Измерване на ниво и затихване. Методи и особености при измерване на ниво.
В телекомуникационната техника предаваните, пренасяните и приемани аналогови електрически сигнали се измерват и оценяват не в абсолютни стойности на единиците Ват, Волт и Ампер, а в относителни логаритмични единици, наричани още единици за предаване. Измерването на нива е една от най-важните задачи. Абсолютните нива се дефинират чрез логаритмичните зависимости от отношенията на мощността P, напрежението U, или тока I в даден пункт от електрическата верига, към мощността напрежението, или тока в даден пункт от електрическата верига приети за базис. Базисни напрежение, ток или мощност са със следните стойности: U0=0,775V, I0=1,29mA, P0=1mW и се задават от еталонен (нормал) генератор с вътрешно съпротивление RI=600Ω.
Абсолютните нива по мощност, напрежение и ток се изразяват със следните зависимости:
Относителните нива за дадена точка се определят по подобен начин, като за сравнение се приема мощността, напрежението или токът в друга точка на електрическата верига, най-често в началото.
За измерването на нивото на сигнала се използват електронни волтметри, чийто скали са градуирани в единици за ниво Децибел (dB), или Непер (Np) – наричани нивоизмерители.
Абсолютното ниво по мощност може да се определи от измереното ниво по напрежение, ако се знае товарното съпротивление, върху което се отдава мощността. Това става като се изрази абсолютното ниво по мощност чрез абсолютното ниво по напрежение:
Тази зависимост позволява да се изчисли нивото по мощност, ако е измерено нивото по напрежение дори при модул на импеданса различен от 600Ω.
Измерителното ниво е абсолютното ниво по напрежение в даден пункт от системата, ако към входа и е включен нормал генератор, и точката в която се извършва измерването е съгласувано натоварена.
За измерването на ниво по мощност и ниво по напрежение се използват нивоизмерители. Нивоизмерителите могат да бъдат широколентови и селективни. Основните разлики между нискочестотните или високочестотните волтметри и нивоизмерителите е, че към тях се предявяват следните изисквания от телекомуникациите:
- резултатите се показват в единици – ниво (dB, dBm, dBm0);
- диапазона на измервателните уреди е необходимо да покрива диапазона на типично срещаните стойности;
- входната верига на уреда да позволява симетричен ( плаващ спрямо масата) и несиметричен (коаксиален) вход;
- входният импеданс на уреда да може да се променя (превключва) със стойност типични за характеристичния импеданс на използваните кабели;
- индикаторите за ниво и честота да са високо точни;
- всички необходими фактори за сигурност и надеждност да са задоволителни.
На фиг.4.1. е показана обобщена структурна схема на широколентов нивоизмерител. Тези уреди са предназначени да измерват синусоидални и несинусоидални сигнали. Минималните измервани нива се определят от вътрешните шумове, които са от порядъка на минус 60dB до минус 80dB, в зависимост от широчината на лентата. Шумовите нивоизмерители са специална част от широколентовите нивоизмерители. За измерване на шумове, взаимни преслушвания и др. към веригата на широколентовите нивоизмерители се добавя и лентови и псофометричен филтри.
На фиг.4.2 е показана обобщена структурна схема на теснолентов (селективен) нивоизмерител. Тъй като честотната лента при тези уреди е от 10Hz до няколко kHz, селективните нивоизмерители трябва да измерват нива от порядъка на минус 130 dBm (което съответства при 75Ω на 100nV).
За да могат да покриват широк диапазон на честотата на измерваната величина (от 50Hz до над 30MHz), те са изградени на принципа на хетеродинните приемници.
Друг основен параметър на телефонните канали е остатъчното затихване - а. Дефинира се като сумата от усилванията и затихванията в една система, или това е разликата в абсолютните нива на входа p2 (съответстващо на напрежение u2) и на изхода p1 (съответстващо на напрежение u1). Схемата на свързване на уредите за измерване на остатъчно затихване на четириполюсник с вътрешен импеданс Z0 при съгласувано натоварване е показана на фиг.4.3.
Коментари: