Экспериментальный импульсный сигнал — «пачка»
Вашему вниманию предлагается к изучению образец сигнала, на основе которого возможно понимание — что и как нужно будет измерить.
В данном обзоре будем рассматривать прямоугольный импульс заполненный высокочастотным наполнением. Его еще называют — радиоимпульсом. Серией (пачкой) импульсов называют группу, из конечного числа импульсов, имеющих определенную временную расстановку.
Специальный генератор вырабатывает прецизионные импульсы — которые будут телеграфными посылками. Данный вид модуляции называется — амплитудная телеграфия или CW.
Смотрим на видео — выход с генератора на двухканальный осциллограф С1-83, с эффектом послесвечения люминофора.
Верхний луч синхронизирован от импульса 1 PPS. Импульс привязан к мировому стандартному времени и снимается с GPS приемника. Цена одного деления развертки осциллографа — 100 ms.
Нижний луч — сигнал манипуляции. Импульсы — меандр в количестве пять за секунду. Длительность импульса — 50 ms.
Начало посылки сдвинуто относительно спада PPS на 100 ms.
Т.е. начало манипуляции пойдет с задержкой 100 ms относительно мирового времени.
Задача измерителя определить количество импульсов, их длительность, период, сдвиг по времени первого импульса относительно стандартного импульса PPS.
Контроль передатчика
Смотрим и слушаем сигнал контроля выхода передатчика прямо на антенном гнезде. Мощность установлена 100 ватт.
Наблюдаем его на аналоговом анализаторе спектра SM-220, входящего в штатный комплект к трансиверу Kenwood TS950SDX.
Существует невероятно полезная особенность данного прибора. Он является прибором нулевой группы прямого действия. В нём есть режим подачи мощного сигнала с ВЧ разъема, прямо на пластины вертикального отклонения. Таким образом, видны разные артефакты, короткие всплески и любопытные нестационарные особенности в сигнале, недостижимые при любой цифровой обработке с последующей визуализацией.
На данном видео отмечаем скорость нарастания начала высокочастотного импульса на частоте передатчика. В меню трансивера установлено значение 2 ms, что соответствует на глаз визуальному контролю соотношения длительностей 2 и 50 ms. Срез импульса немного затянут к колоколообразному виду, который вызван эффектом прохождения через кварцевый фильтр полосой пропускания 1.8 КГц. При фильтре 2.7 КГц и шире, срез имеет уже такой-же качественный вид как и фронтальный, т.е. ровно 2 мс. Формирование телеграфных посылок в данном трансивере осуществляется цифровым образом с помощью DSP.
Наблюдаемые визуально скорости нарастания и спада импульсов являются обязательными при формировании CW посылок, для исключения излучения гармоник (щелчков) в эфир.
Данное измерение является контрольным и не ставит задачей выяснение абсолютных значений. Но тем не менее отмечаем неискаженный сигнал по амплитуде и отсутствие каких либо возбуждений — что гарантирует качественный излучаемый в эфир сигнал FMT.
Теперь проконтроллируем сигнал на выходе аналогового, с качественным линейным трактом приемника осциллографом, на предмет возможности измерений параметров импульсов и наблюдением за их возможными искажениями. Приемник Р160П находится радом с передатчиком. Искажения вызваны только разным временем срабатывания АРУ (автоматическая регулировка усиления) приемника.
На этом видео — приемник с отключенной АРУ. Искажений импульсов практически не наблюдается.
На этом видео — время срабатывания АРУ 0,1 сек. Видим сильные искажения в начале импульсов
На этом видео — время срабатывания АРУ 1 сек. Видим искажения в конце пачки импульсов
На этом видео — время срабатывания АРУ 5 сек. Видим совсем маленькие искажения заметные только между импульсами
Данные примеры показывает, как формируется, контроллируется, излучается и принимается сигнал «пачка». Нужно стараться у себя получить аналогичный по форме НЧ сигнал, для возможности провести его точные измерения.
Измерение параметров сигнала «пачка»
Для измерения сигнала будем применять программу OscilloMeter 7.31.
Скачать можно бесплатно, например по ссылке: https://soft.mydiv.net/win/download-OscilloMeter-Spectrum-Analyzer.html
Используем звуковую карту со стерео входом.
Рассмотрим скриншот ниже.
Два изображения отражают один процесс. Разница только во времени развертки осциллографа. На верхнем — 2 секунды. На нижнем — одна секунда, вся шкала.
Левый канал красный — НЧ сигнал с приемника.
Правый канал зеленый — сигнал 1PPS, с GPS приемника. Синхронизация ждущая, от сигнала 1PPS.
На верхнем изображении легче себе представить сигнал относительно сигналов 1PPS как он звучит на слух.
Нижнее изображение будем использовать для измерения.
Рассмотрим его.
Итак, поскольку у нас развертка ждущая, то старт осциллограммы начинается с приходом импулься 1PPS. Всё измерение происходит относительно мирового времени, поэтому если у вас синхронизация будет взята со своего местного GPS приемника, то вы увидите точно такой-же график, по которому и определите все параметры сигнала.
Зеленый график рассматриваем слева направо. Развертка проградуирована в десятых долях секунды.
Видим выброс вверх через 100 ms после старта, это помеха, игнорируем его.
Далее смотрим красный график и определяем визуально время начала первой посылки, которое равно 210 ms.
Время посылок обозначены желтым шрифтом. Паузы между посылками все одинаковые и равны 50 ms.
Соотносим изображения посылок с временной шкалой ниже и видим его полное соответствие заявленным параметрам.
Время окончания «пачки» равно 700 ms.
Данное измерение продублировано на цифровом осциллографе и выглядит идентичным.
Этот пример показывает как с приемлемой точностью, в одну сотую секунды, можно измерять FMT сигнал используя подручные инструменты. Для улучшения точности измерения еще в десять раз, нужен уже другой метод, о котором речь пойдет когда участниками будет взят этот барьер.
Следующее измерение с точностью единиц миллисекунд, будет полезным для определения приблизительного расстояния до передатчика FMT.
Если измерить время запаздывания фронтов импульсов из пачки относительно имульса 1 PPS, то принимая во внимание скорость распространения электромагнитной волны, вычисляем расстояние из условия, что задержка в 1ms будет равна ~300 км.
При расстоянии 6 000 км, время задержки составит 20ms. Однако учитывая переотражения радиоволны от ионосферы, время будет больше чем 20ms. Именно это время нам и предстоит определять, для возможности лучшего понимания механизма распространения радиоволн.
Продолжение следует…