книги из ГПНТБ / Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник

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

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.

1 м В -А выделяется на сопротивлении 600 Ом по извест­

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

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

сти и уровни по напряжению, измеряемые вольтметрами, проградуированными в логарифмических единицах и на­

щие им уровни отрицательны. Поэтому, говоря об абсо­ лютных уровнях, следует упоминать знак. Исходя из ф-лы (1.1), нетрудно найти соотношение между уровня­

14

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

по току; если же сопротивление меньше, чем 600 Ом, то уровень по мощности в нем превышает уровень по напря­

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

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:

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

Соответственно можно считать затухание по напряжению

17

1.5. Связь между логарифмическими единицами и соотношениями мощностей, напряжений и токов

Из рассмотренных определений логарифмичес­ ких единиц как для уровней, так и для единиц передачи видно, что между ними и величинами мощностей, напря­ жений и токов, выраженными в общепринятых единицах измерений (милливольтамперах, вольтах, миллиампе­ рах), существует определенная связь. Так, абсолютные уровни по мощности, напряжению и току могут быть легко переведены в общепринятые для этих величин еди­ ницы измерений, а именно:

Однако совершенно ошибочным было бы переводить ло­ гарифмические единицы, выражающие величину затуха­ ния (усиления), например, в вольты.

Из ф-л (1.11) — (1.13) можно найти только дробные соотношения величин, выраженных в общепринятых еди­ ницах:

Ни первая, ни вторая мощность (напряжение или ток) не могут быть определены из этих соотношений, если не

единицы применен непер, обращает на себя внимание не­ обходимость определения для расчетов величины еж или величины ln X. Между тем, если применить децибелы, то достаточно воспользоваться обычными десятичными ло­ гарифмами.

18

при изменении мощности, например на 10%, уровень по

частот и оконечных нагрузок

Во многих случаях при поверочных измерени­ ях используются не все частоты, в диапазоне которых ра­ ботает то или иное устройство связи, а некоторые сред­ ние частоты, рекомендованные для таких измерений. Та­ ковы, например, в звуковом диапазоне 800 и 1000 Гц, для телеграфной передачи 25 Гц (50 Бод), для высоких частот 1 МГц.

В технике связи для упрощения измерений и вычис­ лений часто используются источники измерительного то­ ка и нагрузки, имеющие общепринятые стандартные сопротивления. Главную роль среди них играет уже упоминавшееся сопротивление 600 Ом, которое часто фи­ гурирует в качестве номинального значения для оконеч­ ных измерительных сопротивлений, а также в качестве характеристического, входного или выходного сопротив­ ления разнообразных измерительных устройств. В си­ стемах многоканальной связи для симметричных кабель­ ных цепей применяются сопротивления 135,150 и 170 Ом, для коаксиальных кабелей — 75 Ом, в низкочастотных си­ стемах, работающих по стальным цепям,— 1400 Ом, в си­ стемах связи на линиях электропередач — 300 и 100 Ом.

ЗАДАЧИ

'Применяемые обозначения '(для всех глав):

Р(рп) — абсолютный уровень по напряжению;

рм — абсолютный уровень по мощностЯ;

рт— абсолютный уровень по току (значение индексов для уровней то же, что и для напряжений);

а (ам) — затухание по мощности; ав — затухание по напряжению; ат— затухание по току;

19