Test za FDM telefonske sisteme HP 3710A IF/BB TRANSMITTER

Danas je nabavljen generator signala za testiranje FDM telefonskih komunikacijskih linkova 3710A IF/BB TRANSMITTER, proizvod američke tvrtke Hewlett Packard iz 1970-tih godina.

Počeci tvrtke Hewlett Packard sežu u 1930-te godine, kada su dvojica elektrotehničara, Bill Hewlett i David Packard, započeli sa honorarnim radom u iznajmljenoj garaži. Njihovo partnerstvo je u 1940-tim i 1950-tim godinama inkorporirano u tvrtku Hewlett-Packard (HP). Prvi financijski uspješan proizvod tvrtke HP bio je audio oscilator čiju amplitudu je stabilizirala mala žaruljica sa žarnom niti, predstavljen 1939. godine. Zahvaljujući inovaciji sa stabilizatorskom žaruljicom njihovi oscilatori su bili bolji i stabilniji od konkurencije što im je omogućilo prodor na tržište. U 1940-tim godinama HP-ova proizvodna linija osim audio oscilatora, već je uključivala i valne analizatore, analizatore izobličenja, generatore audio signala i cijevne voltmetre, a zapošljavala je 200 ljudi. Danas je tvrtka HP jedna od najvećih svjetskih tehnoloških kompanija sa preko 330 000 zaposlenih. Ogromni proizvodni program tvrtke uključuje gotovo sva područja profesionalne i komercijalne elektronike, informatike (hardver i softver), telekomunikacija, električnih laboratorijskih i mjernih uređaja, audio i video elektronike i drugo.

U objavi Test set za FDM telefonske sisteme Marconi OA 2090B (TF 2091B, TF 2092B) opisali smo FDM princip multipleksiranja telefonskih kanala pa ga ovdje nećemo ponavljati. Test set Marconi OA 2090B omogućuje mjerenje količine šuma i intermodulacije (preslušavanja) između telefonskih kanala pomoću “bijelog šuma”, a HP 3710A IF/BB TRANSMITTER je dio kompleta za nešto naprednije testiranje FDM sustava, i to onih koji su pripremljeni za slanje radio linkom. Za testiranje kvalitete telefonskih prijenosnih linkova (bilo žičnih, bežičnih ili optičkih) potreban nam je generator testnog signala na jednom kraju linka i prijemnik, odnosno analizator toga signala na drugom kraju linka. Mi smo ovdje nabavili samo genetaror (predajnik) testnog signala HP 3710A IF/BB TRANSMITTER, a u kombinaciji sa njim predviđen je prijemnik HP 3702B IF/BB RECEIVER koji zajedno čine tzv. Microwave Link Analyzer (MLA). Naime, FDM multipleksirani telefonski kanali prije slanja na radio link (npr. prema satelitu) prema tadašnjim standardima modulirali su se valom nosiocem na 70 MHz, a zatim slali radio linkom na frekvenciji od 6 ili 14 GHz. Broj telefonskih kanala koji se multipleksiraju za slanje jednim linkom može biti različit, u pravilu od 12 do 10800. Kao što smo opisali na gornjoj poveznici, kanali mogu biti međusobno multipleksirani više puta, na način da se stvaraju osnovne grupe od 12 kanala, a zatim se više tih osnovnih grupa dalje zajedno multipleksira u veće grupe, pa opet te veće grupe u još veće. Jedan telefonski kanal zauzima širinu opsega od 4 kHz, osnovna grupa od 12 kanala zauzima 48 kHz, a primjerice Jumbo Multiplex grupa od 10800 kanala koja nastaje višestrukim modulacijama  Super grupa i Master grupa zauzima širinu opsega od čak 57,442 MHz. Najčešći FDM standard određivao je maksimalnu širinu opsega od 30 MHz (obično mješavina telefonskih, TV i podatkovni kanala), pa se uz centralnu MF od 70 MHz, ukupni opseg nalazio u području 55-85 MHz. Naš HP 3710A IF/BB TRANSMITTER u stanju je proizvesti kristalom stabiliziran signal centralne MF na 70 MHz te sve ostale MF u frekvencijskom opsegu 45-95 MHz. Svaka MF može biti modulirana visoko stabiliziranim testnim tonovima na 83,3 kHz, 250 kHz i 500 kHz, odnosno bilo kojim NF tonom u opsegu 0,5-500 kHz. Na taj način generator FDM signala HP 3710A pokriva frekvencijski opseg i omogućava testiranje prijenosnih karakteristika na opisanim standardnim FDM sustavima pripremljenima za slanje radio linkom. Prijemnik iz kompleta MLA oznake HP 3702B koji je predviđen za rad sa našim generatorom puno je kompleksniji od prijemnika iz kompleta Marconi OA 2090B i uključuje CRT monitor na kojem je između ostalog moguće snimiti karakteristiku svake filtrirane MF. Na taj način je HP-ovim MLA kompletom moguće vršiti precizna i kompleksna mjerenja na prijenosnim FDM linkovima poput distorzija, izobličenja, gubitaka i raznih vrsta faznih i amplitudnih nelinearnosti prijenosne karakteristike signala.       

Generator signala za testiranje telefonskih komunikacijskih linkova mora imati vrlo stabilne izlazne frekvencije i što je moguće više linearnu karakteristiku snage u čitavoj širini generiranog opsega. Kod generatora HP 3710A međufrekvencija (MF ili engl. IF) dobiva se miješanjem frekvencija koje generiraju dva UHF oscilatora. FIXED OSCILLATOR radi na fiksnoj frekvenciji od 440 MHz i on se modulira NF signalom iz BB (Baseband) generatora testnih tonova HP 3715A. Drugi oscilator (SWEPT OSCILLATOR) može automatski stalno mijenjati svoju frekvenciju u maksimalnom rasponu od 50 MHz, odnosno radi u opsegu 345 do 395 MHz. Tako na izlazu iz mješača (MIXER) možemo dobiti BB signal koji čine modulirane MF u rasponu 45 do 95 MHz. U ovakvom dizajnu sklopova NF modulacijske frekvencije i sweep oscilator ne mogu doći u interakciju sa eventualno nelinearnom karakteristikom VCO-a pa intermodulacijske smetnje mogu nastati jedino u mješaču i njegovom izlaznom pojačalu. Intermodulacije u mješaču su u pravilu neznatne no u izlaznom pojačalu može doći do određenih kašnjenja signala što se onda izjednačava odgovarajućim linijama u stupnju GD EQUALIZER. Visoke UHF frekvencije oscilatora odabrane su zato da se dobije što linearnija frekvencijska skala unutar generiranog radnog opsega i da se što je moguće više smanji mogućnost pojave smetnji, odnosno neželjenih signala unutar frekvencijskog opsega (spurious frekvencije).   

Stabilnost izlazne frekvencije osiguravaju dvije povratne petlje: AFC – automatska frekvencijska kontrola i ALC – automatska kontrola pojačanja. Za stabilnost frekvencije u AFC petlji koristi se tzv. Pulse Counting FM Discriminator. Radi se o sklopu koji za svaku periodu frekvencije bilježi npr. jedan pravokutni impuls. Ukoliko se frekvencija smanji razmaci između impulsa (duty cycle) će se povećati, i obrnuto, ukoliko se frekvencija poveća razmaci između impulsa će se smanjiti. Pulse Counting FM Discriminator može biti osjetljiv na izrazito male promjene frekvencije kao što su na primjer neznatne devijacije frekvencije koje nastaju FM modulacijom nosećeg signala. To se postiže tako da se noseća frekvencija konvertira u niži opseg pri čemu modulacijska frekvencija (FM devijacija) i dalje ostaje ista. Kod ovoga lako možemo zamisliti da će devijacija (promjena) frekvencije od npr. 50 kHz biti puno bolje izražena na signalu od npr. 500 kHz, nego na signalu od 50 MHz. Sada vidimo da naziv Pulse Counting FM Discriminator zapravo dosta dobro opisuje sam sklop jer se radi o svojevrsnom brojaču impulsa i FM demodulatoru. U našem slučaju diskriminator je izveden kao izrazito linearan i temperaturno stabilni sklop koji onda kontrolira i linearnost sweep generatora jer je VCO sweep generatora prisiljen slijediti linearnu karakteristiku diskriminatora.

Automatska kontrola amplitude ALC uzima uzorak o veličini amplitude izlaznog signala preko sprežnog detektora i tim uzorkom se kontrolira atenuator (oslabljivač) izveden sa PIN diodama tako da na mješač uvijek dolazi signal jednake amplitude (jačine). U ALC detektoru sadržani su i sklopovi izlaznog pojačala za izlaznu impedanciju 75 Ω.

Za naš primjerak generatora HP 3710A ne posjedujemo servisnu dokumentaciju, a prilikom testiranja je utvrđena nefunkcionalnost sklopke SWEEP, nekih sklopki IF ATTENUATOR-a, a također je upitno stanje i svih ostalih kontrola, posebno potenciometra. Iako je unutrašnjost uređaja u vrlo dobrom stanju i koliko smo mogli provjeriti vjerojatno i elektronički ispravna, vanjske mehaničke kontrole poput sklopki i potenciometara očekivano su zakazale uslijed desetljeća nekorištenja, lošeg skladištenja i neodržavanja. Ovakvu situaciju možemo očekivati kod gotovo svakog elektroničkog uređaja starog 50-tak godina, pa koliko god on bio profesionalno izrađen i konstruiran, i to bez obzira da li se stalno koristio (nastupa istrošenost) ili je desetljećima negdje skupljao prašinu (nastaje zapečenost, korozija, stvaranje nevodljivog sloja prljavštine na kontaktima, sušenje maziva na pokretnim dijelovima). Najgore je što su ove komponente često specijalne izvedbe (pogotovo višepolne sklopke) za koje je nemoguće naći adekvatnu zamjenu nego se mora pokušati neki priručni popravak bez garancije u konačni rezultat. Dodatan problem je što su komponente na prednjoj ploči često i teško dostupne za skidanje i testiranje. Naš HP 3710A odličan je primjer modularnog uređaja kod kojeg je pristup svim elektroničkim pločicama maksimalno pojednostavljen. Čak u unutrašnjosti nalazimo i dva adaptera preko kojih se svaki elektronički modul može podići iznad svih ostalih, tako da je lako dostupan za testiranje i sa strane vodova i sa strane komponenti, a sve dok je funkcionalno spojen sa ostalim komponentama. No čak i u ovakvom modularnom uređaju, elementi na prednjoj ploči zalemljeni su metalnim oklopima za prednju ploču te je za dostup do istih potrebno rastaviti i odlemiti veliki broj dijelova. Svatko tko se bavi popravkom elektroničkih uređaja složiti će se sa jednom činjenicom: ako je neispravna neka elektronička komponenta na pločici to može značiti puno vremena za lociranje kvara ali je zato zamjena te komponente vrlo brza i jednostavna, no s druge strane, ako je neispravna neka elektromehanička komponenta (sklopka, potenciometar) stvar je obično obrnuta: kvar se brzo locira ali zamjena često traži puno vremena, strpljenja i što je najvažnije sreće u samom popravku ili nabavki zamjenske komponente.

Na aluminijskom poklopcu otisnute su sheme razmještaja regulacijskih elemenata za oba opcionalna modula generatora BB testnih tonova: HP 3715A ili HP 3716A.

S obzirom da su naš  HP 3710A ugrađeni temperaturno stabilizirani kristalni oscilatori i povratne petlje za stabilizaciju amplitude i frekvencije očekivali bismo stabilne signale iz istog i nakon gotovo 50 godina životnog vijeka ovog uređaja. Ipak, ovo nećemo moći provjeriti prije nego se izvrše opisani popravci, a za njih je naravno potrebno naći vremena. Srećom, analogni telefonski FDM sustavi odavno više nisu gotovo nigdje u praktičnoj upotrebi pa se s popravcima sada više i ne moramo previše žuriti. Važno je da smo našli makar toliko vremena barem za zaviriti u još jedan primjerak dobre stare elektronike 🙂