5.3.2 Относительные уровни

Уровень передачи называется относительным, если мощность или напряжение в данной точке тракта «х» сравниваются с одноименными величинами какой-либо другой точки тракта, принятой за начало отсчета «а».

Lмо = 10 lg(Pх/Pа)

Lмо = 10 lg (Pх/Pа) = 10lg [(Pх/10^-3)/ (Pа/10^-3)] = 10lg (Pх/10^-3) - 10lg (Pа/10^-3) = Lмх - Lма

 

Относительный уровень в какой-либо точке «х» канала (тракта) равен разности абсолютных уровней в данной точке «х» и в точке принятой за начальную «а».

Lмо = Lмх - Lма

Lно = Lнх - Lна

 

5.3.3 Измерительные уровни

Измерительный генератор с Ri = 600 Ом, вырабатывающий ЭДС Е = 1,55 В, f = 800 Гц называется нормальным генератором.

При подключении нормального генератора к коммутаторному входу канала

(Zвх = 600 Ом) уровень мощности (напряжения) на входе канала (коммутаторном входе) Lм = 0 дБм (Lн = 0 дБн), так как

Uвх = Е/2 = 1,55/2 = 0,775 В,    а

Рвх = U²/R = 0,775²/600 = 1мВт.

 

Абсолютный уровень мощности (напряжения) в какой-либо точке канала, измеренный или вычисленный при условии, что к коммутаторному входу канала подключен нормальный генератор, называется измерительным уровнем.

 

Знак измерительного уровня показывает затухание «–» или усиление «+» действует между данной точкой канала и коммутаторным входом канала. Численное значение измерительного уровня соответствует величине затухания или усиления.

 

Задача. Рассмотрим тракт передачи, представленный последовательно соединенными четырехполюсниками

Затухание от коммутаторного входа «a» до точки «b» Аa-b = 5 дБ.

Определить затухание или усиление действует на участке «b-c» и вычислить его величину, если Zc = 75 Ом, Uc = 275 мВ.

Решение:

Уровень на коммутаторном входе нулевой Lмк = 0 дБм.

Аab = LдБм a - LдБм b = 0 - 5= - 5 дБм

 

Определим уровень напряжения в точке «c»

LдБн с = 20lg(Uс/Uо) = 20lg(27510^-3/0,775) = - 9 дБн

 

Определим уровень мощности в точке «c»

LдБм с = LдБн + 10lg(600/Zx) = - 9 + 10lg(600/75) = 0 дБм

 

Так как уровень в точке «с» стал выше, чем в точке «b» значит на участке  «b-c» произошло усиление и его величину можно определить следующим образом:

SдБ bc = LдБм c - LдБм b = 0-(-5) = 5 дБ

 

5.3.4 Принцип построения схемы измерителей уровней

Измерители уровней строятся на базе вольтметров, так как эксплуатация вольтметра более удобна по сравнению с амперметром или ваттметром (подключается параллельно без разрыва цепи).

Если шкалу вольтметра отградуировать в логарифмических единицах, то такой прибор будет измерять уровни напряжения и называться измерителем уровней.

В технике связи для измерения уровней используются

• широкополосные измерители уровней (ШИУ) и

• избирательные измерители уровней (ИИУ).

 

Широкополосный измеритель уровня (ШИУ или ИУ) предназначен для эксплуатационных измерений уровней напряжения в каналах и трактах передачи.

Функциональная схема широкополосного измерителя уровней аналогична схеме широкополосного вольтметра. Измеритель уровней и вольтметр с точки зрения процесса измерений различаются схемой входного устройства, градуировкой шкалы и переключателя пределов, а также правилами эксплуатации. Нередко используются универсальные приборы, совмещающие функции вольтметра и измерителя уровней.

Рисунок 5.3.1 Структурная схема широкополосного измерителя уровней

 

Назначение элементов схемы ИУ.

Входное устройство (Вх.У) обеспечивает необходимое входное сопротивление прибора. Вх.У состоит из трансформатора и двух низкоомных сопротивлений R1 и R2, включенных параллельно первичной обмотке трансформатора. Резисторы имеют стандартное значение сопротивления R1 = 600 Ом, R2 = 135 Ом.

При отключенных резисторах входное сопротивление прибора определяется сопротивлением первичной обмотки и имеет высокоомное значение.

При подключенном резисторе R1 или R2 входное сопротивление прибора имеет значение 600 или 135 Ом соответственно.

Калиброванный делитель напряжения (КДН) позволяет измерять уровни сигнала выше, чем отградуирован верхний предел измерения, т. е. расширяет верхний предел измерения. На лицевую панель прибора выводится переключатель КДН.

Усилитель напряжения позволяет измерять уровень сигнала ниже, чем отградуирован нижний предел измерения, т. е. расширяет нижний предел измерения. Усилитель имеет постоянный коэффициент усиления, который учитывается при градуировке переключателя КДН.

Переключатель КДН называется переключателем пределов и градуируется в логарифмических единицах (дБ или Нп).

Детектор преобразует переменный ток в постоянный, выполнен по мостовой схеме линейного детекторного прибора.

Магнитоэлектрический прибор (МЭП) служит индикатором, градуируется в логарифмических единицах. Результат измерения определяется алгебраической суммой показаний шкалы МЭП и переключателя КДН.

 

Измеритель уровня отличается от вольтметра не только градуировкой шкалы, но и порядком эксплуатации, в частности, способами подключения.

 

Способы подключения ИУ к объекту измерения.

Порядок подключения ИУ «в параллель» (как вольтметр).

 

Подключение измерительного прибора не должно изменять режима работы объекта исследования и параметров исследуемого сигнала. При параллельном подключении прибор оказывает шунтирующее действие, для уменьшения данного влияния Rвх прибора должно стремиться к бесконечности, т.е. быть высокоомным.

 

Порядок подключения ИУ «в разрез цепи» (в качестве нагрузки).

Измеритель уровней подключается вместо рабочей нагрузки (последующего 4хп). Подключение измерительного прибора не должно изменять режима работы объекта исследования, поэтому параметры ИУ должны быть эквивалентны параметрам 4хп₂.

Для получения низкоомного входного сопротивления используется добавочный резистор. Поскольку в трактах систем передачи в контрольных точках обычно обеспечивается стандартное значение сопротивление 600 или 135 Ом, в ИУ предусматривается возможность подключения резисторов с данным сопротивлением.

 

Особенности градуировки шкалы ИУ

Некоторые измерители уровней имеют две шкалы.

Верхняя шкала (основная) градуируется в значениях уровня напряжения. Градуировка производится для стандартного значения сопротивления 600 Ом, при этом «нулевому» уровню соответствует значение напряжения 0,775 В.

Нижняя шкала (дополнительная) градуируется в значениях уровня мощности, измеряемого на конкретном стандартном сопротивлении, например, 135 Ом или 75 Ом. В данном случае пользоваться нижней шкалой можно только при измерении на указанном стандартном сопротивлении, определяя непосредственно уровень мощности.

 

 

Верхняя (основная) шкала индикатора градуируется в значениях уровня напряжения Lн. Конечный результат надо выражать в значениях уровня мощности Lм.

Уровень мощности рассчитываем по формуле:

Lм = Lн - 10 lg Zх/600,   где Zх – сопротивление в точке измерения.

Их формулы взаимосвязи видно, что Lм = Lн, если сопротивление в точке измерения Zх = 600 Ом.

Результат измерения определяется алгебраической суммой показаний шкалы МЭП и переключателя КДН.