172706. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés kvázilineáris rendszerek nemlineáritásának mérésére
3 172706 4 — speciális műszert (torzításmérőt, vagy szelektív feszültségmérőt) kíván — a műszert a mérési frekvenciának megfelelően minden mérésnél pontosan be kell hangolni, — a kiértékelés általában hosszadalmas (vagy 5 számolni kell, hogy minden mérőszintnél az alapharmonikusra kell normalizálni), — az előző két pontból következik, hogy a mérés nehezen automatizálható, — a kapott torzítási érték nem jellemzi jól a 10 kvázilineáris rendszer nemlinearitását, ha az szinusztól eltérő jelek átvitelére használatos. A kvázilineáris rendszerek nemlinearitásának az átvitt sztohasztikus jelekre (beszéd, zene, video jel stb.) gyakorolt torzító hatását a szinuszos 15 mérőjellel mért harmonikus vagy intermoduládós torzítási tényezők nem jellemzik jól. A sztohasztikus jel ugyanis egészen más mértékű torzulást szenvedhet a nemlinearitás hatására, mint egy azonos effektiv értékű szinuszos jel. Ennek oka az, 20 hogy a rendszerek torzítása frekvencia és szintfüggő. A szinuszos jeltől eltérően a sztohasztikus jelben a jel effektiv értékénél lényegesen nagyobb (pl. 3-4-szeres) amplitúdójú pillanatértékek is előfordulnak, és a jelnek relatíve igen széles lehet a 25 frekvenciaspektruma. Ezért a sztochasztikus jeleket átvivő kvázilineáris rendszereket célszerű — szinuszos jel helyett - sztohasztikus mérőjellel mérni. A mérések reprodukálhatósága végett csak ergodikus, stacioner sztohasztikus mérőjel használ- 30 ható. Emellett még lényeges, hogy a mérőjel könnyen előállítható legyen. így gyakorlatilag a Gauss-amplitúdóeloszlású, sávhatárolt fehérzaj alkalmazása látszik elsősorban célszerűnek. Az ismert ún. véletlenzajt adó generátorok is ilyen jelet 35 szolgáltatnak. A sztohasztikus mérőjelek előnyeinek hatására a távközléstechnikában az utóbbi években kezdenek elterjedni a sztohasztikus mérőjellel működő intermodulációs torzításmérők. Ezek azonban spe- 40 ciális célokra (pl. áthallási torzításmérésben) készülnek és igen költségesek. Célul tűztük ki kvázilineáris rendszerek nemlineáris torzításának olyan mérését, ami a gyakorlati követelményeket az ismert mérési eljárásokhoz 45 képest jobban kielégíti. A kitűzött feladat megoldásához azt kellett elsősorban megvizsgálni, hogy a Gauss-eloszlású, sávhatárolt fehérzajnak melyek azok a jellemzői, amelyek egy kvázilineáris rendszer nemlinearitásá- 50 nak hatására úgy változnak meg, hogy À azok egyszerűen és jól kimérhetők legyenek. Kísérleteink azt mutatták, hogy a fenti szempontokat figyelembevéve a sztohasztikus mérőjelnek az elsőrendű (egyváltozós) amplitúdó eloszlását célszerű vizs- 55 gálni. Ez a megállapítás összhangban van azzal a közismert ténnyel, hogy a kvázilineáris rendszerek nemlinearitása a mérőjel frekvenciaspektrumának torzításán kívül - több, különböző amplitúdójú Összetevőt tartalmazó mérőjel esetén — az ampli- 60 túdók arányát is megváltoztatja, vagyis az amplitúdó -eloszlás torzulását okozza. A sztohasztikus jel véletlenszerűen változó, de ergodikus, stacioner mérőjelek esetén (így a Gauss-amplitúdóeloszlású jeleknél is) az amplitúdó-eloszlás független 65 az időtől, ezért az eloszlásmérés eredménye bármikor jól reprodukálható. A sztohasztikus mérőjel amplitúdóeloszlását az amplitúdó-eloszlásfüggvénnyel, annak deriváltjával az amplitúdó-sűrűségfüggvénnyel, illetve ennek momentumaival jellemezhetjük. Az F(x) amplitúdó-eloszlásfüggvény megmutatja, hogy mi a valószínűsége annak, hogy a jel pillanatértéke egy adott X geijesztőjel értéknél kisebb (vagy vele egyenlő). F (x) = P[X(t) <X] Az 1. ábra alapján a méréshez is felhasználható értelmezés F(x) = lim T —► OO n 2 A ti u 1 T (1) Az f(x) amplitúdó-sűrűségfüggvény annak valószínűségét adja meg, hogy a jel pillanatértéke éppen egy adott X érték körüli Ax sávba esik, ha Ax -+0. Vagyis f(x)Ax = P[Xo <x(t)<X + Ax] = F (x 4- Ax)-F (x) = A F (x) tehát az amplitúdó-sűrűségfüggvény f(x) = dF(x) d(x) A 2. ábra alapján a méréshez is felhasználható értelmezés szerint I) 2 A ti ... 1 lim i = í (2) f(x) = ——------------Ax T -+00 x Gauss-eloszlású jelek amplitúdó -sűrűségfüggvénye f(x): aSflir exp (x-m)2 2 o2 ami a közismert Gauss-görbét adja (3. ábra). Ergodikus jelek esetén az eloszlás o -szórása megegyezik a jel váltókomponensének effektiv értékével, az m várható értéke a jel egyenátlagával. így írható, hogy o2 = x2 (t) x(t) (3) ahol 1 rT x (t) = bm ) x2 (t ) dt T-*« 2T_y T a jel négyzetátlaga (a jel egységnyi ellenállást» vonatkoztatott teljesítménye) és 1 T x(t)= lim — f x(t)dt T » ZT-T 2
