Измерение рабочего затухания четырехполюсника.

Тема 4.2. Измерение собственного и рабочего затухания и усиления четырехполюсников

В зависимости от условий, которыми задаются при проведении измерения, различают следующие виды затуханий:

1. Собственное (характеристическое) затухание 4-х- полюсника. (Ас)

2. Рабочее затухание (Ар)

3. Вносимое 4-х- полюсником затухание (практически не измеряют).

Практически наиболее часто измеряют собственное и рабочее затухания 4-х-полюсников.

Кроме этого, иногда измеряют затухание несогласованности и затухание асимметрий цепей связи переменному току.

 

Измерение собственного затухания четырехполюсников.

Собственным или характеристическим (А_с) называется затухание вносимое четырехполюсником при условии согласованного подключения к нему нагрузки во всем диапазоне рабочих частот. Это возможное наименьшее затухание вносимое 4-х-полюсником.

Измерение собственного затухания довольно трудная задача, т.к. 4-х-полюсники имеют входные и выходные сопротивления комплексного характера, т.е. частотнозависимы.

 

Схема частотной характеристики 4-х-полюсника с трансформаторным выходом.

 

 

X_L=j 2пƒ L

 

Поэтому, Ас в проводной связи измеряют только на линиях связи, т.к. волновое сопротивление цепей связи в линейном спектре частот имеет постоянную величину.

 

 

 

Частотную характеристику Ас цепей связи измеряют в линейном спектре частот передаваемых по данной цепи при работе аппаратуры связи.

Методы измерения собственного затухания цепи связи:

1. Метод разности уровней

2. Метод сравнения.

Метод разности уровней.

Этот метод применяется, если на измеряемом участке имеется только измеряемая цепь или же другие цепи отличаются от измеряемой цепи.

 

A_c = L_{H 1} - L_{H 2} (дБ)

 

Недостатки метода разности уровней:

1. Необходимость измерений на обоих концах цепи связи.

2. Относительно невысокая точность измерений (δ <= 6-10 %)

Метод сравнения.

Этот метод применяется если на измеряемом участке имеется вторая такая же цепь, как и измеряемая, с помощью которой можно создать шлейф двух цепей, вход и выход которых находятся в пункте измерений (пА)

 

Измеряемая цепь

 

	в/омн     .

 

При измерении регулировкой магазина затухания добиваются одинаковых показаний измерителя уровней в обоих положениях ключа S.

 

Тогда Ас =

Достоинства метода сравнения:

1. Измерения проводятся с одного конца измеряемой цепи.

2. Высокая точность измерений (δ_А < = 2 %)

 

Ас

 

 

ƒ

 

Частотная характеристика (примерный вид) собственного затухания цепи связи.

Причины увеличения затухания от частоты:

1. Явление поверхностного эффекта.

На низких частотах ток проходит по всему сечению проводника, а на высоких частотах ток проходит по поверхностному слою проводника и сопротивление его увеличивается, что приводит к увеличению затухания в цепи связи.

 

2.Емкостной характер сопротивления цепи.

 

С

Zн

 

X_c = 1 / jwc

С увеличением частоты ёмкостное сопротивление уменьшается и часть тока замыкается через ёмкость цепи, не доходя до нагрузки.

 

 

Измерение рабочего затухания четырехполюсника.

Рабочим называется затухание, вносимое четырехполюсником в его рабочих условиях, т.е. при какой-то установившейся несогласованности сопротивления нагрузки (Zн) с выходным сопротивлениям измеряемого четырехполюсника (Z_вых).

 

По рекомендации МККТТ рабочее затухание следует определять по такой формуле:

где, Р₁ -мощность выделяющаяся на согласованной нагрузке, подключенной к выходу генератора непосредственно. [P₁ = (E / 2)² / Zr ];

 

 

 

P₂ - мощность выделяющаяся на нагрузке измеряемого четырехполюсника, подключенного к выходу того же генератора (Р₂ = ).

 

Рабочее затухание определяются по формуле: Ар = 10 lg (дБ) Но измерение мощности довольно трудная задача. Поэтому, на практике рабочее затухание определяют измерением уровней передачи.

Выведем формулу расчет рабочего затухания через уровни передачи.

Ар = 10 lg

 

=20lg +10lg = 20 lg - 20 lg

 

Таким образом: А_р =

Рабочее затухание можно измерять одним из следующих методов:

1. Метод известного генератора

2. Метод эквивалентного генератора (метод “Z”)

3. Метод разности уровней

4. Метод сравнения

Метод известного генератора

Применяется если известно внутреннее сопротивление измерительного генератора.По этому методу проводятся два измерения.

R н = ZГ Входное сопротивление измерителя уровня (ИУ) должно быть высокоомным. При этом ИУ покажет уровень половины ЭДС генератора LЕ/2

Первым измерением определяется уровень половины ЭДС генератора.

 

 

Вторым измерением определяем уровень напряжения на нагрузке измеряемого 4-х полюсника по схеме.

 

 

 

После этого А_Р определяем по формуле:

А _р = L_{E / 2} - L_{U 2} +10 lg Z_H / Z_Г

 

Недостаток: невысокая точность измерения (δ<=10%)

 

Метод эквивалентного генератора (метод”Z”)

Применяется если внутреннее сопротивление генератора неизвестно, или если оно отличается от требуемого нами значения. При этом методе неизвестный генератор, преобразовывают в генератор с известными параметрами, путем подключения последовательного с ним сопротивления (Z₁ ). В этом случае преобразований генератор будет иметь параметры (E = U₁ и Z_Г = Z ₁ ).

1 2

Z_Г =? R₁

U₁

E

1 2

 

После такого преобразования измерения проводят по методу известного генератора. Расчет рабочего затухания производят по формуле:

 

Ар = Lu_{1/ 2} – Lu₂ + 10 lg (dБ)

 

Метод разности уровней

 

При измерении измеряемый четырехполюсник нужно ставить в режим работы близкий к его рабочим условиям (Z_Г = Zвх и Rн - реальная величина сопротивления нагрузки).

 

 

 

При этом рабочее затухание равно: A_р=L_Uвх-L_Uвых+10 lg (dБ)

 

 

Метод сравнения

 

В / омн.

С помощью магазина затуханий добиваются одинаковых показаний ИУ в обоих положений ключа S. Тогда рабочее затухание измеряемого четырехполюсника равно: Ар=Амз+10lg

 

Измерение рабочего усиления

Рабочее усиление (Sр) равно рабочему затуханию, взятому с обратным знаком. Поэтому, Sр можно измерять теми же методами, что и рабочее затухание (Ар). Наиболее часто применяют методы разности уровней и сравнения.

Особенность измерения Sр в том, что при этом нужно принимать меры по недопущению перегрузки усилителя по входу. На вход измеряемого усилителя надо подавать его номинальный входной уровень.

 

Метод сравнения

При измерении рабочего усиления методом сравнения магазин затуханий включается последовательно с измеряемым усилителем и служит для компенсации усиления измеряемого усилителя. В верхнем положении ключа S измеритель уровня (ИУ) показывает уровень напряжения подаваемого на вход усилителя. В нижнем положении ключа S измеритель уровня показывает уровень напряжения на выходе усилителя, который значительно больше входного уровня усилителя. Измерение заключается в получении одинаковых показаний ИУ в обоих положениях ключа S с помощью МЗ. При этом:

S р = Ам + 10 lg (dБ)

Метод разности уровней

Рабочее усиление рассчитывается по форомуле:

Sр = Lu вых – Lu вх + 10 lg (dБ)

 

Погрешность измерения составляет: δ s <= 6 -10 %

Если вместо измерителя уровней используется вольтметр, то нужно пользоваться формулой:

 

Sр = 20 lg + 10 lg (dБ)

где U₂ – падение напряжения на нагрузке усилителя;

Е / 2 – напряжение половины ЭДС генератора.