Kurs krótkofalarski. Część 5

Pomiary i zakłócenia radiowe

Przyrządy pomiarowe
Podstawowego podziału przyrządów pomiarowych można dokonać według sposobu wskazań wyników pomiaru na:
- przyrządy analogowe (wskazówkowe),
- przyrządy cyfrowe (LED, LCD, mikroprocesorowe).
 
Podstawowym przyrządem wskazówkowym jest miernik magnetoelektryczny z ruchomą cewką, w którym ruch wskazówki jest wywołany wzajemnym oddziaływaniem dwóch póf magnetycznych: pola magnesu trwałego i pola wytworzonego przez prąd płynący w cewce umieszczonej w polu tego magnesu (im większy prąd, tym większe wychylenie).
Najprościej mówiąc, przyrządy cyfrowe działają na zasadzie zliczania impulsów przepuszczanych przez bramkę w czasie proporcjonalnym do wartości analogowego sygnału mierzonego. Impulsy wychodzące z bramki są zliczane, a następnie po zdekodowaniu ich liczba jest wyświetlana na wskaźniku.
 
Pomiary: I, U, R, P
Do pomiaru natężenia prądu (I) stosuje się amperomierze, które włącza się szeregowo ze źródłem i odbiornikiem energii (rys. 1).
 


 


 


 
Z kolei do pomiaru napięcia (U) stosuje się woltomierze (rys. 2), które włącza się równolegle do odbiornika lub źródła prądu, na którym mierzy się napięcie (różnicę potencjałów dwóch punktów obwodu). Najprostszym woltomierzem bądź amperomierzem prądu stałego jest miernik magnetoelektryczny z włączonym rezystorem (w przypadku woltomierza - szeregowo, amperomierza - równolegle.
Pomiaru napięcia zmiennego dokonuje się woltomierzem z prostownikiem. Podziałkę woltomierza (amperomierza) cechuje się w wartościach skutecznych napięcia (prądu).
Do pomiaru rezystancji (R) stosuje się omomierze (rys. 3). Działanie omomierza jest oparte na prawie Ohma i z tego względu najprostszy układ składa się z amperomierza z baterią (np. 1,5V typu R6) w obwodzie pomiarowym (jest jeszcze potencjometr do zerowania).
Przed pomiarem należy omomierz analogowy każdorazowo "wyzerować". Po zwarciu końcówek pomiarowych za pośrednictwem potencjometru sprowadza się wskazówkę na podziałkę O Ohm.
Do pomiaru mocy (P) wykorzystuje się watomierze (metoda bezpośrednia) lub woltomierze i amperomierze (metoda pośrednia). Wartość mocy prądu stałego wyznacza się z zależności P = U * I. Przy pomiarze mocy w.cz., np. mocy wyjściowej nadajnika, można mierzyć napięcie skuteczne w.cz. na znanej rezystancji i następnie wyznaczyć moc ze wzoru:
 
P = Uz / R
gdzie R - sztuczne obciążenie, np. rezystor 50 Ohm o odpowiedniej mocy.
 
Pomiar współczynnika fali stojącej (WFS, SWR)
Do pomiarów antenowych (pomiar fali padającej, pomiar fali odbitej, a w konsekwencji współczynnika fali stojącej) wykorzystuje się reflektometry, które włącza się pomiędzy nadajnik a linię antenową. Za jego pomoc można również zestroić nadajnik na maksymalną moc wyjściową.
 
Pomiar częstotliwości (f)
Do pomiaru częstotliwości powszechnie wykorzystuje się cyfrowe mierniki częstotliwości. Sygnały pomiarowe w.cz., po wzmocnieniu oraz ukształtowaniu do przebiegu prostokątnego, są bramkowane sygnałem wzorcowym, a następnie zliczone i wyświetlone.
 


 
Przyrządy uniwersalne
Podstawowym przyrządem radioamatora jest wielozakresowy przyrząd uniwersalny. Składa się on z opisanych już wyżej przyrządów (najczęściej woltomierza, amperomierza, omomierza) zebranych w jedną całość.
Nie wszystkie przyrządy posiadają układy zabezpieczające przed przeciążeniem czy niewłaściwym włączeniem (przekroczeniem wartości mierzonej), z tego względu podczas wykonywania pomiarów należy przestrzegać następujących podstawowych zasad:
a) Podczas pomiarów należy zachować dużą ostrożność, aby nie ulec porażeniu prądem. Końcówki pomiarowe powinny być dobrze izolowane (oryginalne, będące na wyposażeniu przyrządu spełniają takie warunki). Wskazane jest dokonywać pomiarów tylko jedną ręką (druga nie powinna dotykać masy).
b) Podczas pomiarów napięć i prądów, jeżeli nie możemy oszacować rzędu ich wartości, należy zawsze rozpoczynać pomiary od najwyższego zakresu, a dopiero potem ustalić optymalny zakres (na 2/3 podziałki).
c) Nie należy używać zakresów omomierzowych do pomiarów w obwodach z napięciem. Przed pomiarem wskazane jest rozładowanie kondensatorów elektrolitycznych.
d) Do sprawdzania przejścia w obwodach można wykorzystywać omomierz ustawiony na najmniejszą rezystancję, a przy sprawdzaniu dużej rezystancji (przerwa, izolacja) ustawić na pomiar dużej rezystancji.
 
Uniwersalnym przyrządem pomiarowym jest również oscyloskop, którym można wizualnie obserwować przebiegi elektryczne na ekranie lampy oscyloskopowej. Umożliwia on przeprowadzenie pomiarów podstawowych: napięcie, natężenie prądu, moc, przesunięcie fazowe, częstotliwość, badanie i pomiary elementów. Oscyloskopu można użyć również do pomiarów obwiedni kształtu sygnału wyjściowego nadajnika, a zarazem wyznaczania współczynnika głębokości modulacji nadajnika AM.
Warto wspomnieć o jeszcze jednym, uniwersalnym przyrządzie pomiarowym radioamatora, którym jest falomierz-generator (dip meter). Pozwala on na pomiar parametrów obwodów rezonansowych (L, C, f), linii przesyłowych i anten oraz na strojenie poszczególnych stopni nadajnika czy odbiornika.
Do pomiarów w radiokomunikacji są również stosowane radiotestery. Radiotestery są złożonymi przyrządami pomiarowymi, umożliwiającymi całościowe sprawdzenie i pomiar wszystkich parametrów nadajnika oraz odbiornika (transceivera, radiotelefonu). Najkrócej mówiąc, są to swego rodzaju kombajny zastępujące kilka lub kilkanaście przyrządów pomiarowych.
 
Zakłócenia
Radioamator podczas pracy ma do czynienia z zakłóceniami utrudniającymi mu odbiór oraz z zakłóceniami wywołanymi u innych (np. w odbiornikach radiowych oraz telewizyjnych) spowodowane jego pracą w eterze. Zakłócenia utrudniające odbiór mogą pochodzić z następujących źródeł:
- zakłócenia od innych pobliskich radiostacji pracujących dużą mocą w okolicy jego częstotliwości odbioru,
- zakłócenia od innych radiostacji pracujących sygnałem o złej jakości (częstotliwości pasożytnicze, kliksy...),
- z sieci energetycznej (źródła zakłóceń iskrowych, np. silniki komutatorowe),
- zakłócenia atmosferyczne, np. podczas wyładowań atmosferycznych,
- zakłócenia od innych urządzeń domowych i przemysłowych, np. od komputerów, odbiorników telewizyjnych, zapłonów silników spalinowych.
 
Zakłócenia wywołane przez pracę nadajnika amatorskiego mogą być spowodowane następującymi przyczynami:
1. przez bezpośrednie oddziaływanie sygnału o częstotliwości podstawowej lub wysoki poziom częstotliwości harmonicznych pokrywających się z częstotliwościami pracy odbiorników radiofonicznych oraz telewizyjnych (rys. 5),
 


 
2. przez pośredni wpływ sygnału wyjściowego nadajnika na wejście odbiornika radiowego lub telewizyjnego,
3. bezpośrednie oddziaływanie przez pracę nadajnika nawet o poprawnym sygnale na różne odbiorniki niepracujące na częstotliwości wyjściowej nadajnika: odbiorniki radiowe, telewizyjne, gramofony, magnetofony, magnetowidy...
 
Do pierwszej grupy zakłóceń należy zaliczyć harmoniczne częstotliwości fal krótkich docierających wprost na wejście odbiornika radiofonicznego, np. druga harmoniczna pasma 3,5MHz może powodować zakłócenia w paśmie 41 m lub piąta harmoniczna w paśmie 16m. Podczas analizy sygnałów zakłócających należy również uwzględnić sygnały lustrzane odbiornika radiofonicznego odległe od częstotliwości wejściowej o podwójną wartość częstotliwości pośredniej. Dla spotykanych częstotliwości pośrednich 455 lub 465kHz ich częstotliwość lustrzana będzie przesunięta o 910 lub 930kHz. Z tej prostej przyczyny trzecia harmoniczna z 3,5MHz może wywołać zakłócenia w odbiorze radiowym w paśmie 31 lub 25m.
Innym przykładem może być tutaj przypadek, kiedy w nadajniku o częstotliwości 144MHz, uzyskanej z podwajacza częstotliwości, sygnał 72MHz powoduje zakłócenia pasma FM - OIRT oraz w 11 kanale telewizyjnym.
W drugiej grupie zakłóceń chodzi o modulację skrośną występującą na wejściu odbiornika radiofonicznego lub mieszanie sygnału stacji amatorskiej z harmonicznymi oscylatora odbiornika radiofonicznego. W wyniku takiego mieszania może wystąpić sygnał różnicowy, leżący w zakresie częstotliwości pośredniej odbiornika.
W bliskim sąsiedztwie nadajnika amatorskiego, na skutek oddziaływania silnego pola w.cz., może wystąpić powstanie na nieliniowej części charakterystyki elementu wejściowego (podobnie jak w diodzie) demodulacji sygnału, który następnie powoduje wystąpienie odbioru sygnałów niepożądanych, czyli zakłóceń wymienionych w grupie trzeciej.
Specyficznym rodzajem zakłóceń, szczególnie występujących w starego typu odbiorników telewizyjnych, bardzo wrażliwych na wahania napięcia sieci, może być zrywanie obrazu lub inne jego zmiany wywołane modulacją napięcia sieci podczas pracy nadajnika telegraficznego. Przypadek taki może wystąpić przy sieci przeciążonej w rytm kluczowania nadajnika.
Wyeliminowanie wielu zakłóceń pochodzących od nadajnika amatorskiego można osiągnąć poprzez właściwą instalację antenową, zarówno u krótkofalowca, jak i odbiornika radiowego czy telewizyjnego. Podstawowym warunkiem wyeliminowania wpływu oddziaływania anten jest odsunięcie ich jak najdalej od siebie (często jest to kłopotliwe czy niemożliwe, szczególnie w wielopiętrowych domach).
Jedną z metod na wyeliminowanie częstotliwości harmonicznych oraz ich różnych kombinacji jest zastosowanie filtru dolnoprzepustowego na wyjściu nadajnika amatorskiego lub filtru górnoprzepustowego na wejściu odbiornika telewizyjnego.
Oczywiście można stosować inne filtry KF, w których następuje tłumienie sygnału dla częstotliwości leżących powyżej 30MHz. W przypadku filtru na pasmo 2m najlepiej stosować filtr pasmowoprzepustowy 140...150MHz lub dolnoprzepustowy, o tłumieniu powyżej 150MHz.
 


 
Na rysunku 7 przedstawiono schemat prostego filtru górnoprzepustowego. Filtr ten jest na tyle prosty, że w przypadku zauważenia zakłóceń TV pochodzących od sąsiada krótkofalowca można własnoręcznie zlutować układ, który z dużym prawdopodobieństwem wyeliminuje zakłócenia. Jeszcze prostszy filtr przeciwzakłóceniowy można uzyskać poprzez kilkakrotne przełożenie przewodu anteny telewizyjnej czy przewodu sieciowego przez otwór ferrytowego rdzenia toroidalnego o średnicy ponad 20mm.
Zakłócenia we wzmacniaczach małej częstotliwości można często wyeliminować poprzez zblokowanie wejścia (tak samo wyjścia oraz zasilania) dodatkowym dobranym kondensatorem o wartości rzędu 1...10nF (im większa wartość kondensatora na wejściu, tym większe tłumienie wyższych częstotliwości akustycznych).
Jeżeli żaden ze sposobów nie rozwiąże problemu zakłóceń, pozostanie zmniejszyć moc wyjściową nadajnika bądź ograniczyć nadawanie choćby do czasu znikomej oglądalności TV. Bardzo pożyteczny algorytm postępowania w przypadku zakłóceń TV przedstawiono na rysunku 6.
 


 

---