Понятие уровней электрических сигналов

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ СИГНАЛОВ

Понятие уровней электрических сигналов

С целью упрощения расчетов, связанных с определением изменения мощности (напряжения) сигналов электросвязи при передаче их на значительные расстояния, а так же с целью упрощения градуировки шкал измерительных приборов, в технике связи принято использовать логарифмические единицы измерения.

Рассмотрим цепь электросвязи.

Р

вых

Р

вх

Допустим,

мощность сигнала в начале цепи составляет: Р_вх=10 ^{- 3} = 1мВт,

а в конце цепи - Р_вых=10 ^{- 6} = 1мкВт.

Определим:

- на сколько Ватт уменьшилась мощность сигнала

Р_вх-Р_вых = 10 ^{- 3} - 10 ^{- 6} =99910 ^{- 6} Вт;

- во сколько раз уменьшилась мощность сигнала

- степень уменьшения мощности сигнала в логарифмических единицах

lg(Рвх/Рвых) = lgРвх-lgРвых = lg10^-3 – lg10^-6 = (-3) – (-6) = 3 Белла

(логарифм отношения двух величин измеряется в «Белах»).

Использование логарифмических единиц позволяет:

 перейти от дольных значений разного порядка «10^-3» и «10^-6» к целым значениям одного порядка «-3»

и «-6»;

 действия умножения и деления заменяются сложением и вычитанием, в результате упрощаются расчеты;

 упрощается градуировка приборов, которые используются для измерения параметров сигнала на всем протяжении цепи.

Логарифм мощности в некоторой точке «х» Lмх=lgРх называется «Уровень мощности» электрическогосигнала и выражается в Белах.

Так как, lg1 = 0,

Lмх=0, при Рх=1 Вт.

Если Рх  1 Вт, уровень мощности Lмх  0.

Если Рх > 1 Вт, уровень мощности Lмх > 0.

В проводных системах связи мощность передаваемого сигнала обычно имеет значение порядка мВт или мкВт. Таким образом, уровни мощности, в основном, будут иметь отрицательное значение.

Для переноса «нулевой точки» в область более низких значений мощности используется выражение:

Значение мощности 10^-3 Вт называется «Мощность абсолютного нулевого уровня» и обозначается Р_0.

В системах связи, в соответствии с параметрами электрического сигнала, удобнее использовать дольные логарифмические единицы - децибелы (дБ).

1Б=10 дБ.

В результате формула уровня мощности приобрела выражение:

Этот параметр называется «Абсолютный уровень мощности».

Абсолютный уровень мощности, выраженный в децибелах, - это 10 логарифмов отношения мощности в данной точке, к мощности нулевого уровня.

Логарифм отношения начальной мощности сигнала к её конечному значению называется «Затухание» сигнала и обозначается символом «А»:

А = lg (Рвх/Рвых), Б - выражено в Белах,

А = 10´lg (Рвх/Рвых), дБ - выражено в дециБелах.

Физический смысл затухания: - уменьшение мощности сигнала, выраженное в логарифмических единицах.

Величину затухания можно выразить через разность абсолютных уровней мощности сигнала в начальной и конечной точке цепи:

Так как процесс измерения мощности является трудоемким, обычно в системах связи контролируется величина напряжение или тока.

Соответственно введены понятия «Уровень напряжения» и «Уровень тока».

Рассчитаем значения напряжения и тока, соответствующие «Абсолютному нулевому уровню».

Ро = 10^-3, расчет произведем для стандартного сопротивления Z₀ = 600 Ом.

Так как

напряжение, соответствующее абсолютному нулевому уровню, равно

ток, соответствующий абсолютному нулевому уровню, равен:

Выведем формулу абсолютного уровня напряжения.

LдБнх - называется «Абсолютный уровень напряжения».

Формула взаимосвязи абсолютного уровня мощности и абсолютного уровня напряжения имеет вид:

Из формулы видно, что LдБмх = LдБнх, если сопротивление в точке измерения Zх = 600 Ом.

Выведем формулу абсолютного уровня тока.

LдБтх - называется «Абсолютный уровень тока».

Формула взаимосвязи абсолютного уровня мощности и абсолютного уровня тока:

Из формулы видно, что L_дБмх = L_дБтх, если сопротивление в точке измерения Zх = 600 Ом.

Наименование уровня	Расчетная формула	Единица измерения	Значение, соответствующее «Абсолютному нулевому уровню»	Формула взаимосвязи с абсолютным уровнем мощности
Абсолютный уровень мощности		дБм	10^-3 Вт
Абсолютный уровень напряжения		дБн	0,775 В
Абсолютный уровень тока		дБт	1,2910^-3 А

Некоторые приборы Российского производства градуируются в логарифмических единицах натуральной системы «Нп».

Перевод из натуральной системы логарифмических единиц в десятичную производится согласно соотношения 1 Нп = 8,68 дБ.

Дата добавления: 2015-09-02