Абсолютный уровень по напряжению формула

Абсолютный уровень по напряжению формула

В технике связи наряду с абсолютными единицами измерения параметров электрических сигналов (мощность, напряжение и ток) широко используются относительные единицы.

Уровнем передачи сигнала в некоторой точке канала или тракта называют логарифмическое преобразование отношения энергетического параметра S (мощности, напряжения или тока) к отсчетному значению этого же параметра.

Правило преобразования определяется формулой:

, где m — масштабный коэффициент; a — основание логарифма.

Уровни передачи измеряются в децибелах, если справедливы соотношения:

для уровней по мощности , дБм;

для уровней по напряжению , дБн;

Уровень передачи называется абсолютным , если P 0 =1 мВт. Если теперь задать R 0 , то при заданных значениях мощности и сопротивления легко получить соответствующие величины напряжения U 0 и тока I 0 : ; .

При R 0 = 600 Ом в практических расчетах принимают округленные значения: для U 0 = 0,775 В, а для I 0 = 1,29 мА.

Измерительные уровни служат для определения уровней передачи с помощью измерительных приборов, называемых указателями уровня .

Для измерения уровня наиболее часто применяется схема известного генератора, показанная на Рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема известного генератора

В этой схеме ко входу исследуемого объекта, например некоторого четырехполюсника, подключается генератор испытательного сигнала с полностью определенными параметрами, т.е. должно быть известно его выходное сопротивление R Г , развиваемая ЭДС E Г (или напряжение на входе объекта U ВХ ). Входное сопротивление объекта R Г также должно быть известно. К выходу объекта подключается указатель уровня с входным сопротивлением, равным номинальному значению сопротивления нагрузки; реальная нагрузка при этом отключается.

В качестве испытательного при измерении уровней передачи чаще всего применяют одночастотный синусоидальный сигнал, частота которого также должна быть известна, а начальная фаза, как правило, не фиксируется.

Если по значению параметров подключенный генератор испытательного сигнала обладает свойством нормального, т.е. его внутреннее сопротивление равно 600 Ом, развиваемая ЭДС равна 1,55 В, то измеренный на сопротивлении R Н уровень называется измерительным .

Источник

Определить абсолютные уровни мощности, напряжения и тока сигналов при заданных значениях их мощности, напряжения и тока.

где P0, U0, I0 – абсолютные нулевые уровни соответственно мощности, напряжения и тока. В соответствии с рекомендациями МККТТ абсолютный нулевой уровень напряжения и тока определяется на нагрузке с активным сопротивлением R0 = 600 Ом по формулам:

= 0,775 В,

= 1,29 · 10-3 А,

Вт.

Вычисляем абсолютный уровень при заданных значениях U, I и P:

Определить мощности, мощность и напряжение сигнала в различных точках тракта передачи по уровням напряжения в этих точках.

Рисунок 2.6 – Условный тракт

Уровень мощности в определённой точке связан с уровнем напряжения соотношением:

, где (2.8)

в качестве Zн будет выступать входное сопротивление четырёхполюсника в соответствующей точке (R). Значение мощности и напряжения определяются по формулам:

Произведём расчёты для четырёх точек.

Уровнем сигнала называется логарифмическое отношение мощности, напряжения или тока в данной точке цепи Px, Ux, Ix к мощности, напряжению или току, которые приняты за исходные P0, U0, I0:

В зависимости от значений величин, принятых за исходные, различают абсолютный, относительный и измерительный уровни.

Абсолютным называется уровень, когда за исходные величины приняты мощность P0 = 1 мВт, напряжение U0 = 0, 755 B и ток I0 = 1,29 мА. Значения U0 и I0 определены на основе Р0 = 1 мВт для величины сопротивления нагрузки Rн = 600 Ом, так как входное и выходное сопротивления большинства устройств связи имеет величину 600 Ом.

Относительным называется уровень, определяемый в точке x системы при значениях Р0, U0, I0, соответствующих величинам в некоторой другой точке цепи, принятой за исходную.

Измерительным уровнем называют абсолютный уровень в какой-либо точке системы при условии, что на ее вход подан сигнал с нулевым уровнем.

Согласно рекомендации МККТТ эффективно пропускаемой полосой канала ТЧ называется полоса, неравномерность остаточного затухания которой на крайних частотах не превышает величину 8,7 дБ. Эффективная полоса канала ТЧ 0,3 – 3,4 кГц, а эффективная полоса пропускания первичного широкополосного канала 60 – 108 кГц.

Другое по теме:

Расчет зеркальной параболической антенны с облучателем в виде конического рупора
Параболические антенны в последнее время находят все более широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи. В 1888 году известный немецкий физик Г. Герц в своих опытах по СВЧ оптике впервые применил в качестве фокусирующего устройс .

Источник

Понятие уровней электрических сигналов

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ 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.

мощность сигнала в начале цепи составляет: Р_вх=10 — 3 = 1мВт,

а в конце цепи — Р_вых=10 — 6 = 1мкВт.

— 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»

 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.

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).

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.

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.

Порядок расчета уровней

Задача. Вычислить абсолютный уровень напряжения в точке, если значение напряжения Uх = 0,388 Bольт.

Lн = 20 lg(Uх/Uo) = 20 lg(0,388/0,775) = — 6,01 дБн

Задача. Вычислить абсолютный уровень мощности в точке, если значение мощности Рх = 4мВт.

Lм = 10 lg(Рх/Рo) = 10 lg(410 -3 /10 -3 ) = 6,02 дБм

Из примеров видно, что уровни могут быть как положительными, так и отрицательными.

Иногда перед измерителем ставится обратная задача: по известному значению уровня, измеренного в данной точке, определить значение физической величины в этой точке.

Задача. Вычислить значение мощности, если измерен уровень мощности Lм = 20 дБм.

Из формулы уровня мощности Lм=10 lg(Рх/Рo) необходимо выразить Рх.

Рх=Ро10 0,1Lм =10 -3 10 0,120 =100 мВт

Задача. Вычислить значение напряжения, если измерен уровень напряжения Lн = 13 дБн.

Из формулы уровня напряжения Lн = 20lg(Uх/Uo) необходимо выразить Uх.

Uх=Uо10 0,05Lн =0,77510 0,0513 = 3,46 В

Задача. Вычислить абсолютный уровень мощности, если измерен уровень напряжения Lн = 4,3 дБн на сопротивлении Zх = 150 Ом.

Lм = Lн+10 lg(600/Zх) = 4,3+10 lg(600/150) = 10,3 дБ

Задача.Вычислить абсолютный уровень напряжения, если измерен уровень мощности Lм = -1,5 Нп на сопротивлении Zх = 135 Ом.

Lн = Lм-10 lg(600/Zх) = -13,02-10 lg(600/135) = -13,67 дБн

Задача. Вычислить абсолютный уровень мощности, если измерен уровень напряжения Lн = 0 дБн на сопротивлении Zх = 135Ом.

Lм = Lн+10 lg(600/Zх) = 0+10 lg(600/135) = 6,5 дБм

Задача. Вычислить на каком сопротивлении измерены уровни Lм = 6,5 дБм и Lн = 3 дБн.

Из формулы Lм = Lн+10 lg(600/Zх) необходимо выразить Zх

Относительные уровни

Уровень передачи называется относительным, если мощность или напряжение в данной точке тракта «х» сравниваются с одноименными величинами какой-либо другой точки тракта, принятой за начало отсчета «а».

Lмо = 10 lg (Pх/Pа) = 10lg [(Pх/10 -3 )/ (Pа/10 -3 )] = 10lg (Pх/10 -3 ) — 10lg (Pа/10 -3 ) = Lмх — Lма

Относительный уровень в какой-либо точке «х» канала (тракта) равен разности абсолютных уровней в данной точке «х» и в точке принятой за начальную «а».

Измерительные уровни

Измерительный генератор с Ri = 600 Ом, вырабатывающий ЭДС Е = 1,55 В, f = 800 Гц называется нормальным генератором.

При подключении нормального генератора к коммутаторному входу канала

(Zвх = 600 Ом) уровень мощности (напряжения) на входе канала (коммутаторном входе) Lм = 0 дБм (Lн = 0 дБн), так как

Рвх = U 2 /R = 0,775 2 /600 = 1мВт.

Абсолютный уровень мощности (напряжения) в какой-либо точке канала, измеренный или вычисленный при условии, что к коммутаторному входу канала подключен нормальный генератор, называется измерительным уровнем.

Знак измерительного уровня показывает затухание «–» или усиление «+» действует между данной точкой канала и коммутаторным входом канала. Численное значение измерительного уровня соответствует величине затухания или усиления.

Задача. Рассмотрим тракт передачи, представленный последовательно соединенными четырехполюсниками

Затухание от коммутаторного входа «a» до точки «b»Аa-b = 5 дБ.

Определить затухание или усиление действует на участке «b-c» и вычислить его величину, если Zc = 75 Ом, Uc = 275 мВ.

Уровень на коммутаторном входе нулевой Lмк = 0 дБм.

Аab = LдБм a — LдБм b = 0 — 5= — 5 дБм

Определим уровень напряжения в точке «c»

LдБн с = 20lg(Uс/Uо) = 20lg(27510 -3 /0,775) = — 9 дБн

Определим уровень мощности в точке «c»

LдБм с = LдБн + 10lg(600/Zx) = — 9 + 10lg(600/75) = 0 дБм

Так как уровень в точке «с» стал выше, чем в точке «b»значит на участке«b-c»произошло усиление и его величину можно определить следующим образом:

Источник