Измерение параметров и характеристик четырехполюсников. Идентификация неоднородностей и повреждений в линиях связи (стр. 1 из 2)
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра метрологии и стандартизации
РЕФЕРАТ
На тему:
«Измерение параметров и характеристик четырехполюсников. Идентификация неоднородностей и повреждений в линиях связи»
МИНСК, 2008
Измерение параметров и характеристик четырехполюсников
Измерение группового времени запаздывания
Общие сведения. Классификация методов и приборов для измерения группового времени запаздывания
Отклонение частотной характеристики фазового сдвига от линейной называют фазовым искажением.
Многочастотный широкополосный сигнал проходя по линии связи искажается, т.е. его форма на выходе не совпадает с формой на входе. Это искажение возникает вследствие того, что различные частотные составляющие запаздывают на разное время. Для количественной оценки фазовых искажений введено понятие группового времени запаздывания (ГВЗ). Абсолютное ГВЗ определяется производной абсолютного фазового угла по групповой частоте
, (1)где
- абсолютный фазовый угол, на который изменяется фаза синусоидального сигнала при распространении его по какой-либо цепи за время tрас.Абсолютный фазовый угол
. (2)Подставляя (2.2) в (2.1), получаем
. (3)Второе слагаемое в формуле (3) показывает зависимость времени распространения сигнала от частоты.
При практических измерениях ГВЗ бесконечно малые приращения фазы и частоты заменяют конечными приращениями и определяют относительное ГВЗ
, (4)где j¢ и j² – фазовые сдвиги на частотах w¢ и w² соответственно
Значение ГВЗоднозначноопределяет величину фазовых искаженийсигнала.
Четырехполюсник (ЧП) не вносит искажений, если ГВЗ сохраняется постоянным во всем диапазоне частот. В противном случае ЧП вносит фазовые искажения. При измерении ГВЗ наиболее часто используется два метода:
– метод измерения по точкам (по фазовой характеристике);
– метод передачи модулированных сигналов (метод Найквиста).
Измерение ГВЗ по фазовой характеристике
Суть метода заключается в измерении фазовых сдвигов четырехполюсника (ЧП) в различных частотных точках рабочей полосы частот. По результатам этих измерений строится ФЧХ ЧП (рисунок 1).
По этой характеристике определяется значение ∆φ и ∆f для различных участков частотного диапазона, а затем по формуле (2.4) вычисляется ГВЗ. В свою очередь по результатам этих вычислений строится зависимость tгр от частоты. Такой метод аппаратурно прост, но обладает большой трудоемкостью и относительно низкой точностью. Поэтом на практике чаще используют метод Найквиста.
Метод Найквиста
Суть метода заключается в сравнении фазового сдвига огибающих модулированных по амплитуде сигналов на входе и выходе исследуемого ЧП. На рисунке 2 приведена упрощенная структурная схема прибора, реализующего данный метод.
Высокочастотный генератор вырабатывает сигнал, который модулируется по амплитуде низкочастотным сигналом от внутреннего либо внешнего источника. Этот сигнал одновременно поступает на амплитудный детектор 1 непосредственно и через ЧП на амплитудный детектор 2. После детектирования огибающие с выходов детекторов подаются на фазометр, который измеряет фазовый сдвиг между ними, описываемый выражением:
.Из этого выражения можно определить tгр
. (5)Так как частота модуляции Fм величина постоянная, то шкалу фазометра градуируют в единицах ГВЗ.
Для автоматизации процесса измерения ГВЗ в полосе частот в качестве ВЧ генератора используют ГКЧ. Указатель фазометра устанавливают на нулевую отметку на средней частоте диапазона. Тогда при качании частоты показания фазометра будут соответствовать ГВЗ.
Идентификация неоднородностей и повреждений в линиях связи
Импульсный метод
Общая характеристика импульсного метода
Импульсный метод измерения параметров линий связи основан на явлении отражения электромагнитных волн в местах изменения волнового сопротивления линии (W).
Этот метод позволяет, во-первых, измерить, а затем сравнить с установленными нормами неоднородности и характеристические сопротивления линий, а во-вторых, определить место и характер каждого повреждения.
По виду и величине отраженных импульсов судят о характере неоднородностей и повреждений в линии.
Принцип импульсных измерений заключается в зондировании линии короткими импульсами, которые, распространяясь по линии, частично отражаются от неоднородностей (КЗ, ХХ, обрыв, изменение волнового сопротивления) и возвращаются к тому месту, откуда были посланы. При этом на экране ЭЛТ отраженные импульсы будут смещены на некоторое время t относительно зондирующего импульса. Это время равно времени пробега зондирующего импульса до неоднородности и обратно. Таким образом расстояние до неоднородности lх при известной скорости распространения электромагнитных волн в линии υ можно определить по формуле:
. (6)В свою очередь
,где С – скорость света;
- диэлектрическая проницаемость материала линии.Это выражение показывает, что скорость распространения электромагнитных волн будет различна для различных линий передач. Поэтому, чтобы использовать выражение (6), в качестве алгоритма измерения lх необходимо ввести поправочный коэффициент γ, учитывающий отклонение υ от С. Этот коэффициент называется коэффициентом укорочения электромагнитной волны и определяется как:
.Значение γ указывается в справочной литературе для различных типов линий связи.
Величина неоднородности характеризуется коэффициентом отражения, который определяется по формуле
, (7)где
- полное сопротивление неоднородности.Из формулы (7) видно, что амплитуда и фаза отраженного сигнала зависят от соотношения между
и W.Рассмотрим три случая, которые иллюстрируются рисунками 3 а,б,в.
1 Zнд = W, Г=0
2 Zнд = 0 , Г= –1 
3 Zнд=∞, Г=1 
При зондировании реальной линии передачи на экране прибора появится столько отраженных сигналов, сколько существует неоднородностей в линии, и еще множество мелких отраженных импульсов, возникающих из-за неоднородностей технологического характера и переотражений.
Так для линии передачи длиной l разомкнутой на конце и имеющей на расстоянии l1 плохой контакт, что эквивалентно дополнительному сопротивлению R1, а на расстоянии l2 утечку с сопротивлением R2, эквивалентная схема и ее импульсная характеристика будет иметь следующий вид:
 |
Достоинства импульсного метода:
1) позволяет различить несколько неоднородностей или повреждений, существующих одновременно, и определить расстояние до каждой из них;
2) пригоден для определения мест повреждений, имеющих неустойчивый или комбинированный характер;
3) быстро и наглядно проводить сами измерения.
Недостатки:
нечувствительность к некоторым видам повреждений (например, понижение сопротивления изоляции).
Параметры и характеристики приборов, реализующих импульсный метод
К наиболее важным характеристикам приборов, реализующих импульсный метод, можно отнести:
- максимальную дальность действия;
- разрешающую способность
- точность.