Intermodulace RC vysílačů

 

V časopise RC Revue 4/03 a zde byly zveřejněn článek, jehož jedna část se věnuje intermodulaci mezi modelářskými vysílači. Protože se mi údaje naměřené v článku moc nezdály, provedl jsem velmi podobná měření s jejichž výsledky bych chtěl ostatní seznámit.

Úvod
Velmi stručně: jedná se o produkty intermodulačního zkreslení 3. řádu vznikající při přítomnosti dvou kmitočtů na nelineárních prvcích. Pro nás jsou zajímavé ty, které spadají do modelářského pásma :

fr3 = 2 f1 - f2    a také opačně    fr3 = 2 f2 - f1

Další podrobnosti k této tématice lze najít v odborné literatuře.

K měření byly použity 4 různé vysílače:

  • Modela 35 FM ( Ceto ) - kanál 76
  • Futaba FC-16 - kanál 72
  • JR 3810 - kanál 76
  • Futaba FF9C - kanál 72

V našem případě budou rušivé produkty dle výpočtu mít kmitočty 35,080 MHz a 35,200 Mhz.

 

Měření spektrálním analyzátorem

Při měření byly vysílače s plně vytaženou anténou a různou vzdáleností mezi sebou. Spektrální analyzátor HewlettPackard byl vzdálen asi 2 metry a na jeho vstup připojena prutová anténa.


Vysílače FC16 a Ceto - vzdálenost antén 0,4m
Úroveň obou rušivých signálů je asi -35 dB oproti nosné. Z obrázku je vidět, že Ceto má vyšší výkon.

Porovnejte si tento obrázek s tímto. Zde je úroveň rušivého signálu od vysílače Ceto pouhých - 15 dB a u vysílače MC16/20 asi - 30 dB. Z uvedeného obrázku jasně vyplývá, že vysílač Ceto není určitě zcela v pořádku, protože úroveň intermodulačních produktů je neobvykle vysoká. S největší pravděpodobností nesplňuje povolovací podmínky. K upřesnění by bylo vhodné změřit úroveň druhé harmonické u tohoto kusu. Hodnota - 30 dB u MC16/20 je již vcelku pravděpodobná a blíží se nejhoršímu vysílači z mých měření.


Vysílače FC16 a JR3810 - vzdálenost antén 0,4m
Úroveň rušivého signálu FC16 je asi -38 dB ( levá šipka ) a u JR3810 je to podstatně více skoro -50dB.

 


Vysílače FC16 a JR3810 - vzdálenost antén 1 m
Úroveň rušivého signálu FC16 je asi -58 dB ( levá šipka ) a u JR3810 je to skoro -68 dB, rušivý produkt zde již prakticky není vidět.

 


Vysílače FF9C a JR3810 - vzdálenost antén 1 m
Úroveň rušivého signálu FF9 je asi -56 dB ( levá šipka ) a u JR3810 je to skoro -68 dB, rušivý produtk zde již prakticky není vidět.

Z naměřených úrovní vyplývá, že produkty vznikají jen při velmi malé vzdálenosti mezi vysílači a při zvětšování vzdálenosti jejich úroveň velmi rychle klesá.

  • Co má vliv na velikost intermodulačních produktů mezi vysílači
    Minimální vliv bude mít obvodové řešení. To je prakticky u všech vysílačů je stejné. Oscilátor, budič, koncový stupeň, dvojitý Pí článek na výstupu.
  • Samozřejmě vzdálenost vysílačů, ale jen pokud bude velmi malá - méně jak asi 0,5 metru.
  • Značný ( asi největší ) vliv na velikost intermodulačních produktů má úroveň druhé harmonické vysílače. Z měřených vysílačů byl nejhorší vysílač Ceto .

    Pozn. Měření bylo uskutečněno s prutovou anténou u SA pouze pro srovnávací účely, takže jinou měřící metodu ( do umělé zátěže ) je možné naměřit trochu jiné výsledky. Měření podle norem jsou v amatérských podmínkách nerealizovatená.


Potlačení druhé harmonické vysílače: nejhorší Ceto (vlevo) a nejlepší JR3810 (vpravo)

Ceto
- 45 dB
FC16
- 57 dB
FF9
- 60 dB
JR3810
> - 62 dB
  • V průběhu měření se ukázalo, že pokud je vzdálenost vysílačů velmi malá ( méně jak 0,5m ) dochází k ovlivňování sousedního vysílače nejen přes anténu, ale také přímo do desky vysílače. Udělal jsem pokus, kdy vysílač byl s odpojenou anténou zatížen umělou zátěží a přesto na výstupu byly intemodulační produkty při přiblížení druhého vysílače. Jako nejcitlivější se ukázala část oscilátoru. Zejména vysílače Ceto a FC16, které mají vysílací část na jednostranné desce pl. spojů a bez stínění vykazují horší parametry než ostatní. U vysílače FF9 je celý vf. modul ve stínícím krytu a u vysílače J3810 je na oboustranném pl. spoji, kde celá vrchní strana je stínící. Protože podrobné prozkoumání této závislosti by znamenalo výrobu stínicích krytů a další náročná měření, bylo z časových důvodů od dalších pokusů v tomto směru upuštěno.

 

Praktické pokusy s přijímačem

Vysílače FC16 a FF9 na kanálech 72 a 76, přijímače na kanále 80. Uvedené hodnoty dosahu platí pro přijímače s nejvyšší citlivostí a to FPR118 a Hitec Superslim. U přijímačů s nižší citlivostí byly vzdálenosti menší úměrně jejich ctilivosti.

1) Vzdálenost antén vysílačů 0,5m , 1m a 2 m.
Přijímač na kanále 80 fungoval do vzdálenosti cca. 5 až 8 m. Vzdálenost vysílačů měla na dosah signálu malý vliv ! To bylo v rozporu s měřením spektrálním analyzátorem. Poslechem na kvalitním ručním přijímači AOR8200 ( citlivost 0,3 uV ) již ve vzdálenosti přes 3m nebylo slyšet žádný signál a ve stejném místě s prakticky stejnou anténou modelářský přijímač fungoval ! Při použití jiného kontrolního přijímače byl intermodulační signál slyšet až na 5m a více. Znamená to tedy, že k intermodulacím dochází v tomto případě více v přijímači než mezi vysílači.

2) Vysílače ve vzdálenosti 8 m
V okruhu asi 4 m kolem vysílače s kmitočtem bližším k intermodulačnímu produktu ( v našem případě kanál 76 ) přijímač na kanále 80 fungoval. Při tak velké vzdálenosti by již intermodulační produkty mezi vysílači neměly být vůbec žádné. Vysvětlení je stejné jako v předchozím případě: k intermodulaci dochází v přijímači.

Zjištěné výsledky nám umožňují si udělat přibližnou představu o úrovni rušivého intermodulačního signálu vznikajícího mezi vysílači. Je velmi nízká. Poslechem na kvalitním kontrolním přijímači lze zjistit, že bohužel dochází k intermodulaci též v přijímačích a to značnou měrou.

Od praktického provozu se tyto zkoušky zásadně liší tím, že normálně na kmitočtu intermodulací také vysílá vysílač. Tím pádem má rušivý signál oproti signálu vlastního vysílače mnohem menší úroveň a rušivý signál je v kvalitním přijímači potlačen. Aby byl výrazně slabší než užitečný, musí být dodržována základní pravidla pro rozmístění vysílačů.

Poznámka: Pro FM modulaci platí, že pokud jsou přijímány dva signály stejného kmitočtu a jeden je alespoň o 6 dB silnější, tak tento silnější signál slabší zcela potlačí. Proto má FM modulace již z principu větší odolnost proti šušení !

 


Připomínky k článku "Rušení"

  • Cílem měření bylo ověřit, že intermodulace mezi vysílači je jev, který se neprojevuje tak výrazně a není tak nebezpečný jak bylo publikováno. Měření v původním článku byla zkreslena pravděpodobně použitím vysílače s nestandardními parametry. Dále bylo zjištěno, že nemalou měrou se na tomto typu rušení podílejí špatné parametry přijímačů. Zejména micro přijímače mají vf část ošizenou na maximum. Přijímačům bude věnována samostatná část.

  • Řešení problému rušení zkrácením antén vysílačů je opět problém nekvality přijímačů, které jsou zahlceny velkým signálem. Zkrácení antény vysílače může způsobit nepřizpůsobení koncového stupně k anténě a tím např. zvýšené oteplení koncového tranzistoru nebo zvýšené vyzařování nežádoucích signálů.

  • Používání tabulek pro výpočet kombinací může výrazně pomoci jen ve speciálních případech. Např. některý vysílač nesplňuje požadované parametry, je použit nekvalitní přijímač nebo nejsou dodržovány pravidla pro rozmístění vysílačů. U publikované tabulky mělo být uvedeno, kdy ji použít. Takto mezi běžnými uživateli vznikl dojem, že toto rušení je nebezpečné a je třeba se těmto kombinacím kmitočtů za všech okolností vyhýbat. Také jsem nezjistil, že by v jiných modelářských odbornostech, kde se běžně provozuje více vysílačů současně vyskytovaly problémy s intermodulací vysílačů.

  • V článku se na několika místech hovoří o obvodech AVC. Běžné FM modelářské přijímače AVC nemají, tyto obvody se vyskytují jen u těch nejkvalitnějších přijímačů.

  • Dále je článku uvedeno, že intenzita pole a potom tedy i úroveň signálu na vstupu přijímače se snižuje s druhou mocninou vzdálenosti a tedy ve vzdálenosti 20m je 400 krát menší než ve vzdálenosti 1m. Z obecného vzorce pro velikost el. pole ve volném prostoru vyplývá , že závislost na vzdálenosti není kvadratická, ale úměrná převrácené hodnotě vzdálenosti d.
    E = Sqrt ( 30 * P ) / d     [ V/m, W , m ] 


Závěr

Měření a pokusů bylo uskutečněno podstatně více než je zde poposáno. Vybral jsem jen ty zajímavé a důležité části.
Celková problematika intermodulací je velmi složitá a náročná na měřící vybavení čas a znalosti. Snažil jsem se alespoň částečně v rámci možností svého volného času a vybavení tuto problematiku trochu upřesnit.

 

Připravuji: Modelářské přijímače - obvodové řešení přijímačů a jejich parametry.

Miloš Zajíc

HOME - Hlavní strana