Вердуин Я. и др. Справочник по радиоконтролю

Подождите немного. Документ загружается.

- 269 -

Глава 4

На рис. 4-22 приведен случай, когда существует мешающее излучение.

Spec-74

k I

(1 – k)

РИСУНОК 4-22

Спектральное распределение при воздействии помех

Отношение полной мощности сигнала (полезного) к полной мощности мешающих (нежелательных)

излучений выражается как W/U, а отношение мощности мешающих излучений, оставшихся за

пределами ширины занимаемой полосы, к полной мощности мешающих излучений выражается

величиной k. Влияние помех показано на рис. 4-23, где k использовано в качестве параметра. Эта

диаграмма действительна независимо от типа модуляции и спектрального распределения излучений.

Если k равно отношению внеполосной излучаемой мощности измеряемого излучения к его полной

мощности, то помехи не влияют на измеряемую величину.

Как правило, чем меньше становится W/U, тем больше погрешность. Когда k = 0, мешающие излу-

чения находятся полностью в пределах полосы, а измеренное значение ширины занимаемой полосы,

очевидно, становится меньше. Когда k = 1, мешающие излучения находятся полностью за

пределами полосы, и кажущаяся ширина полосы становится больше.

На практике помеха не всегда соответствует вышеуказанным случаям и ее воздействие сложнее.

Тем не менее при фактическом измерении достаточно рассмотреть наибольшую погрешность, то

есть k = 1 (мешающее излучение является полностью внеполосным). Из рис. 4-23 видно, что для

ограничения погрешности измерения отношения мощностей до менее 0,1% полной мощности

требуется значение отношения W/U, превышающее 30 дБ.

При проведении измерений рекомендуется применять анализатор спектра или другие технические

средства для определения природы мешающих излучений.

- 270 -

Глава 4

Sp ec-75

40 35 30 25 20 15 10

W/U

(дБ)

(

)

(

)

= 0

=1/6

1/4

1/3

96,5

97,5

98,5

99,5

0,5

1,5

2,5

3,5

1/3.3

актическое значение отношения внеполосной изл

чаемой мощности

к общей мощности

актическое значение отношения вн

иполосной изл

чаемой мощности

к общей мощности

РИСУНОК 4-23

Соотношения между W/U, A' и B'

4.5.3.2 Влияние шума

Как и в случае помех, влияние шума может быть установлено и устранено при использовании

метода спектрального анализа. Однако результирующее влияние шума сложнее, так как

характеристики шума зависят от источника генерации.

Описание влияния случайного шума, которое легко рассмотреть теоретически, а также других видов

шума вместе с примером, основанным на фактических измерениях с использованием метода

отношения мощностей, с учетом влияния шумов, содержится в следующих разделах.

- 271 -

Глава 4

Влияние случайного шума

Если шум считается случайным, его влияние оценивают следующим образом. На рис. 4-24 показана

кривая спектрального распределения при воздействии случайного шума. Влияние случайного шума

на измеренное значение ширины полосы такое же, как и влияние помех; только на рис. 4-23

заменяются k на k

(=W

), W/U на S/N (=Р

/Р

). Однако реальных случаев, где k

= 0 или k

= 1,

для случайного шума не существует.

Spec-76

РW

N BO

: эквивалентная ш

мовая ши

ина полосы изме

ительного обо

ру

дования

: полная мощность случайного шума, проходящая через

(равномерное распределение мощности по полосе )

РИСУНОК 4-24

Спектральное распределение при воздействии случайного шума

Следовательно, на рис. 4-23 показано, что по мере уменьшения отношения сигнал/шум (S/N) измеря-

емого излучения кажущаяся внеполосная излучаемая мощность возрастает и ширина занимаемой

полосы очевидно увеличивается.

Например, для ограничения погрешности измерения отношения мощностей до значения менее 0,1%

величина S/N для измеряемого излучения должна превышать примерно 25 дБ при значениях k

меньше примерно 1/3, что считается приемлемым для станции контроля.

- 272 -

Глава 4

4.5.4 Практическое измерение ширины полосы

4.5.4.1 Условия для практического измерения

При реальных измерениях на станциях контроля возникают проблемы, так как при нормальных

условиях трафика измерения должны обычно проводиться на расстоянии от передающей станции.

Эти проблемы заключаются в следующем:

– измеряемое излучение имеет, как правило, низкий уровень напряженности поля, и его нужно

выделить из множества излучений;

– существует вероятность, что измеренная величина может отличаться от величины на

передающей станции, что обусловлено явлениями помех при распространении радиоволн;

– существует вероятность, что помехи и шумы могут повлиять на результаты измерений;

– постоянная времени измерительного оборудования должна быть достаточно малой, чтобы

оборудование непрерывно регистрировало изменения в ширине занимаемой полосы,

проистекающие из условий трафика для измеряемого излучения.

Первые три из вышеперечисленных проблем рассматриваются в § 4.5.3 вместе с проблемами

измерения. При реальном контроле, когда имеется первая из этих проблем, система измерения

представляет собой комбинацию оборудования для измерения ширины занимаемой полосы и

приемного оборудования. При наличии четвертой проблемы требования к оборудованию,

используемому для приема и измерения ширины занимаемой полосы, приводятся в § 4.5.4.2.

4.5.4.2 Требования к приемному оборудованию, используемому при контроле

4.5.4.2.1 Требования к приемному оборудованию

Приемное оборудование, подходящее для измерения ширины занимаемой полосы на станции кон-

троля, должно удовлетворять следующим условиям:

– частотная характеристика полосы пропускания должна быть плоской в пределах ± 0,5 дБ в

области спектра измеряемого излучения;

– избирательность по частоте должна быть такой, чтобы надлежащим образом различать

внеполосные шумы и помехи, не внося в то же время потери более 2 дБ на границах полосы

пропускания относительно уровня в середине полосы пропускания;

– оборудование должно иметь хорошую линейность, рассчитанную на изменение входного

сигнала не менее чем на 60 дБ, для того чтобы обеспечить нормальный режим измерений

при возможных изменениях напряженности поля измеряемого излучения.

4.5.4.2.2 Оборудование для анализа спектра

Каждый раз, когда используется анализатор спектра для определения ширины полосы по методу

“х дБ”, он должен быть установлен в режим работы “удержание максимумов” (известный также как

память пиковых значений). Оборудование должно иметь хорошую линейность и диапазон

отображения для входных напряжений, изменяющихся не менее чем на 60 дБ.

- 273 -

Глава 4

Для измерения узкополосных излучений желательно применять анализатор спектра, имеющий вы-

сокую разрешающую способность, с тем чтобы можно было получить точное отображение

спектрального распределения излучения. Типичный прибор имеет максимальное разрешение 10 Гц

и обеспечивает регулируемый диапазон частоты развертки от 1 до 100 кГц со скоростью развертки,

регулируемой от 1 до 30 сканирований в секунду.

Для анализа широкополосных излучений применяются анализаторы спектра, включающие полный

приемник, а также анализаторы спектра, предназначенные для использования с обычными

приемниками. Существующие приборы охватывают диапазон частот вплоть до 44 ГГц с шириной

полосы развертки, непрерывно изменяющейся вплоть до 100 МГц (на более высоких частотах).

Скорость развертки регулируется от 1 до 60 сканирований в секунду.

Для низких скоростей развертки используемая индикаторная трубка должна иметь достаточно дли-

тельное послесвечение, с тем чтобы можно было проводить эффективные наблюдения.

4.5.4.2.3 Оборудование при использовании метода отношения мощностей

В связи со строгими требованиями в отношении точности, предъявляемыми к аттенюатору схемы

сравнения, не рекомендуется применять метод сравнения внутриполосной мощности с полной

мощностью, поэтому оборудование должно проектироваться для сравнения внеполосной

излучаемой мощности с полной мощностью (как это осуществляется с помощью оборудования,

описанного в § 4.5.2.2).

Что касается измерительного оборудования общего назначения, то целесообразно, чтобы оно

отображало каждую из пороговых частот, для которых средние мощности на частотах выше или

ниже указанной частоты составляют 0,5% полной мощности, автоматически вычисляло ширину

занимаемой полосы и непосредственно ее регистрировало.

Это оборудование должно иметь динамический диапазон не менее 30 дБ. Если входной уровень

изменяется в более широких пределах, то целесообразно использовать переменный аттенюатор для

автоматической регулировки в соответствии с изменениями входных уровней.

Целесообразно, чтобы показания измерительного прибора могли изменяться по всей шкале в тече-

ние 0,3–0,5 с, следуя фактическим флуктуациям ширины занимаемой полосы излучения.

Для того чтобы повысить точность измерения внеполосной излучаемой мощности до значений

выше 10%, равномерность полосы пропускания должна быть лучше ± 0,5 дБ, а потери в полосе

задерживания – не менее 30 дБ. Кроме того, наклон в переходной полосе должен быть крутым.

4.5.4.2.4 Оборудование с использованием методов БПФ

Надежную оценку ширины занимаемой полосы многих цифровых сигналов с модуляцией ФМн,

СРМ (непрерывная ФМн) и КАМ можно получить при использовании метода β%. По этому методу

для обеспечения значимых результатов необходимо произвести соответствующую фильтрацию

измеряемого сигнала, с тем чтобы избежать влияния шумов на измерения ширины полосы. На

самом деле, для большей части цифровых передач ширина полосы на уровне 99% мощности

определяется первым лепестком спектра сигнала. Заметным исключением является

неотфильтрованный сигнал 2-ФМн, который как таковой редко встречается в эфире; однако на

практике передачи с модуляцией 2-ФМн часто фильтруются на стороне передатчика, так что

- 274 -

Глава 4

надлежащая излучаемая форма сигнала обычно соответствует допущению относительно 99%

мощности, содержащейся в первом лепестке.

Таким образом, для подавления влияния шумов оборудование должно предлагать простой способ

установки различных характеристик фильтра, как описано в § 4.5.2.1.5.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Метод измерения ширины занимаемой полосы с использованием

анализатора спектра

Этот метод описан на примере. На рис. 4-25 показан спектр излучения F1В, использующий 50 бод и

сдвиг 200 Гц на частоте 123,7 кГц и записанный с помощью анализатора спектра в режиме работы

“максимального удержания”, 5 сканирований, анализирующего фильтра с полосой пропускания

30 Гц и периодом развертки 100 с/2 кГц. Ширина шага для оценки составляет 20 Гц, что можно

видеть по сетке, накладываемой на спектр, которая просто используется для определения величин

затухания на заданной частоте.

Некоторые современные анализаторы спектра, работающие в режиме, аналогичном описанному

выше, имеют программно-аппаратные функции для оценки ширины занимаемой полосы. Так как

эти анализаторы спектра не показывают реально среднеквадратичные уровни составляющих

спектра, они дают только приближенное значение ширины занимаемой полосы.

В табл. 4-10 подробно показан процесс расчетов. При β/2 = 0,5% приведены следующие результаты:

100% относительной мощности = 4,372984;

0,5% относительной мощности = 0,021865;

нижний предел занимаемой полосы ≈ f

– 180 Гц (см. примечание 1);

верхний предел занимаемой полосы ≈ f

+ 170 Гц (см. примечание 2);

ширина занимаемой полосы ≈ 350 Гц.

- 275 -

Глава 4

– 400 – 300 – 200 – 100 0 100 200 300 400

– 70

– 60

– 50

– 40

– 30

– 20

– 10

∆

(Гц ) (

∆

–

)

(

)

РИСУНОК 4-25

Спектр излучения F1В (50 бод, сдвиг 200 Гц, частота 123,7 кГц), используемый

для расчета ширины занимаемой полосы

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Значение 0,5% относительной мощности очень близко к значению мощности 0,023266

для ∆f = –180 Гц (см. первый и четвертый столбцы табл. 4-10, в границах между двумя линиями).

ПРИМЕЧАНИЕ 2. – Значение 0,5% относительной мощности находится приблизительно посредине между

значениями мощности 0,015718 и 0,031567 для ∆f = 180 Гц и ∆f = 160 Гц, соответственно (см. первый и пятый

столбцы табл. 4-10, в границах между двумя линиями).

- 276 -

Глава 4

ТАБЛИЦА 4-10

Расчет ширины занимаемой полосы

∆f

(Гц)

(дБ)

rel.

∑

−

.rel

∆

Гц400

∑

−

.rel

∆

Гц400

–280 –31 0,000794 0.002321 .

–260 –31 0,000794 0.003115 .

–240 –28 0,001585 0.004700 .

–220 –27 0,001995 0.006695 .

–200 –24 0,003981 0.010677 .

–180 –19 0,012589 0.023266 .

–160 –14 0,039811 0.063076 .

–140 –8 0,158489 . .

–120 –4 0,398107 . .

–100 0 1,000000 . .

–80 –5 0,316228 . .

–60 –11 0,079433 . .

–40 –14 0,039811 . .

–20 –15 0,031623 . .

0 –17 0,019953 . .

20 –14 0,039811 . .

40 –12 0,063096 . .

60 –7 0,199526 . .

80 –2 0,30957 . .

100 0 1,00000 . .

120 –6 0,51189 . .

140 –13 0,50119 . .

160 –18 0,15849 . 0,31567

180 –21 0,07943 . 0,15718

200 –26 0,02512 . 0,07775

220 –27 0,01995 . 0,05263

240 –31 0,00794 . 0,03268

260 –31 0,00794 . 0,02474

280 –33 0,00501 . 0,01679

Выбор ширины шага в 40 Гц и учет составляющих только между –260 Гц и 260 Гц дает

результирующее значение частоты, которое также приблизительно равно 350 Гц. Таким образом, в

общем достаточно выбрать ширину шага приблизительно равную или меньше 10% предполагаемой

ширины занимаемой полосы, при условии что огибающая еще воспроизводится, и рассматривать

только те составляющие, которые приблизительно равны или больше –30 дБ относительно

- 277 -

Глава 4

максимума огибающей спектра. В данном примере уровень относительной мощности в 0 дБ

проходит через максимум огибающей спектра. Это удобно для расчетов, но не обязательно: любой

другой опорный уровень даст тот же результат.

Отметим, что отсчеты на дисплее даются в дБ (второй столбец), в то время как определение требует

суммирования значений мощности. Поэтому значения в дБ преобразуются в относительные уровни

мощности (третий столбец).

Ссылки

Рекомендации МСЭ-R:

ПРИМЕЧАНИЕ. – В каждом случае следует использовать последнее издание Рекомендаций.

Рекомендация МСЭ-R SM.328 – Спектры и ширина полосы излучений.

Рекомендация МСЭ-R SM.329 – Побочные излучения.

Рекомендация МСЭ-R SM.443 – Измерение ширины полосы частот на станциях радиоконтроля

- 278 -

Глава 4