plik PDF - Instytut Radioelektroniki

POLITECHNIKA WARSZAWSKA
Instytut Radioelektroniki
Zakład Radiokomunikacji
LABORATORIUM TECHNIKI ODBIORU RADIOWEGO
Ćwiczenie 3
Badanie parametrów odbiornika radiofonicznego AM/FM
(instrukcja do ćwiczenia)
opracował dr Wojciech Kazubski
w. 2
Warszawa 2013
1. Wykaz aparatury
●
●
●
●
generator sygnałowy AM/FM,
miernik sygnału m. cz.,
zasilacz,
badany odbiornik.
2. Charakterystyka wejściowo-wyjściowa odbiornika
Wyznaczenie charakterystyki wejściowo-wyjściowej odbiornika odbywa się poprzez
pomiar poziomu sygnału i poziomu szumów na wyjściu odbiornika w funkcji poziomu
sygnału wejściowego. Zazwyczaj poziom szumów mierzy się wyłączając modulacj ę sygnału
w. cz., pozostawiając jedynie falę nośną, co w efekcie pozwala na wyznaczenie stosunku
sygnał/szum S/N na wyjściu odbiornika. Alternatywnie może być stosowana metoda SINAD,
w której szumy i zniekształcenia mierzy się po wytłumieniu sygnału pomiarowego za
pomocą filtru pasmowozaporowego. Oprócz szumów mierzone są wtedy harmoniczne
sygnału wejściowego i uzyskiwany wynik często nie jest tak wysoki jak w metodzie S/N
jednak pomiar jest nieco szybszy.
Rysunek 1: Przykładowa charakterystyka wejściowo-wyjściowa odbiornika
Na podstawie charakterystyki wejściowo-wyjściowej można wyznaczyć cały szereg
parametrów charakteryzujących badany odbiornik:
● czułość ograniczona wzmocnieniem - jako najmniejszy poziom sygna łu, przy którym
odbiornik dostarcza sygnał wyjściowy o żądanym poziomie, zależy od wzmocnienia
uzyskiwanego przez poszczególne stopnie odbiornika,
● czułość ograniczona szumami - jako najmniejszy poziom sygnału, przy którym odbiornik
dostarcza sygnał wyjściowy o żądanym stosunku sygnał/szum, zależy (między innymi) od
właściwości szumowych pierwszego stopnia odbiornika (zwykle wzmacniacza w. cz.)
● czułość użytkowa - jako większa z powyższych wielkości,
● maksymalny poziom sygnału wejściowego - jako poziom sygnału, przy którym odbiornik
zaczyna wykazywać objawy przesterowania sygnałem w. cz. (ponowny wzrost sygnału
wyjściowego, wzrost zniekształceń),
● stosunek sygnał/szum - mierzony dla optymalnego poziomu sygnału w. cz.,
Dodatkowo dla odbiorników AM można jeszcze określić skuteczność automatycznej
regulacji wzmocnienia, znajdując najszerszy przedział poziomu sygnału wejściowego, w
którym poziom sygnału wyjściowego zmienia się w granicach 6dB.
W odbiornikach FM określa się próg ograniczania. Jest to poziom sygna łu wyjściowego,
dla którego uzyskuje się poziom sygnału wyjściowego maleje o 3dB w porównaniu z
wielkością mierzoną dla większych sygnałów.
Równocześnie z pomiarem charakterystyki wejściowo-wyjściowej można przeprowadzić
pomiar współczynnika harmonicznych w sygnale wyjściowym, co umożliwia łatwiejsze
wykrycie objawów przesterowania.
3. Metody pomiaru selektywności odbiornika
Selektywność odbiornika z modulacją AM można wyznaczyć badając amplitudę sygnału
wyjściowego m. cz. na wyjściu odbiornika przy odstrajaniu częstotliwości no śnej
modulowanego sygnału w. cz. od częstotliwości dostrojenia odbiornika. Zazwyczaj
zmierzoną charakterystykę selektywności normalizuje się tak, aby dla zerowego odstrojenia
uzyskać 0dB, wtedy po obu stronach charakterystyka będzie opadać w kierunku wartości
ujemnych. Aby liczbowo scharakteryzować selektywność odbiornika zwykle podaje się
wielkość (w decybelach) o jaką zostanie stłumiony sygnał przy odstrojeniu o jeden kanał, na
zakresach AM jest to zwykle 9kHz. Często zdarza się, że charakterystyka selektywności jest
asymetryczna i selektywności mierzone przy odstrojeniu w górę i w dół są ró żne, Podaje si ę
wtedy wartość gorszą (mniejszą). Pomiar selektywności musi być przeprowadzany na
odcinku charakterystyki poniżej progu zadziałania układu ARW, gdyż ewentualne zmiany
wzmocnienia odbiornika wprowadzane przez ten układ doprowadzą do zniekształcenia
charakterystyki selektywności.
Powyższa technika nie daje dobrych wyników w przypadku odbiorników o dużym
wzmocnieniu, gdyż sygnał pomiarowy szybko zginie w szumach własnych odbiornika. Aby
tego uniknąć używa się zmodyfikowanej metody pomiaru, w której tak dobiera się poziom
sygnału wejściowego w. cz. aby utrzymywać poziom sygnału wyjściowego m. cz. odbiornika
na stałej wartości. Przy odstrojeniu sygnału pomiarowego od częstotliwości pracy odbiornika
poziom ten będzie większy i otrzymana charakterystyka będzie miała zbocza skierowane ku
górze. Również w tym przypadku pomiar selektywności musi być przeprowadzany na
odcinku charakterystyki poniżej progu zadziałania układu ARW.
Selektywność odbiorników FM musi być określona innymi metodami, gdyż poziom
sygnału m. cz. zależy przede wszystkim od dewiacji częstotliwości a nie od poziomu sygna łu
wejściowego. W praktyce stosuje się dwie metody pomiarowe, metodę jednosygna łową i
metodę dwusygnałową.
W metodzie jednosygnałowej na wejście odbiornika podaje się sygnał niemodulowany i
poszukuje się takiego poziomu sygnału, przy którym uzyskuje się określony stopień
wytłumienia szumu na wyjściu odbiornika, np. do poziomu 30dB poniżej nominalnego
poziomu sygnału wyjściowego z modulacją. Wykonując serię pomiarów w funkcji
odstrojenia od częstotliwości nominalnej uzyskuje się charakterystykę selektywności
analogicznie jak poprzednio.
Metoda dwusygnałowa wymaga podania na wejście odbiornika dwóch sygnałów.
Pierwszy z nich, niemodulowany, znajduje się na częstotliwości nominalnej, podczas gdy
drugi sygnał (sygnał zakłócający) jest modulowany i jego częstotliwość nośna jest zmieniana
w żą danym zakresie pomiaru. Sygnał zakłócający może mieć modulację zarówno sygna łem
harmonicznym jak i szumowym (normy pomiarowe odbiorników radiofonicznych definiują
oba warianty). Poziom sygnału zakłócającego dobiera się tak, aby modulacja sygna łu
zakłócającego przenikała do sygnału wyjściowego odbiornika z określonym przez normę
tłumieniem. Charakterystyka poziomu sygnału zakłócającego w funkcji odstrojenia od
częstotliwości nominalnej jest poszukiwaną charakterystyką selektywności. W metodzie tej
uzyskuje się nieco inne wyniki niż w metodzie jednosygnałowej, w przybliżeniu pasmo
częstotliwości przenoszonych przez tor p. cz. rozszerza się o wielkość dewiacji częstotliwości
użytego sygnału zakłócającego.
4. Pomiary charakterystyki przenoszenia toru m. cz.
Od tej charakterystyki zależy jakość odbieranego sygnału. Wyznacza się ją podając na
wejście odbiornika sygnał o stałej częstotliwości i stałej amplitudzie fali no śnej, ale o
zmiennej częstotliwości modulującej i mierząc poziomu sygnału wyjściowego. Zazwyczaj
uzyskaną charakterystykę normalizuje się tak, aby dla częstotliwości 1kHz poziom wyniós ł
0dB. Na podstawie uzyskanej charakterystyki określa się pasmo przenoszenia odbiornika,
zazwyczaj dla 3dB spadku poziomu sygnału.
W przypadku transmisji FM, po stronie nadawczej stosuje się preemfazę polegającą na
podbiciu składowych sygnału modulującego o wyższych częstotliwościach. Kompensuje się
ją w odbiorniku poprzez odpowiednie stłumienie tych składowych w procesie deemfazy.
Dzięki temu uzyskuje się poprawę stosunku sygnał/szum w odebranym sygnale i równie ż
zwiększenie czułości odbiornika. W radiofonii FM standardowa charakterystyka preemfazy i
deemfazy odpowiada charakterystyce filtru górno- lub dolnoprzepustowego pierwszego rzędu
o stałej czasowej 50µs w Europie i 75µs w Ameryce. Przy pomiarze charakterystyki
przenoszenia toru m. cz. odbiornika FM uwidacznia się charakterystyka deemfazy. Aby
uzyskać całkowitą charakterystykę toru transmisyjnego należy dodać obliczoną
charakterystykę preemfazy lub wyznaczyć różnicę pomiędzy idealną charakterystyką
deemfazy a charakterystyką zmierzoną w odbiorniku.
5. Zadania do wykonania
1. Pomiary charakterystyki wejściowo-wyjściowej1
Zdjąć charakterystykę wejściowo-wyjściową na wybranym zakresie AM (fale długie lub
średnie) i na zakresie FM. Pomiar wykonać na częstotliwości środkowej zakresu:
•
200kHz dla zakresu fal długich,
•
1MHz dla zakresu fal średnich,
•
98 MHz dla zakresu UKF.
Dla zakresów AM sygnał powinien mieć modulację amplitudy o g łęboko ści 30% i
częstotliwości modulującej 1kHz, natomiast dla FM dewiacj ę sygna łu nale ży ustawi ć na
75kHz. Pomiary wykonywa ć dla zakresu poziomu sygna łu wej ściowego od -10dB μV do
+90dB μV lub do zaobserwowania efektów przesterowania odbiornika.
Poziom sygnału na wyjściu odbiornika odczytywać w decybelach (wzgl ędem 1V) lub
sporządzić wykres w skali logarytmicznej.
Na podstawie charakterystyki określić wymienione we wst ępie parametry odbiornika.
Czułość ograniczoną szumami na zakresach AM określić dla stosunku S/N równego 26dB, a
dla zakresu FM dla 30dB. Czułość ograniczoną wzmocnieniem należy ustalić jako minimalny
poziom sygnału, przy którym odbiornik oddaje nominalną moc wyjściow ą sygnału m. cz. Dla
wyjścia LINE czułość określa się dla poziomu sygna łu wyj ściowego wynosz ącego 200mV
(minimalne napięcie określone przez normę dla tego wyj ścia). Odbiorniki samochodowe
mają regulowany poziom sygnału na wyjściu sterowania dodatkowym wzmacniaczem mocy i
w związku z tym pomiary trzeba przeprowadzać przy ustawieniu si ły g łosu na maksimum lub
uwzględnić poprawkę na stłumienie sygnału regulatorem wzmocnienia.
2. Pomiary selektywności
Określić charakterystykę selektywności odbiornika dla zakresu AM i FM (metod ą
jednosygnałową) dla częstotliwości przyjętych w zadaniu 1. Dla zakresu AM sprawdzi ć, jak
zmieni się uzyskiwana zależność jeśli poziom sygna łu wej ściowego b ędzie wi ększy od progu
zadziałania ARW.
Na podstawie uzyskanej charakterystyki określić selektywno ść przy odstrojeniu o 9kHz
dla AM i o 200kHz dla FM.
3. Pomiar charakterystyki przenoszenia toru m. cz.
Dla ustalonego poziomu sygnału wejściowego (zapewniaj ącego dobry odbiór) zmierzy ć
charakterystykę przenoszenia toru m. cz. W tym celu do wejścia sygnału moduluj ącego
generatora dołączyć generator m. cz. i ustawić poziom sygnału około 1V, tak aby znik ł napis
“LO” bądź “HI’ na wyświetlaczu generatora. Odczytany poziom sygna łu wyj ściowego
znormalizować względem wartości uzyskanej dla częstotliwości moduluj ącej 1kHz.
Porównać szerokość pasma sygnału m. cz. z szerokości ą pasma toru p. cz. okre ślon ą w
poprzednim zadaniu.
Dla zakresu FM zaobserwować wpływ deemfazy i porówna ć zmierzon ą charakterystyk ę
z charakterystyk ą dolnoprzepustowego filtru RC pierwszego rz ędu o sta łej czasowej 50 μs.
Sporządzić wykres charakterystyki powstającej po odj ęciu charakterystyki filtru RC od
charakterystyki zmierzonej.
4. Pomiar charakterystyki tłumienia modulacji amplitudy
Pomiar ten przeprowadza się dla zakresu FM (fale ultrakrótkie). Do wej ścia odbiornika
doprowadza się sygnał z modulacją amplitudy o g łęboko ści 30% i cz ęstotliwo ści sygna łu
modulującego równej 1kHz. Poziom sygnału wyj ściowego mierzy si ę wzgl ędem poziomu
sygnału wyjściowego zmierzonego w zadaniu 1 (pomiar z w łączon ą modulacj ą) dla takiego
samego zakresu zmian poziomu sygnału wejściowego.
ZAGADNIENIA KOLOKWIUM WSTĘPNEGO
●
●
●
●
●
odbiornik z przemianą częstotliwości: zasada działania, zalety, wady,
sposób uzyskiwania selektywności w odbiornikach bezpo średniego wzmocnienia i z
przemianą częstotliwości,
czułość odbiornika sygnałów z modulacją analogową, definicja,
preemfaza i deemfaza,
pasmo przenoszenia toru akustyczmego.