Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра метрологии и стандартизации
На тему:
«
Измерение напряженности электромагнитного поля и помех»
МИНСК, 2008 Основные понятия и классификация приборов для измерения напряженности электромагнитного поля и помех
Электромагнитная совместимость – это способность радиоэлектронных средств (РЭС) одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных помех и не создавать недопустимых радиопомех другим РЭС. Помеха – любое нежелательное воздействие, которое ухудшает показатели качества полезного сигнала, устройства или системы. Помехи заранее неизвестны, поэтому не могут быть полностью устранены. В зависимости от источника возникновения помехи подразделяются на собственные, взаимные и внешние. Собственные помехи возникают от источников, находящихся в данном устройстве, системе или канале связи (флюктуационные и контактные шумы, пульсации источников питания и т.д.). Взаимные помехи, создаваемые влиянием каналов связи друг на друга, возникают вследствие недостаточного переходного затухания фильтров, разделяющих каналы, различных повреждений аппаратуры и т.д. Внешние помехи возникают от внешних источников электромагнитных полей. Они подразделяются на естественные и искусственные: К естественным помехам относят земные (разряды в осадках, радиоизлучения нагретых предметов) и внеземные (солнечные, космические, радиоизлучение звезд); Искусственные помехи подразделяются на станционные (радиовещание, телевидение, связь, локация) и индустриальные (энергетическое и промышленное оборудование и аппаратура широкого применения). Приборы для измерения напряженности поля и помех образуют подгруппу П и делятся на: П2 – индикаторы поля; П3 – измерители напряженности поля; П4 – измерители радиопомех; П5 – приемники измерительные; П6 – антенны измерительные. Измерение напряженности электромагнитного поля
Напряженность поля необходимо измерять для определения диаграмм направленности антенн, дальности действия радиостанций и ретрансляторов, наличия паразитных излучений, качества экранирования устройств и других характеристик, определяющих качество радиосвязи, телевидения, радиовещания и телефонной связи. Напряженность электромагнитного поля (ЭМП) характеризуется векторами: - - - Эти векторы перпендикулярны друг другу и связаны между собой соотношениями: Для воздушного пространства волновое сопротивление среды (W) равно Тогда П = Е2
/120π = Н2
·120π. (2) Из формулы (1.19) видно, что для определения интенсивности поля можно измерять любой из трех векторов. Еще одной характеристикой поля является плотность потока мощности, проходящей через поверхность площадью S, которая равна: Р = П·S. (3) Напряженность Е можно вычислить по результатам измерения мощности из выражения Е= где Sэфф
– эффективная площадь антенны. Для измерения интенсивности ЭМП используют два метода: 1) метод эталонной антенны; 2) метод сравнения. При измерении векторов Е и Н большое значение имеет ориентация их в пространстве, характеризующая плоскость поляризации ЭМП, которая может быть линейной, круговой и эллиптической. По отношению к земной поверхности существует две линейные поляризации: 1) вертикальная; 2) горизонтальная. Метод эталонной антенны
Если измерительную антенну поместить в ЭМП в плоскости, параллельной поляризации волны, то в ней будет индуцироваться ЭДС: где Она всегда известна, так как при измерениях используются измерительные антенны вида П6 с известными параметрами. Значение ЭДС изменяется вольтметром. Этот метод применяется для измерения напряженности сильных полей вблизи источников излучения и на практике реализуется с помощью простых измерительных устройств индикаторов поля вида П2. Метод сравнения. Измерительные приемники и измерители напряженности поля
Метод сравнения применяется для измерения слабых полей и реализуется на практике с помощью измерительных приемников вида П5 и измерителей напряженности поля и плотности потока мощности вида П3. Измерительный приемник представляет собой высокочувствительный гетеродинный радиоприемник с электронным вольтметром на выходе. Если же он укомплектован измерительными антеннами, то называется измерителем напряженности поля. Структурная схема такого измерителя представлена на рисунке 1. Процесс измерения напряженности поля содержит три этапа: 1) предварительная настройка; 2) калибровка; 3) измерение. При предварительной настройке ко входу измерителя подключают одну из измерительных антенн (в зависимости от частоты источника поля) и настраивают его на частоту источника, напряженность которого измеряется. Настройку осуществляют изменением частоты гетеродина по максимальному показанию вольтметра при произвольных положениях аттенюаторов (входного и ПЧ). При калибровке ко входу УВЧ подают известное напряжение от генератора-калибратора и, регулируя усиление УВЧ, устанавливают стрелку вольтметра на определенное значение. Предварительно на аттенюаторе ПЧ устанавливают заданное значение ослабления При измерениях переключатель переводят в положение «1» и, регулируя ослабление из которого можно определить значение E: Пределы изменения напряженности поля такими приборами составляют от долей мкВ/м до сотен мВ/м, а плотности потока мощности – от сотых долей мкВт/см2
до десятков мВт/см2
. Погрешность измерения определяется погрешностью используемой измерительной антенны, неточностью ее ориентирования, рассогласованиями, погрешностью аттенюатора и вольтметра. Суммарная погрешность достигает значения ±30 %. Измерение помех в каналах связи
Наибольшее влияние на качество связи оказывают внешние помехи. Для техники связи характерно, что в телефонных и вещательных каналах измеряют не общее напряжение помех, а псофометрическое напряжение. При измерении такого напряжения учитываются избирательные свойства слуха человека. Измерение псофометрического напряжения помех
Псофометрическое напряжение – напряжение помех, которое существует на сопротивлении нагрузки 600 Ом, согласованном с выходным сопротивлением питающей его цепи и измеренное с учетом неодинакового воздействия напряжения различных частот Uf
на качество телефонной или вещательной передачи. Неодинаковость воздействия учитывается с помощью весовых коэффициентов Аf
напряжения Uψ
относительно весового коэффициента для частоты сравнения Аf
сравн
. В соответствии с этим псофометрическое напряжение помех будет определяться Весовые коэффициенты устанавливаются в результате многолетних наблюдений и рекомендуются на определенный период для всех стран мира. Эти коэффициенты определяются по псофометрическим характеристикам для соответствующего канала. Для телефонного канала выбрана частота сравнения 800 Гц, а для вещательного канала – 1кГц. Псофометрическое напряжение помех измеряется с помощью измерительного прибора, называемого псофометром. Его структурная схема представлена на рисунке 2. Псофометр представляет собой электронный вольтметр с избирательностью, определяемой псофометрическими характеристиками. Для этого служат полосовые фильтры: ПФ1 с телефонной и ПФ2 с вещательной псофометрическими характеристиками. Для измерения полного напряжения помех служит эквивалентное звено (ЭЗ), затухание которого равно затуханию псофометрических фильтров на частотах сравнения. Погрешность измерения – единицы процента. Для всех каналов и систем связи установлены допустимые нормы псофометрического напряжения помех, соответствие которым и проверяется в результате их измерений. Измерение внешних радиопомех
Измерение естественных радиопомех
Всю шкалу используемых частот можно условно разбить на три области: 1) от 1 Гц до 3 МГц, где преобладают атмосферные помехи от грозовых разрядов. 2) от 3 МГц до 1 ГГц, где преобладают космические шумы. 3) больше 10 ГГц, где преобладают атмосферные помехи от тепловых шумов. При измерении естественных радиопомех надо учитывать также пассивные помехи, которые проявляются в виде отражений от земной и водной поверхности, облаков и т.д. Измерение станционных помех
Основной источник станционных помех - побочные излучения передающих устройств, которые возникают в результате нелинейных искажений в радиопередающих устройствах. Абсолютное значение мощности побочных излучений определяется путем измерения напряженности поля или плотности потока мощности, создаваемым этим побочным излучением в дальней от передатчика зоне, или путем измерения напряжения или мощности побочных излучений в фидерной линии. Соответственно измерения называются измерениями по полю или измерениями по тракту. Результаты этих измерений позволяют рассчитать мощности побочных излучений. В соответствующих нормативных документах установлены допустимые уровни радиопомех, приведены методики выполнения измерений и рекомендуемая измерительная аппаратура. Измерение индустриальных радиопомех
Индустриальные помехи подразделяются на длительные (не менее 1 с) и непродолжительные (менее 1 с). Возникающие в помехообразующих элементах, и они могут распространяться как в открытом пространстве, так и по проводам. Методики выполнения измерений зависят от источника помех и приведены в соответствующих нормативных документах. Измерители радиопомех
Структурные схемы измерителей радиопомех аналогичны рассмотренным выше схемам измерительных приемников и измерителей напряженности поля, но они имеют свои особенности, обусловленные характером помех. Так как помехи имеют в основном случайный и импульсный характер, то, чтобы оценить их мешающее воздействие, они должны усредняться. Усреднение выполняется с помощью квазипикового детектора. Кроме квазипикового детектора в таких измерителях используются детекторы среднего, действующего и пикового значений. Это позволяет получить дополнительные сведения о характере помех. ЛИТЕРАТУРА
1Метрология и электроизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов /А.С. Сигов, Ю.Д. Белик. и др./ Под ред. В.И. Нефедова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. 2Бакланов И.Г. Технологии измерений в современных телекоммуникациях. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2007. 3Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учеб. пособие для вузов /Под ред. Б.П. Хромого. – М.: Радио и связь, 2006.
|