Измерение напряженности электромагнитного поля и помех

метки: Измерение, Излучение, Прибор, Электромагнитный, Помеха, Напряженность, Напряжение, Измерительный

Они подразделяются на естественные и искусственные:

• К естественным помехам относят земные (разряды в осадках, радиоизлучения нагретых предметов) и внеземные (солнечные, космические, радиоизлучение звезд);

• Искусственные помехи подразделяются на станционные (радиовещание, телевидение, связь, локация) и индустриальные (энергетическое и промышленное оборудование и аппаратура широкого применения).

Приборы для измерения напряженности поля и помех образуют подгруппу П и делятся на:

• П2 – индикаторы поля;
• П3 – измерители напряженности поля;
• П4 – измерители радиопомех;
• П5 – приемники измерительные;
• П6 – антенны измерительные.

Измерение напряженности электромагнитного поля

Напряженность поля необходимо измерять для определения диаграмм направленности антенн, дальности действия радиостанций и ретрансляторов, наличия паразитных излучений, качества экранирования устройств и других характеристик, определяющих качество радиосвязи, телевидения, радиовещания и телефонной связи.

Напряженность электромагнитного поля (ЭМП) характеризуется векторами:

• — плотность потока энергии (вектор Умова-Пойнтинга) (Вт/м² );

• — напряженность электрического поля (В/м);
• — напряженность магнитного поля (А/м).

Эти векторы перпендикулярны друг другу и связаны между собой соотношениями:

, (1)

Для воздушного пространства волновое сопротивление среды (W) равно

.

Тогда

П = Е ² /120π = Н² ·120π. (2)

Из формулы (1.19) видно, что для определения интенсивности поля можно измерять любой из трех векторов.

Электромагнитная совместимость технических средств

... непосредственных измерений на объекте определяются напряженности электромагнитных полей радиочастотного диапазона, напряженность поля промышленной частоты при нормальных режимах ... на действующем объекте. Методика экспериментов и технические средства (например, имитаторы воздействий и измерительные приборы) ... замыкания на землю (рис. 5.3.) Измеряют также разности потенциалов между местом короткого ...

Еще одной характеристикой поля является плотность потока мощности, проходящей через поверхность площадью S, которая равна:

Р = П·S. (3)

Напряженность Е можно вычислить по результатам измерения мощности из выражения

Е= , (4),

где S _эфф – эффективная площадь антенны.

Для измерения интенсивности ЭМП используют два метода:

1) метод эталонной антенны;

2) метод сравнения.

При измерении векторов Е и Н большое значение имеет ориентация их в пространстве, характеризующая плоскость поляризации ЭМП, которая может быть линейной, круговой и эллиптической.

По отношению к земной поверхности существует две линейные поляризации:

1) вертикальная;

2) горизонтальная.

Метод эталонной антенны

Если измерительную антенну поместить в ЭМП в плоскости, параллельной поляризации волны, то в ней будет индуцироваться ЭДС:

, (5)

где — действующая высота антенны.

Она всегда известна, так как при измерениях используются измерительные антенны вида П6 с известными параметрами. Значение ЭДС изменяется вольтметром.

Этот метод применяется для измерения напряженности сильных полей вблизи источников излучения и на практике реализуется с помощью простых измерительных устройств индикаторов поля вида П2.

Метод сравнения. Измерительные приемники и измерители напряженности поля

Метод сравнения применяется для измерения слабых полей и реализуется на практике с помощью измерительных приемников вида П5 и измерителей напряженности поля и плотности потока мощности вида П3.

Измерительный приемник представляет собой высокочувствительный гетеродинный радиоприемник с электронным вольтметром на выходе. Если же он укомплектован измерительными антеннами, то называется измерителем напряженности поля. Структурная схема такого измерителя представлена на рисунке 1.

Процесс измерения напряженности поля содержит три этапа:

1) предварительная настройка;

2) калибровка;

3) измерение.

При предварительной настройке ко входу измерителя подключают одну из измерительных антенн (в зависимости от частоты источника поля) и настраивают его на частоту источника, напряженность которого измеряется. Настройку осуществляют изменением частоты гетеродина по максимальному показанию вольтметра при произвольных положениях аттенюаторов (входного и ПЧ).

При калибровке ко входу УВЧ подают известное напряжение от генератора-калибратора и, регулируя усиление УВЧ, устанавливают стрелку вольтметра на определенное значение. Предварительно на аттенюаторе ПЧ устанавливают заданное значение ослабления . В результате усиление всего измерителя приводится к заданному и известному значению К.

При измерениях переключатель переводят в положение «1» и, регулируя ослабление и , устанавливают стрелку вольтметра в любое удобное для отсчета положение. Шкала вольтметра проградуирована в значениях входного напряжения УВЧ и его показания определяются выражением

из которого можно определить значение E:

. (6)

Пределы изменения напряженности поля такими приборами составляют от долей мкВ/м до сотен мВ/м, а плотности потока мощности – от сотых долей мкВт/см ² до десятков мВт/см² .

Погрешность измерения определяется погрешностью используемой измерительной антенны, неточностью ее ориентирования, рассогласованиями, погрешностью аттенюатора и вольтметра. Суммарная погрешность достигает значения ±30 %.

Измерение помех в каналах связи

Наибольшее влияние на качество связи оказывают внешние помехи. Для техники связи характерно, что в телефонных и вещательных каналах измеряют не общее напряжение помех, а псофометрическое напряжение. При измерении такого напряжения учитываются избирательные свойства слуха человека.

Измерение псофометрического напряжения помех

Псофометрическое напряжение – напряжение помех, которое существует на сопротивлении нагрузки 600 Ом, согласованном с выходным сопротивлением питающей его цепи и измеренное с учетом неодинакового воздействия напряжения различных частот U _f на качество телефонной или вещательной передачи.

Неодинаковость воздействия учитывается с помощью весовых коэффициентов А _f напряжения U_ψ относительно весового коэффициента для частоты сравнения А_{f сравн} . В соответствии с этим псофометрическое напряжение помех будет определяться

. (7)

Весовые коэффициенты устанавливаются в результате многолетних наблюдений и рекомендуются на определенный период для всех стран мира. Эти коэффициенты определяются по псофометрическим характеристикам для соответствующего канала. Для телефонного канала выбрана частота сравнения 800 Гц, а для вещательного канала – 1кГц.

Псофометрическое напряжение помех измеряется с помощью измерительного прибора, называемого псофометром. Его структурная схема представлена на рисунке 2.

Псофометр представляет собой электронный вольтметр с избирательностью, определяемой псофометрическими характеристиками. Для этого служат полосовые фильтры: ПФ1 с телефонной и ПФ2 с вещательной псофометрическими характеристиками.

Для измерения полного напряжения помех служит эквивалентное звено (ЭЗ), затухание которого равно затуханию псофометрических фильтров на частотах сравнения.

Погрешность измерения – единицы процента.

Для всех каналов и систем связи установлены допустимые нормы псофометрического напряжения помех, соответствие которым и проверяется в результате их измерений.

Измерение внешних радиопомех, Измерение естественных радиопомех

Всю шкалу используемых частот можно условно разбить на три области:

1) от 1 Гц до 3 МГц, где преобладают атмосферные помехи от грозовых разрядов.

2) от 3 МГц до 1 ГГц, где преобладают космические шумы.

3) больше 10 ГГц, где преобладают атмосферные помехи от тепловых шумов.

При измерении естественных радиопомех надо учитывать также пассивные помехи, которые проявляются в виде отражений от земной и водной поверхности, облаков и т.д.

Измерение станционных помех

Основной источник станционных помех — побочные излучения передающих устройств, которые возникают в результате нелинейных искажений в радиопередающих устройствах.

Абсолютное значение мощности побочных излучений определяется путем измерения напряженности поля или плотности потока мощности, создаваемым этим побочным излучением в дальней от передатчика зоне, или путем измерения напряжения или мощности побочных излучений в фидерной линии. Соответственно измерения называются измерениями по полю или измерениями по тракту.

Результаты этих измерений позволяют рассчитать мощности побочных излучений.

В соответствующих нормативных документах установлены допустимые уровни радиопомех, приведены методики выполнения измерений и рекомендуемая измерительная аппаратура.

Измерение индустриальных радиопомех

Индустриальные помехи подразделяются на длительные (не менее 1 с) и непродолжительные (менее 1 с).

Возникающие в помехообразующих элементах, и они могут распространяться как в открытом пространстве, так и по проводам.

Методики выполнения измерений зависят от источника помех и приведены в соответствующих нормативных документах.

Измерители радиопомех

Структурные схемы измерителей радиопомех аналогичны рассмотренным выше схемам измерительных приемников и измерителей напряженности поля, но они имеют свои особенности, обусловленные характером помех.

Так как помехи имеют в основном случайный и импульсный характер, то, чтобы оценить их мешающее воздействие, они должны усредняться.

Усреднение выполняется с помощью квазипикового детектора.

Кроме квазипикового детектора в таких измерителях используются детекторы среднего, действующего и пикового значений.

Это позволяет получить дополнительные сведения о характере помех.

ЛИТЕРАТУРА

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/priboryi-dlya-izmereniya-elektromagnitnogo-izlucheniya/

1Метрология и электроизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов /А.С. Сигов, Ю.Д. Белик. и др./ Под ред. В.И. Нефедова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005.

2Бакланов И.Г. Технологии измерений в современных телекоммуникациях. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2007.

3Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учеб. пособие для вузов /Под ред. Б.П. Хромого. – М.: Радио и связь, 2006.