Относительные уровни по мощности



Относительный уровень по мощности

Предположим, что измерен уровень мощности 0,0133 Вт в некоторой точке системы. Заметим, что этот уровень гораздо выше, чем 0,0133 мкВт. Следует преобразовать это измерение в относительный уровень (в дБ-мВ) для облегчения использования результатов в последующих вычислениях. Очевидно, для этого нужно применить формулу отношения мощностей.
Здесь в качестве Р2 будет выступать абсолютная измеренная мощность в ваттах, а в качестве Р та абсолютная мощность, которая соответствует уровню О дБ-мВ (Р0). Поскольку теперь знаем, какой абсолютному значению в ваттах соответствует уровень относительной мощности 0 дБ-мВ (она определена в предыдущем разделе).
В этом случае измеренная мощность составляет 0,0133 Вт, а относительная, как уже определено, составляет 0,0133 мкВт.
Измеренный уровень мощности 0,0133 Вт соответствует уровню +60 дБ-мВ или, иначе говоря, мощность 0,0133 Вт, отнесённая к уровню 0 дБ-мВ, составляет +60 дБ-мВ.
Таким образом определен тот нулевой уровень, относительно которого будет вычисляться любое отношение и любой уровень сигнала (в дБ-мВ или дБ-мкВ). Установлено, каким величинам в вольтах и в ваттах соответствуют относительные уровни 0 дБ-мВ и 0 дБ-мкВ, Однако теперь необходимо научиться вычислять относительный уровень для любого абсолютного уровня сигнала, и наоборот, вычислять абсолютное значение уровня по заданному относительному уровню.
Заметим, что единицы измерения относительного уровня не привязаны к мощности или напряжению сигнала или какой-либо другой его характеристике. Далее покажем, что относительные уровни сигнала можно измерять как по мощности, так и по напряжению. Примеры будут приведены в единицах дБ-мВ, но с единицами дБ-мкВ расчеты полностью аналогичны.

Источник

Раздел 1.3. Уровни передачи

Дата добавления: 2014-05-17 ; просмотров: 7813 ; Нарушение авторских прав

Сигналы, используемые для передачи сообщений в системах электросвязи, представляют собой электрические напряжение или ток, изменяющиеся во времени. Характер изменений мгновенных значений напряжения или тока сигнала однозначно соответствует передаваемым сообщениям.

Значения напряжений (токов) сигналов и помех в различных точках каналов и трактов имеют величины от пиковольт (пикоампер) до десятков вольт (ампер) Мощности токов имеют величины от долей пиковатт до ватт, киловатт и даже мегаватт. Чтобы облегчить измерения и расчеты величин, значения которых изменяются в широком диапазоне и чтобы при сравнении результатов измерений или расчетов операции умножения и деления заменить соответственно сложением и вычитанием, вместо величин мощности, напряжения и тока, выраженных в ваттах, вольтах и амперах (или их долях), используют логарифмы отношения этих величин к одноименным величинам, принятым за отсчетные. Относительные величины, выраженные в логарифмической форме называют уровнями передачи. Уровни передачи, представляющие десятичные логарифмы отношения одноименных величин, называются децибелами (дБ), а уровни передачи, представляющие натуральные логарифмы отношения одноименных величин, называются неперами (Нп). В технике телекоммуникационных систем в основном принято пользоваться децибелами.

Уровни передачи по мощности, напряжению и току определяются следующими формулами соответственно:

В этих формулах Wх, Uх, Iхвеличины кажущейся мощности, напряжения или тока в рассматриваемой точке, а W0, U0 и I0 — величины, принятые за исходные при определении уровней передачи. Уровни называются абсолютными, если за исходное приняты следующие величины: кажущаяся мощность W0=1 мВт; дей­ствующее напряжение U0=0,775 В; действующий ток I0=1,29 мА.

В общем случае численные значения уровней передачи по мощности, напряжению и току не совладают. Однако между ними легко установить взаимозависимость, если известны сопротивления Zх и Z0, на которых выделяются мощности Wх и W0. Действительно:

рм =101g = 10lg =201g -101g .

Если абсолютные уровни определяются при сопротивлении Z=600 Ом, то рмнт. Это объясняется выбором исходных величин: U0=0,775 В; I0=1,29 мА; W0=1 мВт и Z0=0,775 В/1,29 мА=600 Ом.

Уровни передачи называются относительными, если величины W0 , U0 , I0 соответствуют значениям мощности, напряжения и тока в точке цепи, принятой за отсчетную (начало, вход цепи). Легко показать, что относительный уровень сигнала равен разности абсолютных уровней в данной точке цепи х) и в точке, принятой за начало (р0). Так, для уровня по мощности имеем:

От логарифмических единиц (уровней в децибелах) легко перейти к абсолютным (мощности, напряжению, току) по очевидным формулам:

При передаче сигналов по каналам связи имеют место потери энергии в пассивных четырехполюсниках или ее увеличение в активных четырехполюсниках. Чтобы охарактеризовать изменение энергии сигнала в различных четырехполюсниках, образующих каналы связи, вводится понятие рабочего затухания и рабочего усиления.

Рабочее затухание измеряется в децибелах и определяется по формуле:

где Wг—кажущаяся мощность, которую отдал бы источник сигнала согласованной с ним нагрузке, W2 кажущаяся мощность, выделяющаяся в нагрузке четырехполюсника в реальных условиях включения. При таком определении учитывается возможная несогласованность на входе и выходе четырехполюсника. Рабочее усиление определяется выражением:

Очень важным является понятие измерительного уровня. По определению МККТТ измерительным уровнем называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке системы (канала), если в начале этой системы (на входе канала) включен нормальный генератор. Нормальным называется генератор с ЭДС, равной 2´775 мВ, и внутренним активным сопротивлением, равным 600 Ом. Частота тока нормального генератора может быть любой, однако, на практике, если нет специальной оговорки, частоту считают равной 800 Гц. Если входное сопротивление канала активно и равно 600 Ом, то при подключении нормального гене­ратора на входе канала оказывается абсолютный нулевой уровень мощности, тока и напряжения.

При проектировании и эксплуатации систем связи необходимо знать величины уровней сигнала в различных точках тракта передачи. Чтобы охарактеризовать изменения энергии сигнала при его передаче, пользуются диаграммой уровней — графиком, показывающим распределение измерительных уровней вдоль тракта передачи.

Рис. 1.3 — Диаграмма уровней

На рис. 1.3 показана диаграмма уровней канала передачи, состоящего из усилителя передачи УСпер, трех участков линии связи l1, l2 и l3, двух промежуточных усилителей Ус1 и Ус2 и усилителя приема УCпр. На диаграмме отмечены характерные точки тракта: точка 1—вход; точка 2выход канала; точки 3 выходы оконечного усилителя передающей станции и промежуточных усилителей; точки 4 — входы промежуточных и оконечно-приемного усилителей. Уровни в точках 3 определяются усилением усилителей; уровни в точках 4 зависят от затуханий участков линии. Минимально допустимый уровень в точках 4 определяется требуемым превышением сигнала над помехой (защищенностью):

где Wс и Wп — мощности сигнала и помехи, а рс и рп соответствующие уровни.

Соотношение между уровнями на входе и выходе канала определяется его остаточным затуханием, которое представляет собой рабочее затухание, определенное в условиях замыкания входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузки, соответствующие номинальным значениям входного и выходного сопротивлений канала. Остаточное затухание равно разности между суммой всех рабочих затуханий, имеющихся в канале, и суммой всех рабочих усилений:

Для того чтобы обеспечить нормальную работу системы связи величины мощностей, напряжений и токов сигналов и соответствующих уровней нормируют; нормируют также допустимые уровни помехи. При этом приходится считаться с тем, что вследствие наличия затуханий и усилений, уровни сигналов и помех в различных точках канала будут различными. Чтобы избавиться от неопределенности, все нормируемые величины относят к точке тракта передачи с нулевым измерительным уровнем (ТНОУ). Уровни по мощно­сти, отнесенные к точке с нулевым измерительным уровнем, обозначают через дБм0.

Возможно также использование натуральных логарифмов; при этом логарифмические единицы называются неперами (Нп); рм= 1/2 In(Wх/W0), рн=1n (Ux/Uy), Iт=1n (Iх/I0). Очевидно, при таких определениях 1 Нп =8,686 дБ, а 1 дБ=0,115 Нп. На практике применяются только децибелы.

И в заключение отметим, что приборы для измерения уровней передачи называются указателями уровней и представляют собой обычные вольтметры, измерительная шкала которых и входные регуляторы отградуированы в уровнях мощности и напряжения.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое уровни по мощности, по напряжению и току и как они связаны между собой?

2. Что такое абсолютный, относительный и измерительный уровни по мощности, напряжению, току и как они связаны между собой?

3. Какой мощности, напряжению, току соответствует абсолютный уровень 0 дБ?

4. Как по диаграмме уровней определить помехозащищенность?

Источник

Поделиться с друзьями
Мощность и напряжение