31 июля 2012
О лаборатории специальных исследований
Часть 30
К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов (продолжение)
Ещё несколько практических рекомендаций по организации процесса измерений.
С учётом всего выше изложенного ранее, настоятельно рекомендую начинать измерения с дальней, «второй точки». Именно там сразу становиться понятным, на каких частотах тест-сигнал «пробивается», а на каких нет даже при максимальной мощности излучения. Где надо чуток сдвинуться вверх или вниз по частоте (из-за помех). Это исключает очень немалую часть бесполезной работы. А когда все значения в точке 2 зафиксированы (и мощности излучения тест-сигнала!), тогда можно и проделать измерения в точке 1 на уже подтверждённых частотах и мощностях. Причём всё то же самое относится и к измерению в линиях. Кстати, и в пространстве, и в линиях, если уж в очень важной для Вас по каким-то причинам полосе частот «не слышно» тест-сигнала, можно «точку 2» и приблизить, до «слышимости». Понятно, что от этого места до границы КЗ затухание только увеличится.
Строго говоря, антенну (в точке 2) надо бы не просто установить в одной точке КЗ, а в нескольких местах. Всяко бывает… Нам же надо найти минимум затухания! Случается, что расстояние больше, а затухание – меньше. И на каждой частоте (ну, хотя бы один раз на некую полосу частот) покрутить приёмную антенну «на максимум». Всё это требует времени и умения. Но, «Вам шашечки или ехать»? Конечно, если у Вас получается запас по защищённости эдак дБ на 30, то и не нужно сильно обращать внимание на «тонкости». А вот если почти «тик в тик» - есть основания крепко подумать.
В связи с наличием эффектов паразитного «просачивания» тест-сигнала в тракт измерения (особенно в «точке 1») ещё одна, чисто прагматическая рекомендация. Выполняйте измерения (разумеется, в обеих точках) на МИНИМАЛЬНО необходимой мощности, подводимой к излучающей антенне. Чем больше тест-сигнал, тем больше сказываются всевозможные паразитные эффекты, искажающие результаты. Именно поэтому величина тест-сигнала должна быть НЕ БОЛЬШЕ, чем необходимо для получения в «точке 2» его уровня, превышающего уровень помех на 6-10 дБ. Вся мощность сверх этого большей частью будет только источником дополнительной погрешности.
При измерениях в линиях «вращение» антенны «на максимум» заменяется сдвигом токоизмерителя вдоль линии с той же самой целью.
И ещё одно соображение. Поскольку всяческие «шумы» вещь широкополосная, то их значение, уровень (существенный, прежде всего, при измерениях в «точке 2») сильно зависит от установленной полосы пропускания приёмника. Чем она уже, тем уровень помех (шумов) ниже, тем более слабый тест-сигнал можно измерить. Следовательно – измерить бoльшее затухание! Но и очень узкой полосой (например, 10 Гц) «ловить» и измерять сигнал – истинная мука L Поэтому выбирайте разумный компромисс. Если отношение сигнал/помеха хорошее (не менее 10 дБ), то можно позволить себе полосу и 100, и 30 кГц. Сигнал послабее – сузить полосу до 3-10 кГц. Но работать полосою уже 1 кГц – требует умения и недрожащих рук J И достаточно стабильного по частоте генератора тест-сигнала.
И, напоследок, о том, чем измерять. Хороших антенн, как и хороших приёмников много. Но они весьма недёшевы. Применяя же оборудование среднего ценового диапазона Вы, однозначно, заранее сужаете себе возможности. На хороших антеннах «от R&S» или Schwarzbeck, HP, ETS-Lindgre и с приёмником R&S ESPI3 для Вас не составит большой сложности (при источнике тест-сигнала в 1-2 Вт) измерять затухания в 100-120дб. Если же Вы будете основываться на измерительных антеннах АИ5-0 (АИР3-2) и анализаторах IFR или HP 4407 (примерно этого класса), то лучше 60-80 дБ, да ещё с кучей сложностей, Вам результата не добиться. По магнитной компоненте поля достижимые результаты скромнее – до 80 дБ в лучшем случае. Излучать магнитную компоненту сложнее…
Кратко об имеющихся на рынке специализированных средствах измерения. Их немного, но есть (то, что известно автору).
Это программно-аппаратный комплекс «Гриф-РЗ» (НПП «Гамма»), появившийся достаточно недавно. Практического опыта определения его возможностей у автора нет. Можно отметить, что затухание по магнитной компоненте поля он не измеряет. Остальное требует опробования.
Система «Стентор» (ООО ЦБИ «МАСКОМ»). Выполняет все необходимые измерения. Пока на систему не оформлены какие-либо сертификаты, хотя она неплохо работает и, кстати, полностью автоматизированная система.
Серия изделий «Зонд» («НЕЛК»). Подробных данных по изделиям нет. По информации на сайте фирмы представляют собою дополнительные комплекты оборудования к «Навигаторам» различных модификаций. Позволяют проводить все необходимые измерения, однако, судя по спецификации, при измерениях в линиях предполагается гальваническое к ним подключение. Со всеми изложенными выше последствиями.
Вообще автоматизация этой процедуры уверенно справляется (то есть все измерения выполняются по заранее сформированному заданию и без непосредственного участия оператора) тогда и только тогда, когда ничего не надо «крутить ручками» в процессе измерений. То есть установили положение антенны – «прогнали» задание. Изменили положение – «прогнали» ещё раз. Вот в таком режиме – помогает. Автомат справляется с «рутиной» быстрее и точнее человека. Ну а обработать результаты, объединить все измерения, корректно усреднить – это с человека никто не снимет. Очень удобна в этом плане возможность разбивать весь исследуемый диапазон на некие поддиапазоны, так, чтобы задание останавливалось, позволяло внести какие-то изменения в расположение и/или ориентацию антенны и продолжалось его выполнение. В системе «Стентор» такая возможность есть.
Функционально автоматизированная измерительная система должна соответствовать схеме, приведённой на рисунке 30.1 (возможно, с некоторыми вариациями). Схема приведена для измерений в линии, но для измерений в пространстве она точно такая же, только индуктор и токоизмерители заменяются на антенны, излучающую и приёмные.
Рисунок 30.1 Общая схема автоматизированной системы измерения
реального затухания в линии (на базе системы «Стентор»)
С точки зрения быстродействия (производительности) наиболее предпочтительна именно такая схема, с двумя средствами измерения в «ближней» и «дальней» точках и с одновременным измерением в обеих точках на каждой пробной частоте. Но допустимо и последовательное измерение с одним средством измерения и приёмной антенной (токоизмерителем). Разумеется, затраты времени увеличатся более, чем вдвое.
Есть ещё один аспект этой проблематики.
В соответствии с требованиями действующей методики, в ряде случаев необходимо измерение и расчёт «действующей высоты случайной антенны». То есть коэффициента пропорциональности между напряжённостью электромагнитного (на практике – только его электрической компоненты) поля и напряжением, наводимым в этом поле в проводнике (случайной антенне).
Общая схема измерения приведена на рисунке 30.2.
Рисунок 30.2 Общая схема измерения действующей высоты
случайной антенны (на базе системы «Стентор»)
Следует особо отметить, что в приведённой схеме остаётся открытым вопрос о величине погрешностей измерения. В первую очередь за счёт того, что электромагнитный тест-сигнал наводится не только на случайную антенну, но и на шину заземления. То есть измеряется некая разность напряжений между этими линиями (причём с учётом сложения фаз). Насколько это характеризует действующую высоту линии - установить крайне сложно и трудоёмко. Схема измерений построена, но практически испытана ещё в недостаточной мере и является лишь ориентировочной. Небольшой пока опыт таких измерений заставляет вообще усомниться в возможности корректного измерения данного параметра в условиях объекта эксплуатации. Необходимы серьёзные эксперименты в контролируемых условиях (в безэховой камере, на аттестованой открытой измерительной площадке) для определения основных источников погрешности при таких измерениях, их оценки, разработки методов их учёта и минимизации.
Всё приведённое в настоящей статье было ориентировано на применение в качестве тест-сигнала сигнала монохроматического. Понятно, что именно такой сигнал заметно легче выделить на фоне всяческих помех. А, следовательно, можно измерить и более высокое значение затухания при прочих равных условиях. Это не означает, что широкополосные (шумовые) тест-сигналы неприменимы вообще. Там, где их в «точке 2» хорошо «слышно» применять «шум» можно и это снимает часть возможных источников погрешностей (за счёт интерференции тест-сигнала). Правда, создавая новые источники погрешностей ;) «Се ля ви…»
Тем не менее, и так работать можно. Более того, существует «Методика измерения затухания электромагнитного поля на специальных объектах», прошедшая метрологическую аттестацию и утверждённая ФБУ «ГНМЦ Минобороны России 28.06.2011.В настоящее время это единственный в своём роде документ, метрологически корректно регламентирующий процесс измерений реального затухания и обработку результатов. Часть разумных с точки зрения минимизации погрешностей, требований можно почерпнуть в документе «Радиопомехи индустриальные. Электроустройства, эксплуатируемые вне жилых домов. предприятия на выделенных территориях или в отдельных зданиях. Допустимые значения. Методы испытаний. Нормы 8-95» (с Изменением №1 от 1996 г). Часть его, посвящённая измерениям, может быть полезна в практике.
Продолжение следует
