Вердуин Я. и др. Справочник по радиоконтролю
Подождите немного. Документ загружается.
- 209 -
Глава 4
В качестве меры предосторожности помимо измерений напряженности поля или плотности потока
мощности в некоторых случаях должны проводиться другие измерения качества сигнала, такие как
преобразование ЧМ в АМ при ЧМ передачах, коэффициент ошибок по битам (ВЕR) и импульсная
характеристика канала (СIR) для цифровых систем подвижной связи из-за многолучевого характера
передачи (см. § 4.3.4.2 и 5.3.4.5).
4.3.1.1 Величины и единицы измерения
4.3.1.1.1 Напряженность электрического и магнитного поля
В качестве единицы измерения напряженности поля обычно используется вольт на метр (В/м) и
значения, деленные на 10 в целой степени. Эта единица в строгом понимании применима только к
электрической составляющей (Е) данного поля, но, как правило, используется также для выражения
результатов измерений напряженности магнитного поля или магнитных составляющих излучаемых
полей по отношению к полному сопротивлению распространения, обычно в свободном
пространстве (377 Ом), и в этом случае магнитное поле (Н) в амперах на метр в дальней зоне
определяется формулой:
Ом377
E
H
= (4-5)
Что касается излучения в ближних или дальних зонах в свободном пространстве, то уровни энергии
в обеих зонах равны (определения ближней и дальней зон см. [Кгаus, 1950]). Тип выбираемой
антенны должен соответствовать конкретным измеряемым сигналам. Если измеряемая ширина
полосы излучения больше ширины полосы оборудования, применяемого для измерения
напряженности поля, необходимо обратить внимание на степень, в какой ограниченная ширина
полосы пропускания измерителя напряженности поля влияет на показания фактической
напряженности поля перехваченного сигнала.
Уровни напряженности поля измеряются с использованием антенн с известными показателями
эффективности их работы. Эффективность (кпд) К
e
приемной антенны – это напряженность
электрического поля Е плоской волны, деленная на напряжение на выходе антенны V
o
при ее
номинальном сопротивлении нагрузки (которое обычно равно 50 Ом).
К
e
= Е/V
o
(4-6)
Нередко вместо значения эффективности антенны указывается коэффициент усиления антенны G
относительно изотропной антенны. Зависимость между коэффициентом усиления изотропной
антенны G и эффективностью антенны К
e
определяется из формулы:
G
f
G
R
Z
G
K
N
e
81.30
/MHz73.9
4
1
0
=
λ
=
π
⋅
λ
=
, где Z
0
= 377 Ом и R
N
= 50 Ом
Поскольку значения напряжения и напряженности поля обычно измеряются как уровни в дБ(мкВ) и
в дБ(мкВ/м), то значения эффективности антенны также приводятся в их логарифмической форме:
где:
k
e
= 20 lоg К
e
и g = 10 log G,
эффективность антенны k
e
указывается в дБ(м
–1
) как
k
e
= – 29,77 дБ – g + 20 lоg (f/МГц),
- 210 -
Глава 4
и таким образом уровень напряженности поля e может быть измерен из уровня напряжения на
выходе антенны v
o
с использованием формулы:
е/дБ(мкВ/м) = v
o
/дБ(мкВ) + k
e
/дБ(м
–1
)
Поскольку k
e
обычно не включает ослабление a
c
фидерного кабеля между антенной и измеритель-
ным приемником, то данное уравнение должно быть расширено (в этом случае v
o
– напряжение на
входе измерительного приемника) до
е/дБ(мкВ/м) = v
o
/дБ(мкВ) + k
e
/дБ(м
–1
) + a
c
/дБ
Пример: на частоте 100 МГц антенна с усилением 6,5 дБ имеет эффективность 3,7 дБ. При входном
напряжении v
o
= 33,4 дБ(мкВ) и ослаблении кабеля a
c
= 1,1 дБ напряженность поля составит
38,2 дБ(мкВ/м).
4.3.1.1.2 Эквивалентная напряженность поля падающей волны
Напряжения, измеряемые на входе приемника, могут быть выражены через соответствующие напря-
жения, наведенные в приемной антенне, а, следовательно, через связанные с ними уровни
напряженности поля.
В случае использования простых антенн, например вертикального штыря или рамки, которые реа-
гируют только на волны одного направления поляризации, например вертикального или
горизонтального, целесообразно ввести концепцию эквивалентной напряженности поля падающей
волны. Этот термин специально применяется в ВЧ диапазоне. Он относится к результирующему
полю с такой же поляризацией, как та, на которую реагирует антенна. Для любого сигнала можно
рассматривать уровень поля как сумму двух волн – пространственной волны и волны, отраженной
от земной поверхности. Имеющиеся в продаже переносные измерители напряженности поля и
стационарные установки, использующие короткие вертикальные или рамочные антенны, обычно
бывают откалиброваны на значения эквивалентной напряженности поля падающей волны. Однако
следует отметить, что концепция эквивалентной напряженности поля падающей волны имеет малый
физический смысл, если она применяется с удлиненными антеннами, имеющими лепестки приема с
различных направлений, например ромбическими антеннами, или в случае внеосевого приема
сигналов при использовании симметричных вибраторных или рамочных антенн.
Соотношение между эквивалентной напряженностью поля падающей волны и напряжением, наве-
денным в приемной антенне, является функцией частоты и в отличие от соответствующих
соотношений для среднеквадратичного значения напряженности поля пространственной волны не
зависит от направления прихода волны и констант земной поверхности. Поэтому при сравнении
результатов измерений, проведенных в различных местах и различным оборудованием,
целесообразно использовать эквивалентную напряженность поля падающей волны. Использование
среднеквадратичного значения напряженности поля пространственной волны потребовало бы
знания преобладающих составляющих поля волны, поляризаций и углов прихода волны в
дополнение к точному знанию диаграммы направленности антенны (см. Рекомендацию МСЭ-R
Р.845).
4.3.1.1.3 Медианная мощность на входе приемника
Предлагаемый МСЭ-R метод прогнозирования (Рекомендация МСЭ-R Р.533) для оценки уровней
поля сигнала пространственной волны дает значения, выраженные в виде напряженности поля или
медианной мощности на входе приемника при отсутствии потерь в приемной системе.
Предпочтительным параметром для уровня сигнала при сравнении результатов прогнозирования и
измерений является медианная мощность на входе приемника, так как она не зависит от
направлений прихода волн и от поляризации (см. Рекомендацию МСЭ-R Р.845).
- 211 -
Глава 4
4.3.1.1.4 Плотность потока мощности
На более высоких частотах, особенно на частотах выше 1 ГГц, измерение плотности потока
мощности (S) во многих случаях дает более привычную информацию, касающуюся эффективной
напряженности поля излучения. Единица измерений плотности потока мощности – ватт на
квадратный метр (Вт/м
2
). Для линейно поляризованной волны в свободном пространстве S = E
2
/Z
0
,
где Е – напряженность поля, выраженная в вольтах на метр. Знаменателем Z
0
является величина
полного сопротивления свободного пространства, выраженная в омах (377 Ом).
Определение эффективной площади антенны, А
e
, для измерения плотности потока мощности дается
следующим образом:
Если Р – принимаемая мощность в Вт, S – плотность потока мощности в Вт/м
2
, а G – коэффициент
усиления изотропной антенны, то эффективная площадь антенны, А
e
, выражается как:
G
/f
GG
P/SA
e
2
222
МГц)(
)м62,84(
57,124
=
λ
=
π
λ
=
и S = P/A
e
Записанная в логарифмических величинах данная эффективная площадь антенны, a
e
, в дБ(м
2
) имеет
вид (используя р = 10 lоg Р и s = 10 lоg S):
a
e
/дБ(м
2
) = 38,55 + g – 20 lоg (f/МГц) и, таким образом, s/дБ(Вт/м
2
) = р/дБ(Вт) – a
e
/дБ(м
2
)
Если принятая мощность р задана в дБм, плотность потока мощности, s, в дБ(Вт/м
2
) может быть
получена с помощью формулы:
s/дБ(Вт/м
2
) = р/дБм – a
e
/дБ(м
2
) – 30 дБ
Поскольку a
e
обычно не включает ослабление a
c
фидерного кабеля между антенной и измеритель-
ным приемником, то данное уравнение должно быть расширено до:
s/дБ(Вт/м
2
) = р/дБм – a
e
/дБ(м
2
) – 30 дБ + a
c
/дБ
Пример: если антенна имеет усиление g = 15 дБ на частоте 1 ГГц, то эффективная площадь a
е
составляет –6,45 дБ(м
2
). При принятой мощности –73,6 дБм и ослаблении кабеля 3,5 дБ плотность
потока мощности, s, составит –106,6 дБ(Вт/м
2
) или +13,4 дБ(пВт/м
2
).
ПРИМЕЧАНИЕ. – Иногда полезно вычислять эффективную площадь из заданного значения эффективности
антенны или наоборот. Для этой цели применяются следующие уравнения (с количественными значениями,
определенными выше):
N
e
e
R
Z
K
A
0
2
1
=
и a
e
/дБ(м
2
) = 8,77 дБ – k
e
/дБ(м
–1
)
4.3.1.2 Оборудование для измерения напряженности поля или плотности потока мощности
Измерение напряженности поля выполняется с использованием комбинации следующих элементов:
– калиброванная антенна;
– цепь связи и/или линия передачи;
– измерительный приемник или анализатор спектра, имеющий:
– схемы ослабления сигналов и преселекции;
– усилительные схемы перед главным смесителем и (переключаемым) фильтром ПЧ,
предпочтение отдается фильтрам с малым отношением значения ширины полосы
пропускания 60/6 дБ;
– детектирующий и индицирующий прибор, такой как аналоговый или цифровой
измеритель, или аналого-цифровой преобразователь с вычислительным устройством и
дисплеем;
- 212 -
Глава 4
– источник калиброванного сигнала (например, генератор непрерывного стандартного сигнала
или генератор слежения, импульсный генератор или генератор случайного шума), который
также может быть частью измерительного приемника или анализатора спектра.
Эти элементы могут быть объединены в одном или нескольких отдельных приборах, каждый из
которых выполняет одну или несколько требуемых функций. На практике для таких целей, как
измерение диаграмм направленности антенн или зон обслуживания станций, обычно используется
отдельный переносной измеритель напряженности поля, в состав которого входят все
перечисленные выше элементы, за исключением антенны; однако в некоторых случаях даже
антенна является неотъемлемой частью измерителя напряженности поля. В подвижных или
стационарных установках, для которых вес и потребляемая мощность не столь важны, существует
широкий выбор комбинаций, от стандартного измерителя напряженности поля до отдельных
блоков, состоящих из приемника, измерителя, генератора стандартных сигналов или другого
калибровочного прибора и соответствующей антенной системы. Для управления приемником,
калибратором, принтерами и/или графопостроителями обычно используются микропроцессорные
системы, которые способны отображать и хранить результаты измерений – все эти элементы часто
бывают встроены в единый блок.
При наблюдении за модулированными излучениями весьма важно знать ширину полосы,
статистическую функцию детектора (то есть линейно усредненную, логарифмически усредненную,
пиковую, квазипиковую, среднеквадратичную функцию) и постоянную времени измерителя, такую как
время измерения на одну измеряемую величину, в оборудовании, используемом при измерении
напряженности поля. Как правило, такая информация известна для приборов промышленного
производства, а при использовании составного оборудования она отсутствует, если только не приняты
определенные меры для измерения или получения этих данных. Сложное составное оборудование
требует наличия квалифицированного персонала и может стать источником погрешностей измерения.
Полоса пропускания должна быть достаточно широкой для приема измеряемого сигнала, включая
основные части его модуляционного спектра. Тип детектора должен обеспечивать, например, измерение
несущей частоты сигнала. В табл. 4-6 приведены следующие функции детектора и значения ширины
полосы, необходимые или рекомендуемые для соответствующих типов сигнала (примеры).
ТАБЛИЦА 4-6
Функции детектора и статистические функции и значения ширины полосы
для соответствующих типов сигнала
Тип сигнала
Минимальная ширина полосы
(кГц)
Функция детектора
АМ с двумя боковыми полосами 9 или 10 Линейно усредненная
АМ с одной боковой полосой 2,4 Пиковая
Сигнал ЧМ радиовещания 120 Линейно (или лог.) усредненная
Несущая ТВ сигнала 120 Пиковая
Сигнал GSM 300
Сигнал UMTS 3 840
Сигнал DAB 1 500
TETRA 30
Пиковая в случаях помех,
среднеквадратичная, если включается
зона покрытия
Разнос каналов в узкополосной
ЧМ радиосвязи 12,5 кГц
20 кГц
25 кГц
7,5
12
12
Линейно (или лог.) усредненная
Линейно (или лог.) усредненная
Линейно (или лог.) усредненная
- 213 -
Глава 4
Точность измерений при использовании комплектов сложной аппаратуры, если не известны все дан-
ные об оборудовании и кабельных соединениях, включая перечисленные выше параметры, остается
непредсказуемой. Поэтому на практике принято калибровать составное оборудование и установки
для записи напряженности поля путем прямого сравнения с показаниями измерителя
напряженности поля или генератора стандартных сигналов с известными и стабильными
характеристиками.
Примеры самого современного оборудования:
Разработки управляемых микропроцессорами автоматических измерительных
приемников/измерителей напряженности поля имеются на рынке в виде компактных блоков,
рассчитанных на работу либо в диапазоне частот от 9 кГц до 3,0 ГГц, либо в более узких диапазонах
частот. Встроенные калибровочные генераторы, точные аттенюаторы, автоматическая калибровка и
установка диапазона могут обеспечить погрешности измерений напряжения на входе менее 1 дБ во
всем диапазоне входных напряжений и в широком диапазоне температур. Вместе с достижимой
точностью эффективности антенны в 1 дБ результирующая точность полной автоматической
системы измерения напряженности поля составляет ± 2 дБ по всему диапазону частот. В
измерительный приемник для прямой индикации напряженности поля могут быть введены
индивидуальные таблицы затухания в кабеле и значения эффективности любой откалиброванной
антенны. Приемники тщательно экранируются, с тем чтобы на точность измерений не влияли
наведенные помехи при измерении малых или больших значений напряженности поля.
Такими измерителями напряженности поля служат измерительные приемники, которые имеют:
– дисплей для отображения спектра, показывающий измеренную напряженность поля как
функцию частоты (РЧ анализ);
– панорамный дисплей (ПЧ анализ) для визуального контроля за РЧ спектром во время
измерений напряженности поля;
– полосы пропускания по ПЧ, которые необходимы для данного диапазона частот;
– все необходимые функции детектора и статистические функции: пиковую, линейно
усредненную, квазипиковую и среднеквадратичную;
– выход для подключения ТВ монитора для различных телевизионных систем;
– функции измерения модуляции (АМ, ЧМ, ФМ);
– функции измерения частоты с помощью метода измерения ПЧ сигнала с использованием
встроенного точного эталона;
– демодуляторы сигналов АМ, ЧМ и ОБП и громкоговоритель для слухового контроля;
– функции регистрации занятости полосы частот;
– функции регистрации занятости канала;
– возможности подключения радиопеленгатора;
– возможности использования в измерениях напряженности поля подвижными средствами с
одновременным измерением на нескольких частотах;
– выходы демодулятора I/Q для внешней обработки цифровой модуляции;
– интерфейс IEC/IEEE для компьютерного управления.
Например, один из разработанных анализаторов спектра для диапазона частот от 20 Гц до 8 ГГц
имеет целый ряд значений ширины полосы и характеристик фильтра: в дополнение к значениям
ширины полосы разрешения БПФ (от 1 Гц до 30 кГц) он имеет цифровые фильтры (от 10 Гц до
- 214 -
Глава 4
100 кГц) и аналоговые фильтры (от 200 кГц до 20 МГц и 50 МГц) со ступенями 1/2/3/5. Кроме того,
для применений в радиоконтроле он имеет ряд квазипрямоугольных канальных фильтров.
Анализатор может работать в режиме нулевого интервала времени при использовании в качестве
приемника для демодуляции АМ и ЧМ сигналов и отображения демодулированного сигнала на
дисплей. С помощью встроенной функции калибровки уровня и зависящих от частоты значений
эффективности антенны он обеспечивает возможность точного измерения напряженности поля.
4.3.1.3 Деление на диапазоны частот
Иногда удобно классифицировать методы измерения напряженности поля и плотности потока мощ-
ности по трем диапазонам частот:
– частоты ниже примерно 30 МГц;
– частоты между примерно 30 и 1000 МГц;
– частоты выше примерно 1 ГГц.
Такое деление имеет смысл, потому что оптимальные методы измерения различны для этих
диапазонов. В какой-то мере это обусловлено соотношением между размерами практически
используемых антенн и длинами волн сигналов, подлежащих измерению, а также различным
влиянием местности на проводимые измерения в этих трех диапазонах частот. В диапазоне частот
ниже примерно 30 МГц (длины волн более примерно 10 м) используемые на практике антенны
обычно имеют небольшие (0,1 λ) по сравнению с длиной волны размеры. Наиболее широко
применяемыми измерительными антеннами являются рамочная антенна из одного или более
электрически экранированных витков диаметром порядка 0,6 м или вертикальная штыревая антенна,
длина которой невелика по сравнению с четвертью длины волны. Эти антенны могут быть либо
активными, либо пассивными. Если используется активная антенна, то необходимо принять
соответствующие меры, чтобы избежать ее перегрузок. Вертикальная штыревая антенна
используется с противовесом на земле. Преимуществом штыревой антенны является ее
всенаправленность.
В диапазоне частот ниже примерно 30 МГц обычно приходится измерять напряженность поля на
высотах, электрически близких к поверхности Земли. Характеристики земной поверхности и
растительность, провода и строения в районе измерительной станции оказывают различное влияние
на напряженность электрической и магнитной составляющих поля и на угол поляризации. Они
могут также влиять на полное сопротивление антенны. Измерения, при которых используются
электрически экранированные рамочные антенны, обычно подвержены влиянию близлежащих
объектов в значительно меньшей степени, чем измерения с использованием штыревых антенн.
В диапазоне частот от примерно 30 до 1000 МГц (длина волны от примерно 10 м до 30 см)
используемые на практике антенны имеют размеры, которые сопоставимы с длиной волны. При
измерениях напряженности поля на фиксированной частоте в этом диапазоне наиболее часто
используется полуволновый резонансный симметричный вибратор (диполь). Данный вибратор
подсоединяется к измерительному прибору с помощью согласующего трансформатора и
коаксиальной фидерной линии. Резонансная симметричная вибраторная антенна отличается от
рамочной и короткой штыревой антенны тем, что она высокоэффективна (очень низкое
сопротивление потерь относительно сопротивления излучения). При использовании симметричных
вибраторных антенн необходимо принять соответствующие меры, чтобы избежать (или уменьшить)
связи с окружающей средой и антенным кабелем в качестве источника неопределенности. В верхней
части этого диапазона частот нередко используются широкополосные или направленные антенны,
особенно логопериодического и конически-логоспирального типа. Избежать или уменьшить связь с
окружающей средой обычно помогают направленные свойства антенны.
- 215 -
Глава 4
В диапазоне частот выше примерно 1 ГГц (длина волны менее примерно 30 см) площадь раскрыва
симметричного вибратора становится слишком мала для обеспечения необходимой
чувствительности. На этих частотах, как правило, применяются антенны, которые собирают
энергию от раскрывов, намного превышающих длину волны, например, рупорные антенны или
системы параболических отражателей. Эти антенны обычно характеризуются высокой
эффективностью (свыше 50%) и значительной направленностью. Используются коаксиальные или
волноводные линии передачи. В настоящее время недостаточно хорошо определен верхний
частотный предел для успешных измерений напряженности поля, но, как представляется, методы,
используемые в диапазоне частот выше 1 ГГц, могут применяться на любой более высокой частоте
при наличии калиброванных приемников и точных аттенюаторов.
4.3.2 Выбор мест для измерения
Как описано выше, напряженность поля в месте приема зависит от пространства и времени. Следо-
вательно, показать зависимость напряженности поля от времени могут только измерения
напряженности поля с использованием антенны, расположенной в стационарном пункте
(фиксированное положение на поверхности земли, фиксированные направление и высота).
4.3.2.1 Стационарные установки
По возможности площадку следует выбирать в таких местах, где записываемые поля излучений не
будут значительно искажаться вследствие влияния местных строений и рельефа местности. Близко
расположенные воздушные электрические провода, здания, большие деревья, другие антенны и мачты,
холмы и прочие естественные и искусственные объекты могут серьезно нарушать или искажать фронт
излучаемой волны. Степень, в какой такие условия ограничивают достоверность результатов измерений,
зависит от ряда факторов, в том числе от диапазона частот, типа и ориентации антенны, используемой с
аппаратурой для измерения напряженности поля. В ВЧ диапазоне и в диапазонах более низких частот
обычно используются вертикальные несимметричные вибраторные антенны или широкополосные
антенные решетки с характеристиками приема сигналов в основном с вертикальной поляризацией, а в
ряде случаев, например при размещении на зданиях, применяются вертикальные или горизонтальные
симметричные вибраторы, использовать которые, однако, необходимо с осторожностью, учитывая
трудности калибровки. На такие антенны особенно отрицательно влияют воздушные электрические
провода и строения. На более высоких частотах, где применяются остронаправленные антенны, важно,
чтобы трасса основного направления распространения источника сигнала была свободной от
препятствий, а возможность многолучевого приема из-за отражений или переизлучений желаемого
сигнала от местных предметов была сведена к минимуму. В тех случаях, когда применяется антенна с
высоким отношением усиления по главному и заднему лепесткам диаграммы направленности
(например, антенны, установленные в отражателях параболического или уголкового типа), источники
отражения или переизлучения, находящиеся позади антенной решетки, вряд ли могут оказать сильное
отрицательное воздействие на нее, как это было бы при использовании антенн с более ограниченными
характеристиками направленности.
Стационарные площадки прежде всего используются для проведения измерений на частотах ниже
30 МГц. Для этой цели предлагаются следующие критерии:
– местность вблизи площадки должна быть ровной и находиться в зоне с относительно
ровным рельефом;
– для размещаемых на уровне земли антенн типа вертикального несимметричного вибратора
желательна почва с относительно высокой проводимостью без гравия или выходов
скальных пород;
– желательно, чтобы в пределах 100 м от площадки сверху не было каких-либо проводников
(например, антенн, электрических и телефонных линий или зданий с металлическими
крышами или водостоками). Для более низких рабочих частот, где 100 м составляет
половину длины волны или менее, желательно, чтобы расположенные сверху проводники
находились на расстоянии 20 м или более от приемной антенны на каждый 1 м высоты
подвеса проводника над поверхностью земли вплоть до расстояния, равного не менее чем
половине длины волны.
- 216 -
Глава 4
4.3.2.2 Подвижные установки
Подвижные установки, то есть оборудование для измерения напряженности поля, размещенное в
транспортных средствах (автомобилях) для проведения контроля, имеют следующие преимущества
перед стационарными установками: они могут использоваться как стационарные (если автомобиль
не находится в движении) и как подвижные установки; следовательно, они могут применяться для
измерения как пространственного, так и временнóго распределения напряженности поля.
4.3.2.2.1 Применение в стационарном варианте
Во многих случаях измерения напряженности поля в нескольких пунктах при разной высоте изме-
рительной антенны являются предпочтительным решением для получения ожидаемого значения
напряженности поля, особенно в ОВЧ/УВЧ диапазонах. Это достигается за счет передвижения
автомобиля из одного пункта в другой и измерения напряженности поля на интересующих частотах
при различной высоте антенн. Антенна устанавливается на телескопической опоре, смонтированной
на автомобиле, как правило, на высоте 10 м над поверхностью земли. Учитывая характеристики
распространения волн в этих диапазонах, антенну требуется подстраивать по направлению и
поляризации принимаемого сигнала.
4.3.2.2.2 Применение в подвижном варианте (см. § 4.3.4.2)
4.3.2.3 Измерения с помощью переносного измерителя напряженности поля
Измерения с помощью переносного измерителя напряженности поля проводятся вручную. Антенна
находится рядом с человеком, считывающим показания напряженности поля. Однако штыревые
антенны необходимо устанавливать на земле. Как правило, применяются те же критерии по выбору
площадки, что и для стационарных установок, за исключением того, что может быть допущена
несколько большая свобода действий, при условии использования метода “группового измерения”.
Этот метод предусматривает проведение нескольких отдельных измерений с размещением антенны
в точках, незначительно удаленных одна от другой (при разносе порядка 1–5 м в зависимости от
частоты с использованием большего разноса на более низких частотах). В результате получают
пакет или группу измерений вокруг центральной точки. Затем значения отдельных измерений
усредняются и приводятся к окончательной величине. В случае использования экранированных
рамочных антенн, как правило, бывает достаточно провести несколько измерений, поскольку
антенна этого типа, реагирующая на магнитную составляющую волны, подвержена воздействию
местных факторов искажения радиоволн (эффекты отражения и переизлучения) в меньшей степени,
чем штыревая или симметричная вибраторная антенна. Если измеритель напряженности поля
использует рамочную или другую направленную антенну и если известен приблизительный азимут
измеряемой станции относительно измерительного пункта, то наличие местных факторов искажения
радиоволн нередко может быть обнаружено путем настройки антенны на прием максимального
сигнала и уточнения, совпадает ли отмеченное направление прихода сигнала с действительным
направлением на станцию. В тех случаях, когда между отмеченным и действительным
направлениями имеется значительное различие, лучше выбрать другое место для измерений. При
измерениях в ОВЧ диапазоне и в диапазонах более высоких частот можно столкнуться с ситуацией,
когда площадку без воздействия искажающих факторов невозможно подобрать. В таком случае для
получения приемлемо точных результатов может потребоваться применение группового метода
измерений, предусматривающего проведение десяти или более последовательных индивидуальных
измерений.
При измерении ВЧ сигналов, распространяющихся пространственной волной, вместо “группового
метода” могут использоваться усредненные по времени измерения в одном пункте.
- 217 -
Глава 4
4.3.3 Помещения для проведения измерений и оборудование для стационарных установок
4.3.3.1 Помещение для размещения оборудования
В целях сокращения до минимума потерь в линии передачи весьма желательно, чтобы антенна была
расположена рядом с помещением для измерительного оборудования. В тех случаях, когда
одновременно необходимо измерять только одно или два излучения, помещения с внутренними
размерами примерно 2,5 × 2,5 м обычно достаточно для размещения измерительных приемников и
процессорных контроллеров, а также, в случае необходимости, калибраторов сигналов и
самописцев. Если измерения проводятся в ВЧ диапазоне и в диапазоне более низких частот, то
предпочтительно, чтобы помещение было с деревянным каркасом, хотя обычно вполне подходят и
строения каменной или кирпичной кладки, если они не имеют металлической арматуры. Для крыш
следует использовать битум или другие изоляционные материалы. Линии электропитания и любые
необходимые линии управления и связи должны быть проложены под землей на глубине не менее
1 м от поверхности и на расстоянии не менее 100 м от данного помещения. Электропроводка для
подвода питания в помещении должна быть сведена к минимуму и отвечать требованиям
подсоединения к измерительному оборудованию, оборудованию контроля окружающей среды и
освещения. Температуру в помещении необходимо поддерживать строго в пределах, определенных
техническими требованиями к оборудованию, в частности, в целях сведения к минимуму влияния
колебаний температуры на оборудование. Следует предусмотреть удобные условия работы для
персонала при проведении технического обслуживания оборудования, калибровке и т. д.
Соответствующее регулирование температуры может быть обеспечено с помощью термостатически
управляемых вытяжного вентилятора и электрического обогревателя. Вытяжной вентилятор должен
иметь автоматическую заслонку для контроля потерь тепла в холодную погоду. В тех случаях, когда
наблюдаются значительные колебания температуры окружающей среды, во внутренних стенах и
потолке желательно использовать изолирующие материалы. Хотя контроль за температурой
становится менее важным, поскольку гетеродины в современных измерительных приемниках имеют
кварцевую стабилизацию, большие температурные колебания могут вызвать нежелательные
изменения в усилении приемника. Чрезмерно высокие температуры могут сократить сроки
эксплуатации электронных компонентов, и, следовательно, привести к сокращению среднего
времени наработки на отказ.
Можно сократить размеры помещения, разместив в аппаратной широкополосные усилители РЧ, а
приемники перенести в другое место. Хотя чувствительные к температуре приемники затем проще
разместить в контролируемой среде, необходимо принять меры по обеспечению адекватного РЧ
экранирования усилителей, приемников и соединительных РЧ кабелей, чтобы не допустить
побочного приема сигналов. Кроме того, следует тщательно учитывать возможность перегрузок,
КСВН входа и выхода, а также изменения усиления в зависимости от частоты и температуры
широкополосных усилителей.
Те же требования применимы к станциям с дистанционным управлением (необслуживаемым стан-
циям). Кроме того, эти станции должны быть укомплектованы источниками бесперебойного
питания (UPS), охранной сигнализацией для обнаружения посторонних лиц и аварийной
сигнализацией для выявления неисправностей в системе. Дистанционное управление должно
включать эффективную систему информации об аварийной ситуации.
Что касается подвижных станций, работающих определенное время в стационарных пунктах, при-
веденные выше требования применимы к ним в зависимости от того, являются ли они
обслуживаемыми или необслуживаемыми станциями.
4.3.3.2 Аппаратура приема, управления и записи
При выборе измерительных приемников, которые надлежит использовать в работе, следует учиты-
вать, что они должны обладать достаточно высокой чувствительностью, высокой устойчивостью в
- 218 -
Глава 4
отношении перегрузок (т. е. высокими уровнями точек пересечения второго и третьего порядка),
стабильностью частоты и усиления, включая возможность самокалибровки. Для этой цели обычно
подходят измерительные приемники более высокого класса, того типа, который, как правило,
используется для операций регулярного контроля. Ширина полосы пропускания при измерениях
должна быть минимально необходимой для удовлетворительного приема сигнала, подлежащего
измерению, а излишняя ширина полосы пропускания должна быть сведена до минимума, с тем
чтобы избежать воздействия помех по соседнему каналу. Для измерений напряженности поля
измерительные приемники должны иметь необходимые функции калибровки и детектирования.
В современной быстродействующей измерительной аппаратуре используются цифровые средства
записи, особенно при автоматическом измерении нескольких каналов. Результаты измерений
записываются на приборах с большим объемом памяти, и в любое время может быть получено
графическое представление измеренных данных.
Дополнительные подробности об этом типе оборудования см. также в Главе 3.
4.3.3.3 Требования к антеннам при измерении напряженности поля и плотности потока
мощности
4.3.3.3.1 Частоты ниже 30 МГц
Для этих случаев рекомендуется вертикальная штыревая или проволочная антенна с противовесом с
общим размером по вертикали не более 10% длины волны на интересующей частоте. В
Рекомендации МСЭ-R SМ.378 предлагается, чтобы система заземления (противовес) состояла из
радиальных проводников, минимум вдвое превышающих длину антенны и разнесенных на 30° или
менее, либо из эквивалентного экрана заземления. При высоте примерно до 5 м достаточно
использовать гибкую штыревую или свободно стоящую стержневую антенну. При большей высоте
вертикальная проволочная антенна может поддерживаться на выносных изоляторах, крепящихся на
деревянной мачте. При слабых сигналах в диапазоне частот 15–30 МГц, несмотря на ухудшение
общего сопротивления антенны и, как следствие, потерю точности, иногда необходимо исполь-
зовать вертикальный стержень размером до 0,25 λ, c тем чтобы обеспечить прием сигнала
достаточного уровня и преодолеть шумовой фон, производимый измерительным комплексом. В
соответствии с Рекомендацией МСЭ-R Р.845 эту антенну следует располагать на плоской
поверхности земли с уклоном не более 2° на открытой площадке (то есть без препятствий) радиусом
не менее 25 м, а более удаленные препятствия не должны возвышаться более чем на угол 4°
относительно уровня земли. Предпочтительно, чтобы эта площадка находилась в районе с хорошей
однородной проводимостью почвы; знание проводимости полезно при анализе результатов.
Некоторые администрации успешно используют широкополосную антенну с настроечным шлейфом
как альтернативу вертикальной проволочной антенне. Коническая форма вертикальной антенны
обеспечивает значительно лучший прием, чем короткая одноэлементная вертикальная антенна.
Рамочные антенны могут использоваться для высокоточных измерений, при условии что они
ориентированы в направлении максимального уровня сигнала. Для измерения пространственных
радиоволн рамочные антенны должны применяться с осторожностью из-за быстрого изменения
уровней напряженности поля этих волн.
4.3.3.3.2 Частоты между 30 и 1000 МГц
В этом диапазоне частот рекомендуется использовать широкополосный симметричный вибратор
или направленную антенну, такую как симметричный вибратор, установленный в уголковый или
параболический отражатель. Он должен находиться на достаточной высоте над поверхностью
земли, например 10 м, и быть ориентированным по азимуту принимаемого сигнала и поляризации.
В тех случаях, когда необходимо измерять широкую полосу частот, оказалось целесообразным
применять логопериодическую антенну. Сигнал от этой антенны подается на приемник с помощью
соответствующего коаксиального кабеля. Если используется полуволновый сбалансированный