Измерение параметров аналоговых ТВ-передатчиков
Михаил Либерман
Вопрос качественного и оперативного измерения параметров аналоговых ТВ-передатчиков останется актуальным в России еще, как минимум, в течение 10…15 лет. Об этом можно с уверенностью говорить, учитывая темпы перехода к цифровому телевидению в Европе и те трудности, которые возникнут при полной смене парка ТВ-аппаратуры в России.
 |
| Рис. 1. Классификация параметров аналоговых ТВ-передатчиков
|
Параметры ТВ-передатчиков и их влияние на качество принимаемого изображения
Согласно российским нормативным документам (ГОСТ 20532-83, ГОСТ Р 50890-96, ПТЭ 95/98), необходимо измерять параметры канала изображения ТВ-передатчиков, указанные на рис. 2.
Кроме того, согласно ПТЭ 95/98, в процессе передачи ТВ-программ необходим непрерывный контроль параметров, приведенных в табл. на стр. 12.
Влияние параметров излучаемого радиосигнала
| Параметр |
Результат отклонения параметра от нормы |
| Отношение мощностей несущих изображения и звука |
Увеличение уровня продуктов интермодуляции при уровне несущей звука выше допустимого
|
| Коэффициент модуляции |
Увеличение нелинейных искажений при Км больше нормы; ухудшение отношения сигнал/шум при Км меньше нормы
|
| Уровень продуктов интермодуляции |
Характерная рябь на экране, реагирующая на уровень сигнала звукового сопровождения; создание помех соседним каналам
|
| Характеристика боковых полос |
Увеличение линейных искажений, создание помех соседним каналам
|
| Нестабильность частоты несущей |
В пределах ±50 кГц практически не влияет на изображение в современных телевизорах, служит косвенным показателем качества синтезаторов частоты передатчика |
Влияние линейных искажений
|
Параметр |
Результат отклонения параметра от нормы
|
| Переходная характеристика |
Темные и светлые (иногда и цветовые) окантовки вблизи яркостных перепадов, смазанные вертикальные грани
|
| Перекос плоской части импульсов частоты строк |
Изменение яркости слева направо на протяженных объектах
|
| Перекос плоской части импульсов частоты полей |
Изменение яркости сверху вниз на протяженных объектах
|
| Различие в усилении сигналов яркости и цветности |
Потеря яркостных деталей. Заметного влияния на цветопередачу нет (SECAM), снижение цветовой насыщенности (PAL, NTSC)
|
| Расхождение во времени сигналов яркости и цветности |
Окрашивание краев объектов на картинке, бахрома"
|
| Характеристика верности (сквозная АЧХ канала изображения) |
Самые различные искажения, включая описанные выше (все линейные искажения вызваны искажениями сквозных АЧХ и ФЧХ) |
Влияние нелинейных искажений
| Параметр |
Результат отклонения параметра от нормы
|
| Нелинейность канала яркости |
Потеря деталей на темных участках и бликах
|
| Нелинейность канала цветности |
Практически не влияет (SECAM), недостаточная цветовая насыщенность (PAL, NTSC)
|
| Дифференциальное усиление |
Практически не влияет (SECAM), искажение цветовой насыщенности при изменении яркости (PAL, NTSC)
|
| Дифференциальная фаза |
Цветная окантовка на резких яркостных переходах (SECAM), изменение цветового тона (PAL, NTSC) |
Влияние шумов и помех
| Параметр |
Результат отклонения параметра от нормы
|
| Отношение сигнал/шум канала яркости |
"Снег", хаотические цветные и черно-белые точки
|
| Отношение сигнала яркости к фоновой помехе |
Медленно смещающиеся горизонтальные полосы |
Параметры излучаемого радиосигнала влияют не только на качество принимаемого изображения, но и на электромагнитную совместимость. Кратко влияние этих параметров описано в таблице.
Линейные искажения вызваны неидеальностью АЧХ и ФЧХ передающего тракта, они не приводят к возникновению новых гармоник и не зависят от уровня сигнала.
Аппаратура для измерения параметров ТВ-передатчиков
Стандартные методики измерения параметров, описанные в нормативных документах, предполагают использование измерительного ТВ-демодулятора и универсальных измерительных приборов. В последнее время появились два совершенно новых класса измерительной аппаратуры: видеоанализаторы и радиочастотные анализаторы. Применение компьютеров и современных методов цифровой обработки сигналов в этих приборах позволяет производить измерения по тем же самым методикам, но с большей точностью и за значительно меньшее время.
Приведенное ниже сравнение в равной степени относится как к регламентным (в перерывах вещания) измерениям, так и к контролю параметров в процессе передачи. Дополнительные цепи, необходимые для контроля в процессе передачи, выделены цветом. Предполагается также, что генераторы испытательных сигналов поддерживают введение контрольных строк в ПЦТС.
Измерения с использованием "классического" комплекта приборов
Измерения проводятся по следующей структурной схеме.
На вход модуляции передатчика подается сигнал от генератора испытательных сигналов. Выходной радиосигнал передатчика через направленный ответвитель поступает на измерительный демодулятор. Оператор наблюдает демодулированный сигнал на экране осциллографа и вычисляет значения параметров по соответствующим методикам.
Для измерения следующих параметров необходимо подключение дополнительных приборов к выходу направленного ответвителя:
· нестабильность частоты несущей – частотомер;
· характеристика боковых полос – анализатор боковых полос;
· уровень продуктов интермодуляции – селективный вольтметр или спектроанализатор.
Для измерения дифференциальной фазы к выходу демодулятора необходимо подключить специализированный измеритель дифференциально-фазовых искажений.
Основные составляющие погрешности измерений:
· неидеальность выходного сигнала генератора испытательных сигналов;
· ошибка считывания показаний осциллографа оператором;
· искажения, вносимые измерительным демодулятором.
 |
Рис. 3. Структурная схема измерений с использованием "классического"
комплекта приборов
|
Современные измерительные демодуляторы – это весьма сложные и дорогие устройства, но, тем не менее, вносимые ими искажения соизмеримы с нормами допуска на измеряемые параметры. Поясним на небольшом примере. Большинство демодуляторов производят синхронное детектирование сигнала, прошедшего через фильтр, АЧХ которого в идеале имеет вид, показанный на рис. 4.
Аппаратная реализация такого фильтра, имеющего минимальные пульсации АЧХ в полосе до Fни +6 МГц и, в то же время, обеспечивающего достаточное (40…50 дБ) подавление несущей звука, – очень непростая задача. Даже признанный лидер отрасли – Rohde & Schwarz – обеспечивает неравномерность АЧХ своих демодуляторов в пределах ±0,25 дБ.
 |
| Рис. 4. Идеальная АЧХ фильтра измерительного демодулятора
|
Измерения с использованием видеоанализатора
Главным отличием измерений с использованием видеоанализатора от "классической" схемы является то, что демодулированный сигнал оцифровывается, его отсчеты передаются в компьютер, который выполняет всю рутинную работу оператора: снятие показаний, вычисление результатов, проведение допускового контроля. Оператор работает с удобным графическим интерфейсом: просто выбирает требуемый параметр и сразу видит на экране численный результат, характерные осциллограммы, результат допускового контроля. Преимущества такого подхода очевидны:
· повышение точности измерений за счет устранения "ошибки оператора";
· значительное уменьшение времени на проведение измерений;
· возможность автоматического проведения измерений с составлением и распечаткой протокола;
· множество дополнительных сервисных и функциональных возможностей.
Кроме того, генератор испытательных сигналов в составе видеоанализатора – это обычно ЦАП, в который загружаются отсчеты тестовых сигналов, формируемые компьютером. И, таким образом, имеется возможность компенсации погрешности самого генератора: либо с помощью предварительной калибровки и введения предыскажений, либо с помощью оцифровки выхода генератора (входа модуляции передатчика) во время измерений и соответствующей коррекции результатов.
 |
Рис. 5. Структурная схема измерений с использованием
видеоанализатора
|
Погрешность измерений определяется измерительным демодулятором. В качестве иллюстрации: современные видеоанализаторы могут обеспечить собственную неравномерность АЧХ в диапазоне 0…6 МГц на уровне ±0,05 дБ и лучше, в то время как самые совершенные демодуляторы обеспечивают неравномерность сквозной АЧХ на уровне ±0,25 дБ.
По-прежнему для измерения характеристики боковых полос и нестабильности частоты несущей необходимо подключать дополнительные приборы.
Измерения с использованием радиочастотного анализатора
Радиочастотный анализатор полностью реализует все преимущества видеоанализатора, описанные выше. Но, в отличие от видеоанализатора, оцифровывается не демодулированный видеосигнал, а сигнал ПЧ (современные АЦП позволяют оцифровывать сигнал ПЧ непосредственно или с помощью квадратурных преобразователей). Демодуляция видеосигнала (в т.ч. фильтрация Найквиста и режекция звука) производится программным обеспечением компьютера, что позволяет сделать искажения, вносимые "виртуальным демодулятором", пренебрежимо малыми. К примеру, без проблем реализуется режекторный фильтр звука с АЧХ, эквивалентной фильтру Баттерворта 250 порядка, и абсолютно линейной ФЧХ.
 |
Рис. 6. Структурная схема измерений с использованием
радиочастотного анализатора
|
Тюнер является радиотехническим устройством, и, естественно, вносит искажения, но, по сравнению с аппаратным демодулятором, имеет следующие преимущества:
· в тюнере нет необходимости использования высокодобротных резонансных цепей (например, фильтров с крутыми скатами, каким является режектор звука);
· тюнер является частью радиочастотного анализатора, и значительная доля вносимых им искажений может быть скомпенсирована программно в процессе калибровки.
Все параметры излучаемого радиосигнала, включая характеристику боковых полос и нестабильность частоты несущей, измеряются радиочастотным анализатором непосредственно. Причем для измерения коэффициента модуляции не требуется "отбивка 0". Это стало возможным благодаря тому, что для обработки доступен оцифрованный радиосигнал (сигнал ПЧ).
[дальше]
