A mérések szerepe a frekvenciagazdálkodásban III. rész

A térerősség mérése

A Közlemények előző 66. számában az olvasó megismerhette a frekvenciagazdálkodási jellemzők méréstechnikai értelmezését és megállapíthatta, hogy az idetartozó mérések alapvetően a térerősség vizsgálatára vonatkoznak. A következőkben a térerősség mérésének gyakorlatáról adunk tájékoztatást.

Mennyiségek és mértékegységek

A térerősség általában használt mértékegysége a V/m, illetve legtöbbször annak tizedes rendszerű törtrészei (mV/m, vagy mV/m). Szigorúan véve ez a mértékegység a térnek csak az elektromos összetevőjére érvényes (E), gyakran használják azonban a mágneses tér (H), illetve a tér mágneses összetevőjének kifejezésére, a terjedési impedanciával való összefüggése révén. A szabad tér hullám impedanciájának (Z_o = 377 W) figyelembevételével, a mágneses tér erőssége (H) az elektromos térerősség mért értékének ismeretében kiszámítható:

H( A/m ) = E( V/m) / Z.

A fentiek figyelembevételével a továbbiakban a térerősség fogalmát mindig az elektromos összetevőre vonatkoztatjuk.

A térerősség mérésekor általános gyakorlat a logaritmikus mértékegység, a dB (legtöbbször 1 mV/m értékhez viszonyított) használata:

e ( dBmV/m ) = 20 log E (mV/m).

Tudva azt, hogy a vételi ponton megfelelően elhelyezett vevőantenna kapcsain, az adó által kisugárzott térerősséggel arányos feszültség jelenik meg, a térerősség mérésére, egy antennával összekapcsolt feszültségmérő szolgál. Az arányosság mértékét az ún. antenna tényező (K_a) határozza meg, melynek ismeretében a kapocsfeszültség (V_o) mérésével a térerősség a következő összefüggés alapján meghatározható:

E (mV/m) = K_a V_o (mV).

Térerősség mérésére szolgáló berendezések

Az általános térmérő rendszer felépítését és elemeit az 1. ábra szemlélteti.

1. ábra. Általános térerősség mérő rendszer felépítése: a.) - csillapító és előválasztó áramkörök b.) - előerősítő c.) - a fő keverő és a d.) (kapcsolható) középfrekvenciás szűrő e.),f.)- detektáló és kijelző eszköz, például analóg vagy digitális műszer, regisztráló készülék, vagy analóg-digitális konverter számítástechnikai eszközzel; g.) - kalibrációs forrás (folyamatos hullámú jelgenerátor vagy követőgenerátor, impulzusgenerátor vagy véletlenzaj-generátor)

A térerőmérő rendszer elemei egyetlen vagy több külön készülékben lehetnek elhelyezve, utóbbi esetben mindegyik készülék a kívánt funkciók közül egyet vagy többet valósít meg. Gyakran használnak mikroprocesszoros rendszert, mely vezérli a vevőt, a kalibráló eszközt, a nyomtatókat és/vagy rajzgépeket, továbbá képes a mérési eredményeket kijelezni és tárolni.

Amikor modulált adások megfigyeléséről van szó, akkor meglehetősen fontos, hogy ismeretekkel rendelkezzünk a térerősség mérésére használt berendezés sávszélességéről, mérési (detektálási) üzemmódjairól, például hogy lineárisan vagy logaritmikusan átlagol-e, hogy csúcs, kvázi-csúcs vagy effektív értéket mutat-e, valamint időállandójáról, hogy egy-egy mért érték mennyi idő alatt kapható meg. Lényeges követelmény a térerő méréseknél, hogy a mérési sávszélesség legyen elegendően nagy ahhoz, hogy a jelet a modulációs spektrum meghatározó részével együtt lehessen venni. A példának vett alábbi esetekben az adott jeltípus vételéhez a következő sávszélességre és detektor-fajtákra (üzemmódokra) van szükség:

A mérési módszerek felosztása frekvenciasávok szerint

A térerősség mérésének módszereit a következő három frekvenciatartomány szerint szokás besorolni:

• 30 MHz alatti frekvenciák;
• 30 MHz-től 3000 MHz-ig terjedő frekvenciák;
• 3 GHz feletti frekvenciák.

Ez a felosztás annak következménye, hogy mindegyik tartományban más az alkalmazható mérési technika. Ez bizonyos mértékig a gyakorlatban használható antennák mérete és a mérendő jelek hullámhossza közötti viszonyból adódik, és abból is, hogy a talaj közelségéből eredő hatások a mérést más és más vonatkozásban befolyásolják a három tartományban. 

Mintegy 30 MHz alatt (kb. 10 m-t meghaladó hullámhosszúságokon) a gyakorlatban használható antennák mérete rendszerint kicsi (<1/10) a hullámhosszhoz viszonyítva. A legközönségesebb mérőantenna az egymástól villamosan elszigetelt egy vagy több menetből álló keretantenna, melynek átmérője kb 0,6 m, vagy az olyan függőleges botantenna, mely rövid a negyed-hullámhosszhoz viszonyítva. Az ilyen antennák aktívak vagy passzívak lehetnek. Aktív antenna használata esetén ügyelni kell a túlterhelés elkerülésére. A függőleges botantennát a földön elhelyezett ellensúllyal használják.

2. ábra. Keretantenna

30 MHz alatt a térerősséget olyan magasságban kell mérni, ami villamos értelemben a Föld közelében van. A talaj és a környező növényzet, a vezetékek és építmények másképp befolyásolják a tér villamos és mágneses összetevőjét, valamint a polarizáció szögét. Kihathatnak az antenna impedanciájára is. A villamosan árnyékolt keretantennával végzett mérést a közeli tereptárgyak rendszerint lényegesen kisebb mértékben befolyásolják, mint a botantennával végzett mérést.

A 30 MHz-től 3000 MHz-ig (mintegy 10 m-től 10 cm hullámhosszig) terjedő tartományban a gyakorlatban használt antennák nagysága összemérhető a hullámhosszal. Ebben a tartományban valamely rögzített frekvencián a térerősség méréséhez leginkább használatos antenna a félhullám hosszúságú rezonáns dipólus. A dipólus a mérőműszerhez szimmetrizáló transzformátorral (balun), koaxiális tápvonalon csatlakozik. A rezonáns dipólus a keret- és a botantennától abban különbözik, hogy igen jó a hatásfoka (sugárzási ellenállásához képest kicsiny a veszteségi ellenállása). Ennek a frekvenciatartománynak a felső részében gyakran használnak szélessávú vagy irányított antennákat, logaritmikus-periodikus és kónikus logaritmikus-spirális kivitelben.

3. ábra. Térmérő antennarendszer

3 GHz felett (kb. 10 cm hullámhossz alatt) a dipólus apertúrájának területe már túl kicsiny ahhoz, hogy a szükséges érzékenység létrejöhetne. Ilyen frekvenciákon a szokásos gyakorlat olyan antennák használata, melyek a hullámhosszhoz viszonyítva nagy területen (nagy felületű apertúrán) gyűjtik össze az energiát. Ilyenek a tölcsérantennák vagy a parabolikus reflektoros rendszerek. Ezekre az antennákra rendszerint nagy (50%-ot meghaladó) hatásfok és a nagy irányhatás a jellemző.

A rádió-mérőszolgálati gyakorlatban telepített mérőrendszerekkel, ún. mérőállomásokkal, vagy gépjárműben elhelyezett, mobil mérőrendszerekkel, valamint egyes esetekben kézi térmérő berendezésekkel végzünk térméréseket.

A 4. és 5. ábrán egy, a Hírközlési Főfelügyelet által kifejlesztett és használt térerősségmérő gépkocsi felépítését mutatjuk be.

4. ábra. Egy korszerű térmérő gépkocsi

5. ábra. Egy korszerű térerősségmérő rendszer felépítése

Az antenna-tényező meghatározása

Az antenna-tényező meghatározása térerősség mérés esetén:

Valamely vevőantenna K_a antenna-tényezője a síkhullám E villamos térerősségének és az antenna névleges terhelő ellenállással R_N (rendszerint 50 W) lezárt kapcsain mérhető V_o feszültségnek a hányadosa

K_a = E / V_o .

Az antenna-tényező helyett gyakran az antennának a minden irányban egyformán viselkedő (izotropikus) antennára vonatkoztatott G nyereségét adják meg. Az összefüggés a G izotropikus nyereség és a K_a antennatényező között a következőképpen írható le:

,

ahol Z_o = 377 W és R_N = 50 W.

Mivel a feszültség és a térerősség értékeit rendszerint dB(mV) és dB(mV/m) egységekben fejezik ki, mint szinteket, ezért az antenna-tényezőknek is használatos a logaritmikus formája:

A k_a=20 logK_a és g=10 IogG jelöléssel a k_a antenna-tényező dB egységben értendő

K_a=-29,77dB-g+20 Iog f

értékűnek adódik, így a térerősség e szintje az antenna kimenőfeszültségének vo szintjéből a következő képlettel számítható:

e = v_o + k_a .

Mivel k_a rendszerint nem tartalmazza az antenna és a mérővevő közötti kábel okozta ac csillapítást, ezért a képletet még ki kell egészíteni (és ebben az esetben v_o a mérővevő bemeneténél lévő feszültség szintjét jelenti)

e = v_o + k_a + a_c.

Példa: ha egy antennának 100 MHz frekvencián 6,5 dB a nyeresége és 3,7 dB az antenna-tényezője; akkor ha a bemenő feszültség v_o szintje 33,4 dB(mV) és a kábel a_c csillapítása 1,1 dB, a térerősség 38,2 dB(mV/m).

A térerősség mérő rendszerek kalibrálása

A térerősség mérése önmagában igen egyszerű művelet, csupán egy antennára és a hozzá kapcsolt szűk sávban mérő (szelektív) mérővevőre, vagy spektrum analizátorra van szükség. Mint minden mérésnél itt is rendkívül fontos azonban, hogy a mérési eredmény megbízhatóan és hitelesen képviselje a valóságot. Ezért a térerősség mérés fontos része az eszközök mérés előtti kalibrálása.

Szintmérés kalibrálása

Ha olyan mérővevőt használnak, melynek nincs belső kalibrálási üzemmódja, akkor az erősítés mértékének kalibrálása elvégezhető a kívánt frekvenciasáv egészén át hangolható folyamatos hullámú (CW) jelgenerátorral, impulzusgenerátorral, vagy kimeneti tulajdonságait illetően ismert és nagy stabilitású véletlenzaj-generátorral, melynek kimeneti impedanciája egyenlő a kalibrálandó vevő bemeneti impedanciájával. A CW jelgenerátor kimeneti szintje rádiófrekvenciás teljesítménymérővel hitelesíthető. Ajánlatos kalibrált csillapítót használni a kimenő teljesítménynek a vevő bemenetén megkívánt szintre alakításához. A kalibrálás rendszerint nem egyetlen mérés, hanem mérések sorozata, mivel a kalibrálandó mérőműszer jellemzői mindig függnek a frekvenciától és a jel szintjétől. Az általános célra készült térerősség mérőknek több folyamatosan hangolható frekvenciatartománya van, amplitúdó (dinamika-) tartományuk pedig mintegy 100 dB. Ha tehát egy ilyen műszert csak néhány kiválasztott frekvencián és jelszinten hitelesítenek, akkor a gyakorlati mérések során túlságosan nagy mérőműszer miatti hiba adódhat.

A korszerű automatikus mérővevő és térerősség mérő berendezésekbe rendszerint beépítik a kalibráló forrást, mellyel a mérővevő a teljes frekvencia- és szint-tartományban, minden sávszélességgel és detektálási üzemmóddal kalibrálható. Ilyen esetekben tanácsos a beépített kalibrálási referenciaforrást is rendszeresen, például évente ellenőrizni. A mikroszámítógéppel vezérelt modern berendezéseknek beépített önműködő önellenőrző rendszerük is van a hardver hibák korai felismerésére, így elkerülhető, hogy hosszabb időn át hibás mérési adatok keletkezzenek.

A mérőantennák kalibrálása

Antenna-tényezőnek kalibrációs szempontból, azt a részt nevezzük, amelyet az antennarendszer tulajdonságai határoznak meg (vagyis a nyereség, és a transzformátor valamint a tápvonal okozta veszteségek). A kalibrálás módszerei három csoportba sorolhatók: az ismert térerősségen, az ismert antennán és az ismert távolságon (ismert helyen) alapuló módszerek csoportjába.

Valamennyi módszernek olyan antenna-tényezőt kell eredményeznie, mely a szabadtéri terjedés távoltéri viszonyaira érvényes. Fontos, hogy a mérésekhez az antenna rögzítésének olyan módját kell választani, mely mellett a közelben levő tárgyak: antennaárbocok, kábelek, más antennák vagy visszaverő felületek nem gyakorolhatnak hatást az antenna jellemzőire.

Az ismert tér módszere (közvetlen kalibrálás)

A legalapvetőbb hitelesítési módszer az ismert tér módszere (standard field method), mely közvetlenül az antenna-tényező egyenletéből ered. Ekkor az antennát olyan elektromágneses mező hatásának teszik ki, amelynek térerőssége pontosan ismert. A térerősség számítással határozható meg az ismert méretű és árameloszlású adóantennán mért áramból. Ennek a módszernek az alkalmazása gyakorlati okokból a keretantennák kalibrálására korlátozódik, mivel más típusú antennáknál pontosabb eredmények nyerhetők más módszerekkel.

Antennák kalibrálásának közvetett módszerei

Rövid botantennát használó eszközök kalibrálására a közvetlen módszert nem használják, mivel pontosan ismert, egységes teret kellene azon a nagyméretű vizsgálati területen létrehozni, melyet az eszköz és antennája elfoglal. A közvetett módszer abban áll, hogy az antenna számított vagy mért jellemzőiből és az eszköz mért jellemzőiből számítással nyerik a kalibrációs tényezőt. A térerősség mérő berendezésről eltávolítják a felfogó elemet, és olyan jelgenerátort kapcsolnak oda, melynek impedanciája az antennáéval megegyezik. A berendezés fennmaradó részét (az impedancia-illesztőt és a mérővevőt) egy megfelelő műantenna használatával rádiófrekvenciás feszültség- vagy teljesítmény mérőként kalibrálják a jelgenerátorral. Az antenna-tényezőt az egyes frekvenciákra az antenna mérete és árameloszlása alapján számítják ki, vagy úgy, hogy az antennát a hullámhosszhoz képest nagyméretű nyílásnak (apertúrának) tekintik, vagy az antenna mért nyereségével számolnak. Tápvonal (kábel) használata esetén célszerű azt a vevő részének tekinteni, és a kalibráló generátort ahhoz kapcsolni; így nincs szükség arra, hogy külön határozzák meg és vegyék számításba a kábel veszteségeit. Árnyékolt keretantennájú térerősség mérőt – valamely rádióállomás zavartalan ugynevezett távoli terében – arra lehet használni, hogy ellenőrizzük a botantenna kalibrálására kapott eredményt.

Ismert antenna módszere (helyettesítéses módszer)

Az ismert antenna módszere abban áll, hogy ismeretlen térerősségű síkhullámot előbb olyan antennával mérnek, melynek pontosan ismert az antennatényezője (ismert nyereségű antenna, például szabályos dipólus), majd ezt felcserélik (helyettesítik) a kalibrálni kívánt antennával. A vevő bemeneti feszültségének szintjében mutatkozó különbségből meghatározható az antenna-tényező dB-ben kifejezett értéke. Az ismert nyereségű antennák antenna-tényezője akár számítással határozható meg méretükből és az illesztő elemek (például balun) mért jellemzőiből, akár valamely pontos kalibrálási eljárással nyerhető. A helyettesítéses módszernek megvan az a hátránya, hogy az antenna-tényező hibája hozzájárul a módszer teljes hibájához. További hiba forrása az ismert nyereségű antenna és a kalibrálni kívánt antenna alakjának különbözősége, amennyiben a mező nem ideális síkhullámú. A fél hullámhosszúságú dipólusnak – ismert nyereségű antennaként használva – hátránya az is, hogy minden újabb frekvenciára mechanikus eszközökkel kell ráhangolni.

Ismert távolságon (ismert helyen) alapuló módszerek

Az ismert távolság módszere (standard distance method), más néven ismert hely módszere (standard site method) alkalmazása során az antenna kalibrálását visszavezetik arra, hogy pontosan megmérik két azonos antenna között mutatkozó csillapítás nagyságát, és az eredményt egybevetik a helyek közötti csillapítás (site attenuation) számított értékével. Ha a szabadtéri antenna-tényező meghatározása a cél, akkor a kalibrálásra lehetőleg szabadtéri elrendezést kell használni, mert ez adja a legpontosabb eredményt. Ilyenkor úgy kell a két antennát elhelyezni, hogy elhanyagolhatók legyenek a környező tárgyakról származó visszaverődések. Irányított antennák esetében ez rendszerint lehetséges. Ha nem sikerül szabadtéri viszonyokat létrehozni, akkor alkalmazható például a visszaverődéses módszer, amikor is a két antennát visszaverő sík (reflecting ground plane) felett helyezik el, és a csillapítást olyan elméleti értékhez hasonlítják, melyet úgy tekintenek, mint amely a közvetlenül beeső és a visszavert hullámnak a vevőantenna helyén való összegződéséből ered. Ezt a módszert nagy körültekintéssel szabad csak alkalmazni, mert az antenna és a visszaverő sík közötti kölcsönös csatolás befolyásolhatja az antenna-tényezőt. Ezért a két antenna között, valamint egy-egy antenna és a visszaverő sík között elegendően nagy távolságra van szükség, hogy a kölcsönös csatolás elhanyagolható legyen. Különös figyelmet kell szentelni az antennák fázisközéppontjai (phase centers) helyének. Ez a lehetséges hibaforrás úgy küszöbölhető ki, hogy figyelembe vesszük a mért csillapításra gyakorolt hatását a hely csillapításának (site attenuation) kiszámítása során.

Az ismert távolság módszerével kapott eredmények kiértékelését illetően különbséget kell tenni a két-antennás és a három-antennás módszer között. Ha csupán két antennával végeznek csillapítás-mérést, akkor csak a két antenna dB-ben kifejezett nyereségének összegét lehet helyesen megkapni. A kiszámított antenna-tényezőt csak akkor lehet az egyik antennához hozzárendelni, ha a másik antenna adatai előre ismertek. Ez a korlát leküzdhető úgy, hogy három mérést végeznek három antennával, melyekből párokat képeznek (a+b, b+c, c+a). Egy három ismeretlenes egyenletrendszer megoldása útján a nyereséget (és az antenna-tényezőt vagy a hatásos felületet) az a,b,c antennák mindegyikére külön-külön meg lehet határozni.

Az antenna-tényező kiszámítása méretekből és árameloszlásból

Az antenna-tényező kiszámítását néhány egyszerű antenna-típus alkalmazásával meg lehet könnyíteni. A nagy kiterjedésű talajsíkra (ground plane) állított vékony és rövid (egytized hullámhossznál rövidebb) függőleges botantenna árameloszlása például lineárisnak tekinthető, ami annyit jelent, hogy hatásos hossza a fizikai hossz fele. Impedanciája közelítőleg utánozható a jelgenerátor és a mérőeszköz közé bekötött soros kondenzátorral. Egy másik példa a félhullámhosszúságú vékony dipólus, melyet gyakran használnak kalibrálás céljára; ennél szinuszos árameloszlás tételez-hető fel. Az ilyen antenna hatásos hossza l/p, sugárzási ellenállása 73,3 W a szabad térre számítva. Egy valóságos hengeres dipólust a félhullámhossznál lényegesen rövidebbre kell készíteni a rezonancia eléréséhez, és hatásos hossza, sugárzási ellenállása kisebb, mint a végtelenül vékony antennáé. A különbségek a véges vastagság miatti árameloszlásnak a következményei. A gyakorlatban létező dipólus irány-jelleggörbéje azonban kevéssé különbözik az elméleti (vékony) dipólusétól, és ebből következően a nyereség és a rendelkezésre álló teljesítmény nagyon közel áll az elméleti vékony antennáéhoz. Ez a megfontolás arra mutat, hogy a valóságos dipólus egyenértékűnek fogható fel az elméleti vékony antenna és egy transzformátor együttesével, mely a sugárzási ellenállások közötti különbséget veszi figyelembe. A balun egy további transzformátor, melynek használata jelentős hibák forrása lehet, hacsak impedancia-illesztését meg nem oldják, és veszteségeit figyelembe nem veszik. Kaphatók olyan különlegesen pontos dipólusok, melyeknek külön csillapítójuk van, ami az antenna-kalibrálás szempontjából előnyös.

Az antenna ismert méretei alapján módunk van az antenna-tényező kiszámítására. Ügyelni kell, hogy ennek során megfelelő módon alkalmazzuk a momentum-módszert, és méréssel ellenőrizni kell annak eredményét, amikor csak lehetséges.

Kalibrálás műsorszóró adókhoz

A helyi műsorszóró állomások is felhasználhatók kalibráló forrásként. Ha széles frekvenciatartományban kell méréseket végezni, akkor kalibrációs görbét lehet készíteni a kérdéses frekvenciasávban sűrűn felvett mérési pontokban végzett összehasonlításokkal. Az ilyen összehasonlítások során figyelni kell arra, hogy a térerősség mérő antennája azonos polarizációjú legyen a műsorszóró adó antennájának polaritásával (például mindkét antenna a függőlegesen polarizált adásoknak vagy a vízszintesen polarizált adásoknak megfelelően legyen beállítva).

A mérések pontossága

Valamely mutatott vagy regisztrált érték pontosságát a mutatott érték hibája és a valódi érték arányával fejezik ki, százalékban vagy decibelben. Tekintve, hogy a valódi érték nem határozható meg egyértelműen, a méréssel vagy számítással nyerhető legpontosabb értéket tekintik valódi, illetve hivatkozási értéknek (reference value).

A megkívánt pontosság

Az ITU-R SM 378 Ajánlás a térerősség mérésektől elvárt pontosságra a következőket írja eIő:

A pontosság 1 GHz felett általában nem lesz kevesebb, mint 1 GHz alatt, mivel az irányított antennák kalibrálása (ha irányítottságuk nem kívánja meg a nagyon nagy elválasztó távolság betartását) 1 GHz felett könnyebb, mint a dipólus-antennák kalibrálása 30 MHz alatt.

A pontosság korlátai

Maga a 378-as Ajánlás is ad fontos korlátokat a pontosságra nézve: az elvárt pontosság akkor érvényes, ha annak nem állít korlátokat a vevő zajszintje, az atmoszférikus zaj vagy valamely külső zajforrás. Az elérhető pontosság sok más tényezőtől is függ, így az adási osztálytól, a szükséges detektor típusától, a jel szintjétől, a jel frekvenciájának stabilitásától, a mérési helyszín sajátosságaitól. Amikor az elérhető pontosság rovására menő körülmények állnak fenn, akkor valamelyes javulás érhető el csoportos (cluster) méréssel, hordozható műszerrel végzett megfigyelések átlagolásával, vagy a térerősség folyamatos regisztrálása útján.

Az elérhető pontosság

A legkedvezőbb körülmények között, jó állapotban levő és jó minőségű műszerekkel megközelítőleg az alább megadott pontosságok érhetők el:

Laboratóriumban vagy más módon ellenőrzött körülmények között (beleértve a rádió-figyelő állomásokon telepített regisztrálókat is)

Közönséges üzemi körülmények között (hordozható vagy mozgó eszközökkel)

 Megjegyzés: A fenti értékek olyan jelekre vonatkoznak, melyek szintje jelentősen meghaladja a rendszer zajának és a külső zajoknak a szintjét. Kisebb szinteken, ahol a zaj észrevehetően hozzájárul a leolvasott értékhez, ott ezt figyelembe kell venni.

* Bár az elérhető pontosság nem minden esetben tesz eleget az ITU-R SM 378 Ajánlásnak, irányítatlan vételi tulajdonsága miatt a rövid botantenna a térerősség mérésnek hasznos eszköze

Mérési módszerek

A térerősség mérések módszerei nagy általánosságban, két fő csoportba sorolhatók: a normál módszerek használatosak, ha a legnagyobb elérhető pontosság a cél, a gyors módszerek pedig olyankor, amikor elfogadható a csekélyebb pontosság is, és amikor az egyszerűbb eljárásokkal és/vagy eszközökkel hamarabb vagy kényelmesebben lehet a méréseket végrehajtani. A normál módszereket használják általában tudományos vagy szabályozási célú, joghatással járó adatok gyűjtéséhez (például terjedési vizsgálatok, térerősség-megfigyelések céljára, antenna irány-jelleggörbéjének, harmonikus- vagy melléksugárzások csillapításának méréséhez, határokon átnyúló zavartatási esetek méréseihez). A gyors módszereket főleg más műveletekkel összekapcsolva alkalmazzák állandó helyű rádió-figyelő állomásokon, ha pontosabb mérés helyett elég a térerősség közelítő értékének megállapítása Ha az eredmények ismételhetősége fontos, akkor a normál módszereket kell használni.

Mérés egy meghatározott mérőponton

Pillanatérték mérése

Az adótól adott távolságban levő mérőponton mintákat lehet venni a térerősségből. Az antennát a kívánt magasságban az adó felé kell fordítani. A mérés ideje alatt az antenna magasságát és irányát változtatni kell, a legnagyobb térerősség leolvasása érdekében.

Rövid idejű és hosszú idejű mérések

A térerősség időbeli eloszlásának mérése érdekében rövid és hosszú idejű mérések végezhetők telepített rendszerekben, például állandó helyű vagy konténerbe épített állomáson. A mérés lehet folyamatos, vagy szabályos időközönként ismétlődő, amikor is több frekvencia figyelhető meg. Adott terv szerint végrehajtott mérési program alkalmas eredményekkel szolgál a terjedési tulajdonságok meghatározásához, melyek a nap óráitól és a napfoltok alakulásától függően változnak. A nagyon hosszú idejű mérések közben ellenőrzés céljából rendszeresen szükség van rövid kalibrálásokra.

A térerősség hely szerinti eloszlásának mérése

Az alábbiakban példát láthatunk a térerősség hely szerinti eloszlásának meghatározására, a behatárolt területet a DTM digitális tér modell (6. ábrán) egy szelvényével bemutatva.

6. ábra. Egy behatárolt területen kijelölt mérési pontok, a térerősség hely szerinti eloszlásának vizsgálatára

Hogy nagy megbízhatósággal lehessen becsülni a térerősség várható értékét az adótól meghatározott távolságban levő ponton, ahhoz a mérési pont helyi környezetében ismerni kell a térerősség térbeli eloszlását. Ennek érdekében egy körülhatárolt terület több pontján kell méréseket végezni. Kellően nagy számú mérés esetén alátámasztható, hogy a térerősség log-normál eloszlású, következésképpen, az azonos értékű mérési eredmények sűrűsége a 7.ábrán bemutatott görbe mentén rendezhetők. A területen a térerősség dB-ben meghatározott értékei normál eloszlást mutatnak.

7.ábra. térerősség log-normál eloszlása

Ennek megfelelően egy behatárolt területen végzett mérések [dB]-ben megadott eredményei a normális eloszlású N(e;s_L,t), x_L,t, hely és idő valószínűségi változó statisztikai mintáinak tekinthetők. Kellő számú mérés (mintavétel) esetén kívánt valószínűségi biztonsággal lehet megbecsülni a térerősség várható értékét.

Az N(e;s_L,t) eloszlásfüggvényből meghatározható a térerősség várható értéke, melyet a következő véletlen helyzetű tartomány fed le:

ahol:
e_v = a térerősség várható értéke (dBmV/m),
e = a térerősség minták számtani közepe
(dBmV/m),
d = a térerősség szórása (dB),
n = a térerősség minták száma (db.),
u_p = a Student eloszlás (1-p)100%-os megbízhatósági szintjéhez tartozó valószínűségi változó,

A szükséges és elégséges mérőpont szám

A területek térerősség ellátottsági vizsgálatai során lényeges kérdés hány mérésre van szükség, illetve hány mérőponton kell mérést végezni annak érdekében, hogy a térerősség várható értéke nagy megbízhatósággal meghatározható legyen.

A normál eloszlás értelmében a szórástól függ a szükséges minták száma, amelyek alapján a térerősség átlaga valamely adott mértékű megbízhatósággal a térerősség várható értéke körüli meghatározott értéktartományba esik. A terület legjobb és legrosszabb vételű helyét megtalálva meghatározható a szükséges és elégséges mérőpontszám.

A térerősség értékei hely és idő szerint szórást mutatnak:

ahol:
s_L = a térerősség hely szerinti szórása (dB)
s_t = a térerősség idő szerinti szórása (dB)

A fentiek alapján a szükséges mérőpontszám meghatározható:

ahol:
d = a konfidencia intervallum fele:

Megválasztható, pl. ±1.5 dB

Az alábbi táblázat szerint meghatározott mérőpont szám alkalmazásával elérhető, hogy a várható érték 90%-os megbízhatósággal a mérései eredmények átlagának, ±1.5 dB-es környezetében marad.

ahol:

De [dB]: a mért szélső értékek különbsége
(e _max – e _min)
n: a szükséges és elégséges mérőpontszám

Példa: Ha arra vagyunk kíváncsiak, hogy adott helyen, vagy behatárolt területen mekkora, egy bizonyos rádió adó által keltett térerősség, több mérőponton kell mérést végezni, annak érdekében, hogy a várható érték megfelelő valószínűséggel becsülhető legyen. A mérőpontok kiválasztásánál törekedni kell arra, hogy a várhatóan legjobb és legrosszabb vételű helyeken egyaránt történjen mérés. Tételezzük fel, hogy öt mérőponton elvégzett mérések eredménye a következő értékeket adta:

e_max= 63 dBmV/m 

e_min= 50 dBmV/m

De = e_max – e_min = 13 dB

Összevetve a D_e értékét, a mérőpontszámot meghatározó táblázat adataival, láthatjuk, hogy a szükséges/elégséges mérőpontszám: n = 10. Tehát annak érdekében, hogy kellően megbízható eredménnyel rendelkezzünk további öt mérőponton kell mérést elvégezni. Legyenek ezek a mérési eredmények a következők:

Látható, hogy a De értéke, nem változott, a mérőpont szám elégséges, a térerősség várható értékének meghatározásához:

e = 56 dBmV/m, tehát a térerősség várható értéke az adott térségben:

e_v = 56 dBmV/m ±1.5 dB ( 90%-os megbízhatósággal )

*   *   *

A térerősség mérés technikai megvalósításának bemutatásával az olvasó képet kaphatott, a cikksorozat első két részében tárgyalt frekvenciagazdálkodási jellemzők, hely és időfüggő tulajdonságairól, meghatározásuk méréstechnikai problémáiról. A frekvencia sávok felosztása, és a különböző szolgálatok számára való kiosztása a Hírközlési Főfelügyeleten komoly számítások és mérések eredményeként valósul meg. Az egyre nagyobb igényű rádió-távközlési piac biztonsága, a szolgáltatások minősége csak az így meghatározott követelmények betartásával érhető el.

Tomka Péter*        

*Hírközlési Főfelügyelet        

A laprendszer készítője: UFE Bt.