Файл: Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 136
Скачиваний: 2
указать причины этого и пути их преодоления для по следующих опытов.
12. Следует иметь в виду, что в практике работы тех ников проводной связи этапы измерительного экспери мента обычно регламентированы соответствующими ин струкциями.
3. Особенности методов и аппаратуры для измерений в проводной связи
Существенная особенность измерений упомя нутых выше величин состоит в необходимости измерения их для весьма широкого спектра частот, используемого в технике проводной связи (от герц до . десятков мега герц), в достаточно большом динамическом диапазоне (особенно в сторону малых значений, например, до до лей микровольта) и с малыми погрешностями.
Кроме того, следует иметь в виду, что объекты изме рений в технике проводной связи имеют некоторые спе цифические черты, вынуждающие ставить дополнитель ные требования к схемам и аппаратуре измерений. Сю да следует отнести необходимость:
а) контроля работы объектов с распределенными по стоянными (разного рода линий с территориально разне сенными входом и выходом), параметры которых часто нестабильны во времени;
б) при контроле этих объектов в нескольких точках оперировать одновременно на нескольких оконечных или промежуточных станциях;
в) считаться как с паразитными связями между со седними цепями, имеющими часто значительные длины параллельного пробега, так и с разного рода помехами.
Возникающие по этим причинам особенности схем из мерений, меры, предупреждающие паразитные воздейст вия между измеряемой цепью и остальными (или даю щие возможность их учесть), а также необходимые тре бования к организации измерений рассматриваются при менительно к отдельным способам измерений в соответ ствующих главах.
4. Тенденции развития измерительной техники связи в СССР
Введение в С С С Р единой автоматизированной системы связи (ЕАСС) требует значительного повыше ния качества всех элементов многочисленных трактов
10
электрической связи, составляющих сеть электрической связи нашей Родины. Контроль и улучшение качества связи в этих условиях возможны только при усиленном развитии измерительной техники связи.
В настоящее время все возрастает емкость систем уп лотнения, повышаются требования к качеству передачи информации, бурно развиваются новые ее виды: черно белое и цветное телевидение, передача газет, передача цифровых данных для ЭВМ и автоматизированных си стем управления.
Без совершенствования измерительной аппаратуры в отношении точности, стабильности и надежности, без развития техники измерений, не нарушающих действия связи, и без автоматизации трудоемких измерительных экспериментов невозможно обеспечить выполнение вы соких требований, предъявляемых к современным кана лам и трактам связи, нельзя достичь работы устройств связи на уровне мировых стандартов.
В осуществлении тенденций развития измерительной техники связи, в улучшении эксплуатации измерительных средств велика роль не только производственных и науч но-исследовательских организаций, но и будущих техни ков связи, которым предстоит на месте решать все воз растающие по сложности задачи совершенствования ра боты устройств связи.
Следует иметь в виду, что развитие измерительных средств должно базироваться на экономической эффек тивности их применения. Не только дешевый, но и очень дорогой и сложный измерительный прибор может при нести значительную экономическую выгоду, если приме нение последнего дает возможность существенно умень шить расходы на строительство или эксплуатацию уст ройств связи или же выиграть за счет экономически вы годного улучшения качества передачи и приема инфор мации.
Г Л А В А СПЕЦИАЛЬНЫ Е ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В
1 ТЕХНИ КЕ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
1.1. Международный характер специальных единиц измерений в технике связи
В измерительной технике проводной связи, кроме единиц измерений, общепринятых в физике и электротехнике, весьма широкое применение получили специальные единицы измерений, используемые для тех ники связи.
Распространение электромагнитных волн вдоль раз нообразных линий передачи характеризуется множите лем еу1 , где е — основание натуральных логарифмов (е= 2,718); у — километрическая постоянная распростра нения и / — длина линии. Имея это в виду, междуна родным консультативным комитетом по телефонии и те леграфии (МККТТ) рекомендованы к применению еди ницы измерений, определяемые логарифмами отношений мощностей, напряжений или токов. Использование та ких единиц существенно упрощает расчеты, поскольку позволяет заменять деление и умножение вычитанием и сложением.
В настоящее время в таких единицах выражается большинство норм, определяющих качество передачи сигналов по международным и внутренним линиям свя зи во всех странах мира. В этих же единицах градуиру ется большое количество измерительных приборов, при меняемых в технике проводной связи. Характерной осо бенностью использования логарифмических единиц яв ляется то обстоятельство, что при сравнении результатов отсчета в них, неправомерно говорить, ВО сколько раз один результат больше (меньше) другого, надо говорить, НА сколько он больше (меньше).
Если сказать, например, что затухание (в каких-то логарифмических единицах) выросло вдвое, то нельзя
12
понять физический смысл такого выражения. Для раз личных цифровых значений затухания, выраженного в логарифмических единицах, рост его величины вдвое даст различные изменения мощности, напряжения или тока, которые затухали. Если же имелось в виду, до пустим, уменьшение вдвое величины напряжения (зату хание «в разах»), то затухание, выраженное в логариф мических единицах, изменит свое значение не в два ра за, а НА логарифм двух, поэтому нужно было сказать, что затухание возросло Н А столько-то (в зависимости от употребляемой системы единиц, см. §§ 1.2 и 1.3).
1.2. Абсолютные уровни по мощности, напряжению и току
Международный консультативный комитет (еще в то время, когда наибольшее распространение имели воздушные цепи из медных проводов) установил для измерения мощностей, напряжений и токов в лога рифмических единицах одинаковое для всех стран нача
ло отсчета, называемое абсолютным нулевым уровнем
(аналогично уровню моря для отсчета географических высот). В качестве исходного установлен абсолютный уровень по мощности. За мощность, соответствующую нулевому отсчету в логарифмических единицах, взята мощность в один милливольтампер для кажущихся мощностей и один милливатт для активных мощностей. Выбор этой величины обусловлен, с одной стороны, ма лыми значениями мощностей сигналов, передаваемых по цепям связи, и, с другой стороны, необходимостью ма тематически удобно связать ее с общепринятыми в элек тротехнике единицами.
В качестве производных от уровня по мощности уста новлены: абсолютный нулевой уровень по напряжению 0,775 В и абсолютный нулевой уровень по току 1,29 мА.
Эти значения напряжения и тока получены из |
расчета |
(с достаточно малой погрешностью), что |
мощность |
1 м В -А выделяется на сопротивлении 600 Ом по извест
ной формулеPZ\. |
( 1. 1) |
|
Р = |
4L |
|
|
z |
|
Bice другие значения абсолютных уровней по мощнос ти, напряжению и току выражаются с помощью десятич ных логарифмов в единицах, называемых децибелами, исходя из формул:
13
Ры |
— для- |
Jуровней по мощностиJ - |
|
|
|
( 1. 2) |
|||||
|
= |
l 0 l 8 |
- , Д Б |
Ры = |
~ Y l n |
|
- Н п |
|
|||
Ри |
|
для уровней по напряжению |
|
(1.3) |
|||||||
|
= |
|
и |
дБ |
|
|
и |
|
Нп |
|
|
|
20>g 0,775 |
Рн = in 0,775' |
|
||||||||
|
|
для уровней по току |
|
|
|
|
(1.4) |
||||
рт = |
Р201g - |
I |
дБ |
рт = In |
|
|
Нп |
|
|||
,29 |
1,29 |
|
U |
||||||||
где |
— кажущаяся |
мощность, |
м В -А; |
|
— напряже |
||||||
ние, В; / — сила тока, мА. |
|
|
|
|
организаций |
||||||
|
С 1971 |
г. по решению международных |
для всех видов связи в качестве основной логарифмиче ской единицы принят децибел. Поскольку в эксплуата ции еще имеется измерительная аппаратура, проградуи рованная в неперах, в дальнейшем изложении обе еди ницы будут фигурировать совместно. Во всех случаях, когда в формулах указаны натуральные логарифмы, ре зультат получается в неперах, а когда десятичные, — в децибелах. Следует иметь в виду, что 1 дБ = 0,115 Нп и
1 |
Нп = 8 ,6 8 6 дБ, п о с к о л ь к у In А = 2,3 IgA и lg A = |
= |
0,434 ln А. |
|
Наибольшее распространение имеют уровни по мощно |
сти и уровни по напряжению, измеряемые вольтметрами, проградуированными в логарифмических единицах и на
зываемыми указателямиР > |
уровня (UУУ>) или измерителями |
|||
уровня (ИУ). Уровни по |
току используются редко. |
|||
Р |
|
В случаях, когда |
1 м В -A, |
0,775 В, /^-1,29 мА, |
то |
соответствующие нм уровни положительны, если же |
|||
|
<С І мВ-А , С/<70,775 В, /<1,29 |
мА, то соответствую |
щие им уровни отрицательны. Поэтому, говоря об абсо лютных уровнях, следует упоминать знак. Исходя из ф-лы (1.1), нетрудно найти соотношение между уровня
ми по мощности, напряжениюиг |
и току, присущимиU |
некотоU |
|
||||||||
рому сопротивлению Z. Так как |
|
|
|
|
|
||||||
рм = |
— In |
Р |
= — In |
Ю3 и рн = |
In |
ІП |
|
’ |
|
||
Им |
2 |
|
2 |
|
|
|
0,775 |
/ 0 ,6 0 0 |
|
||
то рм—Рн= In U— ^ -ln Z -1 0 -3— ln U + - j- In 600-10-3, |
от |
||||||||||
куда |
|
|
|
рм= р „ ------- ln — , Нп |
|
(1.5) |
|||||
|
|
|
|
м |
" |
2 |
600 |
|
|
|
|
14
Аналогично можно получить |
In |
|
Нп |
|
||
Р „= Р Т + lOlg — , дБ |
ри= |
+ |
600 |
( 1.6) |
||
|
Рт |
|
|
|
Таким образом, абсолютные уровни по мощности, на пряжению и току совпадают по величине только на со противлении 600 Ом, когда l/21n(Z/600) = 0 . Если сопро тивление больше 600 Ом, то уровень по мощности мень
ше, чем уровень по напряжению на |
величину 1/21пХ |
X (Z/600), и на столько же превышает |
значения уровня |
по току; если же сопротивление меньше, чем 600 Ом, то уровень по мощности в нем превышает уровень по напря
жению на величину 1/21п (600/Z) |
и на столько же |
мень |
ше уровня по току. |
по напряжению |
и по |
Сумма абсолютных уровней |
||
току на некотором сопротивлении |
цепи всегда |
равна |
удвоенному абсолютному уровню по мощности, выделяю щейся на этом сопротивлении. Очевидно, что уровень, например, по напряжению, измеренный на каком-то со противлении, может быть переведен, скажем, в уровень по мощности только в том случае, когда величина этого сопротивления известна.
Из определения абсолютных уровней вытекает весь ма важное для расчетов следствие: разность уровней по
напряжению определяется логарифмом |
|
отношения этих |
||||||||
напряжений: |
|
|
|
|
Р и і Рн — |
|
и |
1 |
|
|
|
и |
|
|
|
2 |
|
|
|
||
Pm— Рн — 201g^i-, дБ |
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
|
2 |
|
, Нп |
|
0,775 |
|
(1.7, |
||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Уг |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
— ІП 0,775 = ln U2 |
|
|
|
|
|
|||||
и соответственно |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
( 1.8) |
|
Р а — P -а = 2 0 1 ё |
J/ 2 |
- Д Б |
Рті— Рт = In у - , Нп |
; |
||||||
Рмі — рм2 = 101g |
|
дБ |
Рмі — Рм 2= ѴjL |
|
ІП ^I 2 ’ |
Н п |
(1.9) |
|||
|
|
- |
, |
|
|
|
|
|
|
|
Это следствие особенно удобно применять в случаях, когда соотношение напряжений равно соотношению со противлений. Если в качестве исходного взять сопротив ление, на котором выделяется мощность 1 м В -А , не 600 Ом (среднее значение волнового сопротивления воз душных цепей из медных проводов), а, например, 135 0м (принятое значение характеристического сопротивления
15
для аппаратуры симметричных кабельных цепей) или 75 Ом (среднее значение волнового сопротивления коак сиальных цепей), то значения напряжений и токов, соот ветствующих абсолютному нулевому уровню по мощно сти (который строго одинаков для всех цепей связи), оказались бы отличными от 0,775 В и 1,29 мА (см. зада чи №№ 13, 14, 15).
1.3. Относительные и измерительные уровни
Довольно часто в технике связи оказывается удобным иметь дело не с абсолютными уровнями, а с уровнями (ротн), отсчитываемыми относительно некото рого уровня (ро), принятого за начальный (соответст вующего какой-то норме или имеющегося в какой-то точ ке цепи, принятой за исходную). Такие уровни называют ся относительными. Их величина определяется как раз ность между абсолютным уровнем в данной точке (рх) цепи и абсолютным уровнем (ро), соответствующим на чалу отсчета:
Р о т н = Р і — Ро- |
( М О ) |
Следует иметь в виду, что при подсчете относитель ных уровней сохраняют силу формулы § 1.2, определяю щие соотношения уровней по мощности, напряжению и току (см. задачи №№ 19—23).
В технике связи широкое применение имеет понятие еще об одном уровне, характеризующемся режимом на входе цепи, так называемом измерительном уровне. И з мерительным уровнем (рты) в некоторой точке цепи свя зи называется абсолютный уровень, возникающий в этой точке при подаче на вход цепи тока частотой 800 Гц от генератора, имеющего эдс 2X0,775 В и внутреннее со противление 600 Ом. Заметим, что такой генератор на нагрузке 600 Ом выделяет напряжение 0,775 В, т. е. аб солютный нулевой уровень по напряжению.
Графики распределения измерительных уровней вдоль тракта связи широко используются при эксплуатации многоканальных связей.
1.4. Единицы передачи
С понятием об уровнях неразрывно связаны понятия об единицах передачи, определяющих затухание и усиление сигналов и выражающихся, как и уровни, в децибелах (неперах).
)б
Уровень характеризует соотношение между мощно стью (напряжением или током), выделяющейся в дан ной, одной точке цепи, и мощностью (напряжением или током), принятой за начало отсчета; единицы же пере дачи выражают соотношение между мощностями (на пряжениями или токами), взятыми в двух различных точках. Это соотношение, поскольку разговор идет о ло гарифмических единицах, выражается через разность уровней, существующих в упомянутых точках. Так, если
абсолютный |
уровень по |
|
мощности |
равен |
рм= |
|||||||
= 10 lg(P (n B •А )/1), то затухание по мощности |
равно |
|||||||||||
öM= |
lР°±l g y . |
ДБ |
|
|
|
|
|
|
( 1. 11) |
|||
гдеZ h |
|
•'2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Рг— кажущаяся мощность, выделяющаяся в неко |
|||||||||||
торой первой точке цепи |
на |
некотором |
сопротивлении |
|||||||||
|
|
а |
— кажущаяся мощность в некоторой второй точ |
|||||||||
ке, выделяющаяся на каком-то сопротивлении Z2. Ина |
||||||||||||
че говоря, |
Рх |
|
ры1 — |
|
|
|
|
|
||||
аы |
= |
|
Ю (lg |
— lg Ра) = |
рм2, дБ |
|
|
|
||||
Ом = у (1п у — !п у ) = |
Рм — Рм’ |
Нп ■ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
Соответственно можно считать затухание по напряжению
ан |
= |
201g |
U2 |
Риі |
P h2> Д Б |
a„ = |
In |
Ui_ |
|
— P hi |
P h 2> H n |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
U . |
|
|
|
|
|||||||
и затухание по току |
|
дБ |
|
|
Ll |
|
|
|
|
|||||||||
aT=201g |
U |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
— Рті |
Рт2> Н п . |
|||||||
/* |
|
Pti |
|
Рт2’ |
|
нет |
|
|||||||||||
Однакоа |
, как правило, если |
специальной |
оговорки, |
|||||||||||||||
затухание считается по мощности и обозначаетсяР х |
просто |
|||||||||||||||||
|
с индексом, определяющим, в каких условиях и в ка |
|||||||||||||||||
ких точках берутся кажущиеся мощности |
|
и Р 2. |
Тогда |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
101g |
|
u\z2 |
= 201g |
U |
|
101g Zi |
|
|
|||
|
|
l ° l g ^ |
= |
|
UiZi |
и., + |
|
( 1. 12) |
||||||||||
|
|
22 |
|
|
|
анЦ------In |
22 |
Нп |
|
|||||||||
— а н |
+ |
|
lOlg |
, |
|
а = |
|
|
|
|||||||||
|
Zx |
I\Z1 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
дБ |
|
н |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
а = |
lO lg A |
= 101g |
|
1{Z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
а—а . |
|
*2 |
|
Zi |
, Hn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
L |
|
|
----- — ln |
Zi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17