5. MĚŘENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ RÁDIOVÉHO PŘIJÍMAČE

Transkript

1 Cíl měření 5. MĚŘENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ RÁDIOVÉHO PŘIJÍMAČE Pro daný komunikační přijímač změřit: 1) citlivost 2) charakteristiku AGC 3) dobu reakce AGC Přístrojové vybavení pracoviště Komunikační přijímač AOR AR 5000 Stereowattmetr (se standardní zátěží 8 Ohm) Generátor Rohde&Schwarz SMY 01 Osciloskop Tektronix TDS 3012B Blokové schéma VF generátor vstupní díl 1 MF 2 MF + banka filtrů 3 MF AGC AM demodulátor NF zesilovač +PP u NF stereowattmetr +zátěž 8 Ohm osciloskop Výstup AGC Obr. 1: Schéma zapojení Úvod Rádiové přijímače umožňují selektivně vybírat a dále zpracovávat zvolený signál ze spektra elektromagnetických vln, zachycovaných přijímací anténou. Nejrozšířenějším typem rádiového přijímače je heterodynní přijímač, jehož základní blokové schéma je na obr. 2. f s Vstupní obvod VF zesilovač f s Směšovač f MF MF zesilovač Demodulátor Koncový stupeň f o Místní oscilátor Obr. 2: Blokové schéma heterodynního přijímače Úkolem selektivního vstupního obvodu je vybrat ze všech signálů dopadajících na anténu signál žádaný. V následujícím VF zesilovači je tento signál zesílen a současně jsou zde 1/7 ZS ( )

2 potlačeny zbytky rušivých signálů prošlých vstupním obvodem, zejména signálů ležících daleko od žádaného signálu. Ve směšovači (měniči kmitočtu) je přijímaný signál s kmitočtem f s pomocí signálu místního oscilátoru f o přeměněn na mezifrekvenční signál s kmitočtem f MF, určeným vztahem f MF = f o - f s (f o > f s ). Mění-li se kmitočet přijímaného signálu, mění se zároveň i kmitočet místního oscilátoru a to právě tak, aby byl mezifrekvenční kmitočet stále konstantní. Díky tomu může být mezifrekvenční zesilovač naladěn na fixní kmitočet f MF a zajistit tak velké zesílení a současně i velkou citlivost a selektivitu přijímače. Obsahuje-li přijímač dva nebo více těchto obvodů hovoříme o přijímači s dvojím či trojím směšováním, atd. Za posledním mezifrekvenčním zesilovačem následuje demodulátor, který z modulovaného mezifrekvenčního signálu získá původní modulační signál. Ten je potom zesílen v koncovém nízkofrekvenčním stupni. K proměření dostáváte komunikační přijímač japonské firmy AOR. Jedná se o heterodynní přijímač s trojím směšováním. Blokové schéma je na obr. 3 a technické parametry jsou v tab. 5 až 7. Tento přijímač slouží jak k profesionálnímu tak k radioamatérskému sledování analogového rádiového provozu na vlnových rozsazích 10 khz MHz s nejrůznějšími druhy provozu (FM, AM, SSB modulace s jedním postranním pásmem, CW kontinuální vlna, použití v telegrafii, ). Každé rádiové pásmo vyžaduje jiné antény, proto je přístroj vybaven více vstupy pro pohodlnou záměnu antén bez přepojování. Každý druh rádiového provozu může vyžadovat jinou šířku pásma, přijímač tedy disponuje bankou nastavitelných MF (mezifrekvenčních) filtrů (viz tab. 7). Pro vyrovnání úrovně zpracovávaných signálů se využívá funkce pro automatické nastavení zisku AGC. Poznámky k měření Měření budou prováděna podle normy RTCA (Requirements and Technical Concepts for Aviation) pro letecké radiokomunikace, které pracují ve frekvenčním pásmu 117, MHz (na krajích pásma je ochranné pásmo 12,5 khz, a např. při šířce kanálu 25 khz má nejnižší resp. nejvyšší kanál frekvenci 118 MHz resp. 136,975 MHz). Základní nastavení VF (vysokofrekvenčního) generátoru Frekvence nosné vlny (RF) 130,1 MHz; úroveň (LEVEL) 100 µv; modulace amplitudová (AM), hloubka modulace 30%, modulační frekvence (AF) 1 khz (standardní hodnoty). Nastavení komunikačního přijímače Nastavování parametrů komunikačního přijímače se provádí malým otočným regulátorem vpravo dole, volba se potvrzuje stiskem tlačítka (ENT), špatný výběr lze zrušit klávesou CLR. Zkontrolujte, příp. nastavte následující: VFO: tlačítko (VFO) stisknout tolikrát, až se na displeji vpravo dole zobrazí VA (tato volba umožní manuální nastavení parametrů přijímače) modulace: tlačítko (MODE) - AM anténa: FUNC ANT (tlačítko (ATT)) - anténa 1 atenuátor: tlačítko (ATT) 0 db pro bod 1) a 10 db pro body 2) a 3) - viz postup měření AGC: FUNC AGC (tlačítko (STEP)) - FAST zisk: FUNC RF GAIN (tlačítko (6)) - manuální nastavení (na displeji nesvítí N-SQL) - otočným regulátorem SQUELCH (pozn. squelch = umlčení - slouží v jiné konfiguraci přijímače pro umlčení rušivých signálů) zvolte maximální zisk, natočte regulátor do krajní polohy vlevo MF filtr: FUNC IF BW (tlačítko (3)) - 6 khz 2/7 ZS ( )

3 NF výstup: FUNC AF.SET (tlačítko (MODE)) - dále volbou UP/DOWN - dolní propust: A LPF - 3 khz - horní propust: A HPF Hz - deemfáze vypnuta DE.ENP - THRU frekvence 130,1 MHz hlasitost: otočný prvek AF GAIN - prvek nastavte tak, aby byl výstupní výkon 50 mw (odečítá se na stereowattmetru při základním nastavení VF generátoru) Na standardní zátěži je zvolena hodnota 8 Ω. Ovládání osciloskopu kanál se aktivuje (platí pro zobrazení signálu i další volby v menu) / vypíná: stisknutím CH1, resp. CH2 / OFF automatické nastavení: AUTOSET (pozor ruší některá nastavení, je vhodné jej užít pouze v úplném začátku měření a poté již vstupní dělič a časovou základnu nastavovat ručně) vstupní dělič (pro aktivní kanál): SCALE posun stopy svisle, vodorovně: POSITION, POSITION časová základna (stejná pro oba kanály): SCALE vazba pro vstupní signál stejnosměrná / střídavá, DP filtr zařazen / vyřazen (pro aktivní kanál): VERTICAL MENU Coupling: DC / AC, Bandwidth: 20 MHz / Full zdroj synchronizace, vazba pro synchronizaci: TRIGGER MENU Source: Ch1 / Ch2, Coupling: DC / HF Reject / LF Reject / NOISE Reject Pokud osciloskop ztratí synchronizaci, může zcela přestat zobrazovat signály; pro stabilnější stopu je vhodné při zobrazování signálů s nízkou frekvencí volit HF Reject a naopak pro signály vyšších frekvencí LF Reject; obvykle vyhovuje DC. měření parametrů (pro aktivní kanál) např. frekvence: MEASURE pomocí -morenalistovat a tlačítky na pravé straně u displeje zvolit Frequency; při měření efektivní hodnoty zvolte RMS, pro měření střední hodnoty (stejnosměrné při DC vazbě) zvolte Mean; Osciloskop měří hodnotu napětí jak se sluší a patří, pokud signál vyplňuje alespoň 1/3 obrazovky; při měření frekvence je potřeba zobrazit více než jednu periodu. časový úsek (frekvenci) je možné měřit pomocí vertikálních kurzorů, rozdíl napětí pomocí horizontálních kurzorů: CURSOR V Bars resp. H Bars K bodu 1) Citlivostí rádiového přijímače se obecně rozumí jeho schopnost přijímat slabé signály. Citlivost je určena především zesílením přijímače, mají však na ni podstatný vliv i jeho šumové vlastnosti. Citlivost omezená ziskem (maximální citlivost) charakterizuje zesilovací schopnost přijímače bez ohledu na jeho vlastnosti šumové. Při příjmu slabých signálů, jejichž úroveň je srovnatelná s úrovní šumů jsou však pro kvalitu rozhodující právě tyto šumové vlastnosti, které reprezentuje citlivost omezená šumem (užitečná citlivost). Je to minimální úroveň vstupního signálu se standardní modulací dávající standardní výstupní výkon při zvolené hodnotě poměru signálu k šumu S/N. Standardní výstupní výkon je obvykle udán výrobcem, ostatní veličiny a postupy měření udávají příslušné normy. Všechny normy pro rádiové přijímače s amplitudovou modulací považují za standardní vstupní signál s modulační frekvencí 1 khz a hloubkou modulace 30 %, poměr S/N obvykle záleží na oblasti použití přijímače [pro rozhlasové přijímače je to 26 db (podle normy ČSN IEC 315-3), pro komunikační přijímače 10 db, pro letecké přijímače 6 db]. Měření citlivosti lze provést podle blokového schématu zapojení na obr. 1. Na anténní vstup přijímače je připojen vysokofrekvenční signálový generátor, na výstup je místo 3/7 ZS ( )

4 reproduktoru připojena standardní umělá zátěž, což je činný odpor s hodnotou shodnou se jmenovitou hodnotou impedance reproduktoru, v našem případě 8 Ω. Postup při měření a) Na signálovém generátoru nastavte frekvenci nosné vlny 130,1 MHz, modulační frekvenci 1 khz, interní amplitudovou modulaci, hloubku modulace 30% a výstupní napětí 100 µv. b) Regulátor hlasitosti přijímače nastavte tak, aby byl výstupní výkon přijímače 50 mw, změřte na osciloskopu efektivní hodnotu užitečného výstupního napětí včetně šumu u NF (signál+šum = S+N) a zapište ji do tabulky 1. Vypočtěte odpovídající hodnotu napětí šumu u N (N) tak, aby odstup (S+N)/N byl 6, 10, resp. 26 db (využijte hodnoty poměru napětí z domácí přípravy) a hodnoty u N poznamenejte do tab. 1. c) Vypněte modulaci. V tomto případě měří osciloskop při dostatečně dlouhém běhu časové základny (200 ms) efektivní hodnotu napětí šumu u N (N) závisející na úrovni vstupního VF signálu (nemodulované nosné vlny) u VF. Snižte velikost vstupního VF signálu tak, aby šumové napětí u N na NF výstupu odpovídalo hodnotě vypočtené v bodě b). (Nenastavujte velikost vstupního VF signálu nižší než 0,4 µv.) d) Nalezená úroveň vstupního VF napětí u VF udává citlivost přijímače, pokud při zapnutí modulace při této VF úrovni je výstupní výkon přijímače alespoň 10 % standardního výkonu nastaveného v bodě a), tedy 5 mw. e) Stejným postupem změřte citlivost přijímače pro poměr (S+N)/N = 10 db a 26 db. f) Měření zopakujte pro oba krajní kmitočty pásma ale jen pro odstup (S+N)/N = 10 db. Výsledky zapište do tabulek 1 a 2. K bodu 2) Tabulka 1: f = 130,1 MHz (S+N)/N [db] u NF [mv] u N [mv] citlivost [µv] Tabulka 2: (S+N)/N = 10 db f [MHz] u NF [mv] u N [mv] citlivost [µv] 130, ,975 Přijímač musí být schopen zpracovat značný rozsah amplitud přijímaného signálu. Aby přijímal slabé signály, bývá konstruován tak, aby byl velmi citlivý - vstupní signál je velmi zesílen. Avšak v případě silných vstupních signálů by mohlo dojít při takovém zesílení k přesycení obvodů zpracovávajících signál a ke zkreslení signálu a tím ke zhoršení věrnosti reprodukce. Proto bývá ve vhodném místě přijímače umístěn obvod, který nastavuje zisk podle velikosti zpracovávaného signálu a tím zamezuje pro silné vstupní signály zesílení amplitudy nad hodnotu, kterou je možné přijímačem zpracovat (AGC Automatic Gain Control). Charakteristika AGC: Podle normy RTCA by se výstupní výkon neměl měnit o více než 6 db při změně úrovně standardního vstupního signálu v rozsahu od 10 µv do 10 mv. Postup při měření 4/7 ZS ( )

5 a) Na vstup přijímače zařaďte atenuátor 10 db - tlačítko (ATT) - 10 db. b) Na signálovém generátoru nastavte frekvenci nosné vlny 130,1 MHz, standardní amplitudovou modulaci a výstupní úroveň 10 µv. c) Regulátor hlasitosti přijímače nastavte tak, aby výstupní výkon nebyl větší než 50 mw v rozsahu vstupního napětí od 10 µv do 10 mv. d) Pro úrovně vstupního napětí u VF podle tabulky 3 změřte efektivní hodnotu výstupního napětí přijímače u NF a stejnosměrné napětí na výstupu AGC U AGC a hodnoty zaznamenejte do tabulky. e) V závěru vyhodnoťte, zda přijímač vyhovuje normě. Tabulka 3 u VF 10 µv 100 µv 1 mv 10 mv 100 mv 200 mv u NF [mv] U AGC [V] K bodu 3) Doba reakce AGC: Při skokové změně úrovně standardního vstupního signálu z 200 mv na 10 µv by měl výstupní výkon přijímače dosáhnout během 0,25 s úrovně 3dB pod úrovní výkonu při vstupním napětí 10 µv. Postup při měření a) Na vstup přijímače zařaďte atenuátor 10 db - tlačítko (ATT) - 10 db. b) Na signálovém generátoru ponechte předchozí nastavení frekvence a modulace a nastavte amplitudu výstupního napětí 200mV. c) Na osciloskopu nastavte vhodnou amplitudu a rychlost časové základny 400 ms. d) Připravte si na generátoru změnu amplitudy (místo 200 napište 10), na osciloskopu použijte jednorázovou časovou základnu (SINGLE) a na generátoru stiskněte ihned poté tlačítko µv. e) Odečtěte pomocí vertikálních kurzorů dobu reakce AGC a zapište ji do závěrů měření. Domácí příprava bez vypracované domácí přípravy nebude povoleno zahájení měření Jakému poměru napětí U x / U 0 (U 0 = 1 V) respektive výkonů P x / P 0 (P 0 = 1 W) odpovídají poklesy o 3 db, 6 db, 10 db a 26 db? Vypočítané hodnoty zapište do tabulky a použijte při měření. db U x / U 0 P x / P 0 Závěrečné úkoly a otázky vypracují se při, případně na konci měření Zjistěte, zda naměřená citlivost přijímače splňuje údaj výrobce. údaj výrobce: změřeno: vyhodnocení: Vyhodnoťte, zda charakteristika a doba reakce AGC vyhovují požadavkům na letecké přijímače: charakteristika AGC doba reakce AGC 5/7 ZS ( )

6 Tab. 5: Některé technické parametry AR5000 Frequency range Tuning Modes I.F frequencies Standard fitted filters I.F. output Aerial input Audio output (13.5V) 10 khz ~ 2600 MHz (minimum accepted frequency input 5 khz) NCO 1Hz ~ khz AM, FM, USB, LSB & CW 1st I.F MHz, 2nd I.F MHz, 3rd I.F. 455 khz 3 khz, 6 khz, 15 khz, 30 khz, 110 khz & 220 khz (provision for 500 Hz option) 10.7 MHz with maximum ± 5 MHz bandwidth 50 OHM unbalanced N-TYPE & SO WATT into 8 10 % THD Tab. 6: Citlivosti přijímače AR5000 udané výrobcem (hodnoty v µv ) Receive frequency 10kHz - 40kHz 40kHz -100kHz 100kHz 2MHz 2 MHz 40MHz 40MHz 1,000MHz 1,000MHz 2.6GHz 10 db S/N AM 6 khz 12 db SINAD SSB/CW 3 khz 12 db SINAD FM 15 khz 12 db SINAD FM 220 khz Tab. 7: Hodnoty šířky pásma MF filtrů přijímače AR5000 udané výrobcem Filter khz Total noise bandtwidth khz/db Total skirt bandtwidth khz/db /7 ZS ( )

7 Obr. 3: Blokové schéma komunikačního přijímače AOR AR /7 ZS ( )