Главная | Обратная связь

Измерение рабочего затухания и рабочего усиления

В эксплуатационной и лабораторной практике типовыми измерительными приборами для измерений рабочего затухания и рабочего усиления служат измерительный генератор (ИГ), измеритель уровня (ИУ) и магазин затухания (МЗ).

Выше отмечалось, что почти все устройства аппаратуры МСП рассчитываются на нагрузки одним из трех номиналов активных сопротивлений: 600, 150 (135) и 75 Ом. В типовом ИГ обычно предусматривается возможность установки с помощью переключателя двух из трех номинальных значений внутреннего сопротивления Z_Г. Таким образом, в большинстве случаев Z_Г можно установить равным требуемой величине. Схема измерений, в которой выполняется это условие, называется «схемой с известным генератором». В противном случае применяют так называемую «схему Z» (рис.3, а). Из рисунка следует, что часть схемы, лежащая влево от линии а—б, эквивалентна источнику с внутренним сопротивлением Z и ЭДС Е, равной напряжению на выходе ИГ (рис.3, б).

Рис. 3

Имея в виду применение ИУ, следует преобразовать выражения (11). Источник ЭДС Е (рис.2, а) развивает на согласованной нагрузке Z=Z_Гнапряжение .

Отсюда

Мощность в нагрузке измеряемого четырехполюсника (рис.2, б) равна

. Подставляя эти значения в ( 11), получаем следующее

 

(13)

 

В другой записи

(14)

Если теперь поделить в (13) и (14) числитель и знаменатель первого слагаемого на 775 мВ, затем представить логарифм дроби разностью логарифмов и учесть определение (1), получаются выражения для расчетов при измерениях:

(15)

а также

(16)

Здесь р_о — абсолютный уровень напряжения на согласованной нагрузке ИГ (рис. 2, а);

р₁ – абсолютный уровень эквивалентной ЭДС Е в «схеме Z» (рис. 3, а);

р₂ – абсолютный уровень напряжения U₂ на нагрузке четырехполюсника Z_Н.

Рабочее затухание и усиление измеряют одним из двух методов: методом разности уровней или методом сравнения. Метод разности уровней сводится к измерению абсолютных уровней ЭДС Е измерительного генератора и напряжения U₂на нагрузке. Точность измерений при этом имеет порядок 1 дБ (0,1 Нп) и зависит главным образом от погрешности ИУ. Широкое применение данного метода объясняется его простотой и возможностью измерений четырехполюсников с далеко разнесенными входом и выходом (канал связи). Более точным является метод сравнения рабочего затухания (усиления) измеряемого четырехполюсника с затуханием магазина затуханий, погрешность которого обычно не превышает 0,1 дБ (0,01 Нп).

В каждом из двух методов используется либо «известный генератор», либо «схема Z». Это сочетание дает по четыре схемы для измерений a и S. Выбор той или иной из них определяется конкретными условиями и рассматриваемыми ниже особенностями.

Рабочее затухание (усиление) в общем случае зависит от частоты и уровня измерительного сигнала. В дальнейшем подразумевается, что эти параметры ИГ установлены в соответствии с требуемыми для измеряемого четырехполюсника значениями.

Метод разности уровней. При данном методе могут быть использованы «известный генератор» либо «схема Z». В первом случае рабочее затухание и усиление измеряются одинаково и в два приема. Вначале по схеме рис.2, а) с помощью ИГ устанавливается требуемый уровень р₀. Затем ИГ включается на вход измеряемого четырехполюсника и измеряется уровень р₂ (рис.2, б). Искомое рабочее затухание (усиление) вычисляется по выражениям (15). В большинстве случаев Z_H=Z_Г и (15) упрощаются, а именно:

a = р₀ − р₂ , S = р₂ − р₀ , дБ (Нп).

Этот метод применяется в эксплуатационной практике при измерении электрических параметров каналов и трактов.

При использовании «схемы Z» рабочие затухание и усиление измеряются по одной и той же схеме рис .4, изображенной для случая, когда измеряемый четырехполюсник уравновешен относительно земли. При неуравновешенном четырехполюснике сопротивление Z включается в незаземленный провод. Измеряемое рабочее затухание (усиление) определяется по выражениям (16), уровень р₁ измеряется в нижнем, а уровень р₂ — в верхнем положении ключа. Метод используется в редких случаях, когда отсутствует ИГ с нужным выходным сопротивлением, а более точный метод сравнения по каким-либо причинам не применим.

Рис.4

Метод сравнения. При данном методе также могут быть использованы «известный генератор» либо «схема Z».

Известный генератор применяется в случае, когда нагрузка со стороны входа измеряемого четырехполюсника равна одному из номинальных сопротивлений R (600, 150 Ом или 135 и 75 Ом), которые могут быть обеспечены с помощью ИГ. Магазин затухания (МЗ) также должен иметь характеристическое сопротивление Z_C=R. Если при этом нагрузка измеряемого четырехполюсника должна быть равна R, то схема измерений (рис. 5, а) и расчетные формулы упрощаются. Переводя сдвоенный ключ из одного положения в другое и изменяя затухание МЗ, добиваются одинаковых показаний ИУ. Учитывая Z_H = Z_Г и применяя (15) раздельно для верхнего и нижнего положений ключа, получаем a = a_МЗ для схемы рис. 5, а) и S = а_МЗ для схемы рис. 5, б).

Рис. 5

В схеме рис. 5, б) от ИГ требуется уровень сигнала, равный выходному уровню измеряемого усилителя. При измерении мощных усилителей это не всегда можно обеспечить, и в подобных случаях в ветвь с усилителем вводится второй магазин затуханий (рис. 6). Измеряемое рабочее усиление равно S=а_МЗ1+ а_МЗ2, а уровень мощности, требуемый от ИГ, уменьшается на величину а_МЗ2. Данный метод измерения рабочих затухания и усиления использован в измерительном комплексе типа ИП-300, который широко применяется на стационарных узлах связи. Входящие в комплекс ИГ, ИУ, М31 и МЗ2 совместно с согласующими трансформаторами обеспечивают измерения при R=600 Ом и R=135 Ом.

Рис.6

«Схема Z» предназначена главным образом для случаев, когда требуемое Z_Готличается от Z_С магазина затухания. Здесь не предъявляется особых требований к величине и частотной зависимости внутреннего сопротивления ИГ, что существенно упрощает широкодиапазонные измерительные генераторы. Поэтому «схема Z» находит применение и в случаях Z = Z_Н=Z_С=R.

Схема измерений рабочего затухания дана на рис. 7. Процесс измерений сводится к установлению с помощью МЗ одинаковых показаний ИУ в обоих положениях ключа. При этом на основании выражений (16) получается:

При измерении рабочего усиления верхняя ветвь собирается либо с одним магазином затухания, как на рис. 5, б), либо с двумя по рис. 6. В нижней ветви остаются резисторы и резистор R.

Если в ветви с усилителем используются два магазина затуханий, то

.

На практике приходится также применять рассматриваемые ниже разновидности основных методов измерения рабочего затухания и усиления.

Измерение амплитудной характеристики. Амплитудную характеристику (АХ) четырехполюсника определяют как зависимость его рабочего затухания (усиления) от уровня измерительного сигнала на входе или выходе при неизменной частоте. Эта зависимость обычно выражена слабо, и достаточную точность измерений может обеспечить только метод сравнения.

Рис. 7

Если вход и выход измеряемого четырехполюсника находятся в одном месте, пригодна любая из рассмотренных выше схем, относящихся к методу сравнения. Измерять приращения усиления удобно при использовании двух магазинов затухания (рис. 6), где с помощью МЗ1 задаются приращения выходного уровня. При измерении приращений затухания с той же целью целесообразно включить второй МЗ между ИГ и измерительной схемой.

Для измерений амплитудных характеристик четырехполюсников с разнесенным входом и выходом (канал связи) используется представленная на схеме рис. 8 разновидность метода сравнения.

Рис.8

В исходном положении затухание каждого магазина устанавливается несколько больше требуемых пределов измерения уровня. Установив по ИУ исходный уровень на выходе четырехполюсника с учетом затухания МЗ2, задают с помощью МЗ1 приращение входного уровня. Затем регулировкой МЗ2 добиваются прежнего показания ИУ, который в данном случае служит только индикатором равенства уровней. Искомое приращение затухания равно разности приращений затуханий магазинов МЗ1 и МЗ2. Подобные измерения обеспечиваются измерительным комплектом ИП-300.

Измерение частотных характеристик затухания (усиления).Частотной характеристикой (ЧХ) затухания (усиления) четырехполюсника называют зависимость его рабочего затухания (усиления) от частоты при неизменном уровне сигнала на входе или на выходе. В практике часто используют понятие об относительной частотной характеристике, которая представляет собой зависимость от частоты приращений затухания (усиления) по сравнению с затуханием (усилением) на некоторой заданной частоте.

Наиболее простой и распространенный способ измерений — «по точкам», т.е. для каждого поочередно устанавливаемого значения частоты. Здесь пригодны, с учетом их особенностей, все описанные выше методы и схемы измерений рабочего затухания (усиления).