190804. lajstromszámú szabadalom • Mérési elrendezés kis relatív frekvenciatávolságú szinuszos jelek frekvenciájának mérésére
1 2 A találmány tárgya mérési elrendezés kis relatív frekvenciatávolságú szinuszos jelek frekvenciájának a mérésére, amely mérési elrendezés előnyösen alkalmazható például amplitúdómodulált azonos csatomájú rádióadások zavartatásának mérésekor, de alkalmazható tetszőleges frekvenciamérő berendezésben, elsősorban is nagyfrekvenciás térerősségmérő készülékekkel kapcsolatos frekvenciamérő berendezésekben. Ismeretesek olyan mérőkészülékek, amelyekkel elektromos jelek frekvenciáját vagy egyéb tulajdonságait mérik. Ha a mérendő jel összetett, és tartalmaz egymáshoz közeli frekvenciájú komponenseket is, akkor a mérést általában úgy végzik el, hogy amennyiben erre a mérőkészülék lehetőséget ad, a jeleket egymástól szétválasztják. A középfrekvenciás jelek esetében azonban a szétválasztásnak az alkalmazott rezonanciaáramkörök véges jósági tényezője szab határt, ha viszont a sávszélességet csökkentjük, a készülék frekvenciaállítási nehézségei fokozódnak. Nagyfrekvenciás térerősségmérések során alkalmazható frekvenciamérési eljárásokat ismertet például a CCIR Report 272-4 (CCIR XIV. Plenary Assembly, 1978. Kyoto, Volume I, ITU), amely módszerek egy része egyáltalán nem használ szelektív elemet a mérés során, más részük a szelektivitást az alkalmazott nagyfrekvenciás mérővevővel oldják meg. A nagyfrekvenciás mérővevőkészülékekben alkalmazott legkisebb sávszélességű szűrő általában 100 Hz nagyságrendű sávszélességet biztosít (ilyenek például a Rohde Schwarz ESH-2, ESH-3, EKO70 típusú vevőkészülékek). Abban az esetben, ha például a térerősségmérő műszerrel az azonos névleges frekvenciájú amplitúdómodulált adások tényleges vivőfrekvenciáinak megmérése a cél, akkor ez csak abban az esetben tehető meg, ha az adások vivőfrekvenciájának különbsége jelentősen nagyobb a vevőkészülék sávszélességénél. Nemzetközi előírás rögzíti, hogy az amplitúdómodulált műsorszóró adások vivőfrekvenciájának a névlegestől mért megengedett legnagyobb eltérése ± 10 Hz lehet. A szokásosan alkalmazott mérővevőkészülékekkel tehát az esetek nagy részében az azonos névleges frekvenciájú adások vivőfrekvenciája külön-külön nem mérhető meg. Adott tehát egy összetett elektromos jel, amelynek tulajdonságait mérni szeretnénk. A jel származhat egyebek mellett rádiócsatornából, mérés alatt álló elektromos vagy villamos szerkezetből, rádióadó vagy vevő egyes áramköreiből, fizikai mennyiségeket elektromos jellé alakító eszközből, pl. gyorsulásérzékelőből stb. Az összetett jel tartalmazhat vegyesen szinuszos és sztochasztikus komponenseket. Példaként több, névlegesen azonos frekvenciájú műsorszóró AM adót tartalmazó rádiófrekvenciás csatorna spektrumát mutatja a 2. ábra. Azok a tulajdonságok, amelyeket ezen az összetett jelen mérni szeretnénk, szintén sokfélék lehetnek. így pl. az összetett jelben szereplő szinuszos komponensek frekvenciájának és szintjének méré! se, az összetettjei sávszélességének mérése, egységnyi sávszélességbe eső jelteljesítmény mérése. A mérési feladatok mindegyike meghatározott sávszélességű mérőrendszert kíván. Ha pl. a 2. áb- 5 rán látható vivőhullámok 1 Hz frekvenciatávolságra vannak egymástól, akkor a mérőrendszer sávszélessége lényegesen kisebb kell legyen ennél, hogy ezeket a vivőhullámokat külön-külön megmérhessük. 10 Az ismert rádiófrekvenciás mérőrendszerek, rádióvevők, szelektív szintmérők, spektrumanaíizátorok, ilyen kis sávszélességgel nem rendelkeznek, a legkisebb sávszélesség tipikusan 100 Hz. A találmánnyal célul tűztük ki egy olyan mérési 15 elrendezés kialakítását, amely lehetővé teszi egészen közeli szinuszos jelek frekvenciájának egyidejű, egymástól független mérését, és amely jelentősen megjavítja az ismert frekvenciamérő készülékek frekvenciában értelmezett felbontását. 20 A találmány szerinti mérési elrendezés azon a felismerésen alapult, hogy ha a vizsgálni kívánt összetettjeiét alacsonyabb frekvenciára lekeveijük, javíthatjuk a szelektivitást, és egy megfelelő alacsonyfrekvenciás és kívánt szelektivitású mérömű- 25 szerrel mérhetjük a jelet. Alacsonyfrekvenciás mérőműszerként pedig alkalmazhatunk hangolható szelektív analóg mérőműszert vagy digitális spektrumképző műszert, a továbbiakban FFT analizátort. 30 összefoglalva tehát a találmány szerint a frekvenciafeibontás javítása megoldható a mérendő összetett jel lineáris lekeverésével közel nulla frekvenciára, két különböző, célszerűen egymáshoz képest 90 fokos szorzójellel. A lekevert jelek ismert 35 spektrumanalízis módszerekkel, célszerűen digitális gyors Fourier transzformációval elemezhetők, és a frekvenciában közeli szinuszos komponensek a spektrumanalízis segítségével kinyerhetők. Az elérhető frekvenciafelbontást az alkalmazott 40 Fourier transzformáció paraméterei meghatározzák, néhány mHz-es effektiv sávszélesség könnyen megvalósítható. Az analóg szelektív mérőműszerrel szemben, amely egyszerre csak egy frekvenciára hangolható, 45 az FFT analizátor előnye, hogy a működési frekvenciasávjába eső összes digitális frekvenciacsatornán egyszerre szolgáltatja az eredményt, továbbá a szelektivitásgörbéje matematikailag pontosan leírható, időben állandó. 50 Példaként bemutatunk egy mérést frekvencianyújtást (zoom) nem tartalmazó FFT analizátorral. A zoomot nem tartalmazó FFT analizátorban az elemzett frekvenciasáv mindig 0 Hz-től indul. 55 A végkitérési frekvencia két szélső érték között lépésekben állítható. A kiválasztott frekvenciasáv spektrumát a típus által meghatározott, állandó számú digitális frekvenciacsatomára elosztva kapjuk meg. A 3. ábrán példaképpen a Brűel and Kjaer 6o cég 2033 típusú FFT analizátor adatait láthatjuk. A végkitérési frekvencia 10 Hz és 20 Hz között 1, 2, 5, 10 lépésekben állítható, a spektrumot 400 digitális csatornán kapjuk. Egy digitális csatorna szélessége tehát a végkitérési frekvencia 400-ad ré-190 804 65 2
