4A. First supplement to C.I.S.P.R. Publication 4, 1967. laszol az impulzusra: [13] C.I.S.P.R. 5. Radio interl'erence measuring appa r á t u s having detectors other than Quasy-peak. Ueff = 1,41 • A • yj^IB. (24) [14] C.I.S.P.R. 7. Recommandations of C.I.S.P.R. [15] C.I.S.P.R. 7A. First supplement to C.I.S.P.R. Vagyis a kapott feszültség négyzetgyökösen a r á Publication 7, 1973.
180
Híradástechnika
XXXIII.
évfolyam 1982. 4. szám
