24 июля 2012
О лаборатории специальных исследований
Часть 29
К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов (продолжение)
Вопрос генерации тест-сигнала с необходимой мощностью (имеется ввиду – подводимая к антенне мощность) не самый простой. Обычные, общего назначения измерительные генераторы сигналов нужных мощностей не обеспечивают. Это и не их задача. Применять их с широкополосными усилителями мощности (а их спектр достаточно широк, от 0,5 до 150 Вт;
http://www.milmega.co.uk/microwave_amplifier_products.php?cat=AS0102; http://217.34.103.131/products/Amplifiers.shtml )
можно, но громоздко, тяжело и не очень удобно. Все производители специализированных средств измерения для этих задач разрабатывают (или заказывают разработку) специализированных малогабаритных генераторов, управляемых исключительно по интерфейсу и имеющих выходную мощность до 3-х Вт. Предъявлять к этим генераторам метрологические требования нет никакого смысла, поскольку метод измерения относительный, а не абсолютный (получить необходимую кратковременную стабильность несложно). Стоимость таких разработок значительно меньше, чем измерительных генераторов. Правда и параметры их «слабее» измерительных, что на результаты измерений, практически, не влияет.
Всё вышеприведённое было изложено для измерений по электрической компоненте поля (в пространстве). Однако и при измерениях по магнитной компоненте всё сохраняет силу, только антенны (и излучающая и приёмные) заменяются на рамочные. Антенн этого типа более чем достаточно на рынке. Нужно только учесть, что для измерения приличных значений затухания (свыше 40-50 дБ) понадобится мощность тест-сигнала уже в десятки Вт.
Надо сказать, что тонкостей при организации схемы эксперимента немало. Кратко изложим основные из них, весьма существенные с точки зрения минимизации погрешностей измерений. Причём при измерениях в пространстве их больше…
Первое, что необходимо учитывать, так это то, что в «точке 1» измерения идут, большей частью, в ближней зоне поля. Уже одно это весьма сложно. Напряжённости поля огромные (по сравнению с обычными для нас величинами ПЭМИН). Излучающая и приёмная антенны расположены в 1 м друг от друга, что, с точки зрения метролога, вообще нонсенс! Но что написано пером…
Измерения ведутся на монохроматическом сигнале. А это означает, что отражения от близкорасположенных токопроводящих конструкций могут оказаться соизмеримы со значением прямой волны. Возникает объёмная интерференционная «картинка». Для нас это означает, что изменение положения любой из антенн всего на несколько см (чем выше частота, тем это заметнее) меняет показания средства измерения. Любой специалист Вам однозначно скажет, что подобные измерения вне измерительной площадки с гарантированным законом затухания поля с расстоянием и с гарантированным отсутствием интерференции попросту некорректны, а результаты нелегитимны. И он прав!
И каков же выход? Боюсь, в очередной раз навлечь на свою голову «громы и молнии» метрологов, коллег и т.д. Потому что всё изложенное далее есть только одна из попыток «скрестить ежа с ужом», то есть объединить требования НМД и разумной метрологии. Как водится – страдает пользователь… Но работать-то надо?
Итак, если измерять честно, то я не вижу иного способа, кроме как НА КАЖДОЙ ЧАСТОТЕ ИЗМЕРЕНИЯ (их выбор – дальше) в ближней точке (точка 1) выполнить несколько измерений напряжённости поля, сдвигая приёмную антенну по окружности с центром в центре излучающей антенны. И не на метре, это вообще ни в какие ворота не лезет. Хотя бы метрах в 2-3-х. И в каждой точке размещения сориентировать приёмную антенну «на максимум». При этом максимум отыскивать не когда Вы держите антенну за корпус или кабель – только когда Вы отошли хотя бы на пару метров. Анализатор должен размещаться как можно дальше (и на него бывает прямая наводка!), антенный кабель приёмной антенны должен лежать строго по радиусу от центра излучающей антенны, никаких петель и «бухточек»! Генератор тест-сигнала как можно ближе к излучающей антенне и кабель как можно короче (1-1,5 м). Если существует его дистанционное управление - только не проводное! Внечастотный радиоканал, ИК, оптический кабель. Электропитание генератора и приёмника – от разных фаз, лучше – приёмник питать от аккумуляторов, автономно. Это спокойнее всего.
И не поленитесь проверить, как же и какой сигнал у Вас попадает на вход приёмника. Сколько раз выяснялось, что столь мощный сигнал (как-никак не менее 100-120 дБм) не просто измеряется антенной. А ещё и «пробивается» прямо в антенный кабель (через экранирующую оплётку), складываясь с сигналом с диполей антенны и, в результате, «измеряется» полная ахинея. У измерений в сильных полях своя специфика и её надо понимать, знать и уметь предупреждать погрешности.
На самом деле поэкспериментируйте сами, суммарные результаты в 1 и 2,5 метрах у Вас будут разниться не так уж и сильно. Сколько точек брать и на сколько сдвигать см – зависит от частоты и от того, насколько разнятся результаты. Чем больше разброс, тем больше нужно точек. Потом усреднить результат и принять его за одно значение напряжённости поля на данной частоте в точке 1. Времени это займёт много, много хлопот. Да, при таком подходе об автоматизации можно забыть, такое не автоматизировать в ближайшие полсотни лет. Но лучше предложить ничего не могу. Это плата за хоть какую-то объективность результатов.
Если же Вас устраивает заранее «заложенная» погрешность измерений в точке 1 минимум в 10-15 дБ, то ставьте приёмную антенну в фиксированную точку, «забудьте» про нахождение максимума на каждой частоте и вперёд ;)
Теперь перенесёмся, пока мысленно, в точку 2. Тест-сигнал тут ослаблен. Причём насколько – нам заранее неизвестно (накопив опыт можно «предсказывать», что ожидать и с неплохим «попаданием»). Сплошь и рядом затухание по трассе (особенно на низких частотах диапазона) таково, что в точке 2 никаких шансов обнаружить тест-сигнал нет. Это не всегда плохо. Как ставится задача? Определить (измерить) значения МИНИМАЛЬНОГО затухания. Ведь именно это важно для пересчёта сигналов ПЭМИН от ТС на границу КЗ. Значит если у Вас есть некий уровень тест-сигнала в точке 1, а в точке 2 Вы его просто не обнаруживаете, то имеете право уровень помех (шумов) тракта измерения принять за уровень тест-сигнала в точке 2. Реально тест-сигнал, точно, не больше, раз вы его не видите ;) Дальше всё тривиально…
Есть ещё одна особенность, опять вразрез с требованиями «писанного» документа.
НИКОГДА не измеряйте затухание на частотах сигналов ПЭМИН, выявленных при специальных исследованиях. Во всяком случае – ТОЛЬКО на частотах ПЭПИН. Большую глупость придумать сложно…
Вспомните методику, мы же и сами сигналы ПЭМИН рассматриваем, по сути, не на частотах тест-режима, а в полосе частот, которая определяется параметрами информационного импульса. Сигналы ПЭМИН, принципиально, широкополосные. Так и реальное затухание сигнала нас (и, кстати, нашего потенциального «противника») интересует не на какой-то конкретной частоте! А именно, в среднем, для любой (всех!) частот этой полосы. И именно такую задачу надо решать. И решается она несложно – выбором нескольких частот (совершенно необязательно совпадающих с частотами ПЭМИН) в этой самой полосе. Более того, какую бы «сетку» частот для конкретной полосы мы не выбрали, если на какой-то из них оказался сильно мешающий источник помех (та же радиостанция), то никто не запрещает сдвинуться вверх или вниз по частоте, чтобы ничто не мешало. Практика показывает (это проверяется уже не один десяток лет), что на полосу хватает от 3-5 (если разница в затухании между ними невелика, не более 6 дБ) до 10-15 (если разница в затухании достаточно большая) «пробных» частот. И эти пробные частоты надо более-менее равномерно распределить по рассматриваемой полосе частот. Причём «узкополосные» (шириною менее 10% от общей ширины полосы) выбросы или провалы в значениях затухания просто игнорируются (что, кстати, и было постулировано в одной очень близкой по сути методике 83-го года). Остальное надо усреднить или взять минимальное значение (явная «перезакладка», но иногда требуют. Это надо оговаривать заранее либо с Заказчиком, либо с регулятором) и рассчитать одно значение затухания для всей этой, конкретной, полосы частот. Именно это, единственное значение затухания, применяется ко всем частотам ПЭМИН в этой полосе при расчёте защищённости по этому каналу.
Продолжение следует
