РефератыКоммуникации и связьИзИзмерение напряженности электромагнитного поля и помех

Измерение напряженности электромагнитного поля и помех

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ


Кафедра метрологии и стандартизации


РЕФЕРАТ


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:


- - плотность потока энергии (вектор Умова-Пойнтинга) (Вт/м2
);


- - напряженность электрического поля (В/м);


- - напряженность магнитного поля (А/м).


Эти векторы перпендикулярны друг другу и связаны между собой соотношениями:


, (1)


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=, (4),


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:


, (5)


где - действующая высота антенны.


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 . В результате усиление всего измерителя приводится к заданному и известному значению К.


При измерениях переключатель переводят в положение «1» и, регулируя ослабление и , устанавливают стрелку вольтметра в любое удобное для отсчета положение. Шкала вольтметра проградуирована в значениях входного напряжения УВЧ и его показания определяются выражением



из которого можно определить значение E:


. (6)


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


. (7)


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.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Измерение напряженности электромагнитного поля и помех

Слов:1368
Символов:12919
Размер:25.23 Кб.