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.
|
