Приложение А
Основная классификация измерительных приборов, используемых для измерения уровня радиосигнала.




Рис. А1
Основная классификация измерительных приборов

Примеры измерительных приборов

Специализированный измеритель РСПИ (пример)

Рис. А2
«ДИПС-1» – диагностический индикаторный прибор для радиосистемы «Струна-3М»

Прибор портативен (см. Рис. А2) и удобен для эксплуатации, как в полевых условиях (встроенный аккумулятор), так и в стационарных (сетевое питание и интерфейс связи с компьютером). Главным достоинством «ДИПС-1» является его функциональность. Прибор обладает набором специальных функций, отсутствующих у традиционных анализаторов спектра и сканирующих приемников, делающим его намного производительнее и удобнее при работе с РСПИ «Струна-3М».

Таблица А1 - Основные технические характеристики ДИПС-1

С другой стороны, узкая специализация изделия является его существенным недостатком. ДИПС-1 работает только в диапазоне УКВ с шириной полосы сканирования в 800 кГц. Все его специализированные функции реализуются для протокола обмена РСПИ «Струна-3М».

Другой класс измерительных приборов - сканирующие приемники, используемые для поиска радиозакладок. Они, как правило, обладают более скромными радиотехническими характеристиками, как по чувствительности, так и по избирательности по сравнению со специализированными измерительными приемниками. Однако самым существенным недостатком таких изделий является нелинейная (как правило, логарифмическая) шкала измерений принятого сигнала, а также отсутствие повторяемости измерительных характеристик приемника. Такие характеристики вполне допустимы для поиска радиозакладок, поскольку важно при этом оценить уровень сигнала только качественно, а точное измерение параметра не обязательно.

Существует и другой подход к решению этой проблемы. Речь идет о встроенных в ПЦН или АРМ РСПИ измерительных систем. Они могут представлять из себя простой стрелочный прибор, установленный на передней панели пульта РСПИ и доходить в своем развитии до программного обеспечения АРМ, позволяющего строить на экране монитора гистограммы уровней сигнала. При всем многообразии реализаций они обладают всеми теми же характеристиками и недостатками, как и у сканирующих приемников, используемых для поиска радиозакладок.

Все рассматривают измеритель уровня сигнала как вспомогательную, а значит дешевую по реализации, функцию с ограниченными возможностями по реализуемым характеристикам.

Все вышесказанное не отрицает возможности использования встроенных в РСПИ измерительных систем, но полученные в процессе измерений результаты надо оценивать критически с учетом возможных погрешностей измерений. Часто в документации погрешность таких измерений не указывается.

Анализаторы спектра и «сервисные» мониторы (пример)

Анализатор спектра - универсальное средство измерения, наглядно показывающее состояние эфира в выбранном диапазоне частот. Они достаточно дороги. Иногда пользователи практикуют приобретение анализаторов спектра бывших в эксплуатации стоимостью от 6000 до 20 000 у.е., (в зависимости от возможностей и степени износа оборудования), производятся рядом таких фирм как, «HEWLET PACKARD», «MARCONI», «TEKTRONIX» и т.д. Перечисленные фирмы являются наиболее известными производителями данной продукции, но не следует воспринимать название этих производителей как рекомендацию по приобретению оборудования только этих фирм. Ориентируйтесь по ценам на одинаковую продукцию у различных производителей. Менее известная фирма, как правило, продает свою продукцию дешевле, а качество зачастую не уступает именитому производителю.

Как пример данного класса измерительного оборудования приведен на Рис. А3 сервисный монитор фирмы MARCONI 2945 (анализатор спектра).

Рис. А3
Сервисный монитор фирмы MARCONI 2945

Отличительной чертой сервисного монитора фирмы «MARCONI 2945» является то, что он кроме функций анализатора спектра выполняет ряд других функций и является комплексным радиоизмерительным прибором. Размер рекомендаций не позволяет подробно останавливаться на особенностях и характеристиках этого прибора. (В первую очередь из-за большого объема перечисляемых возможностей и характеристик).

Поэтому только коротко перечислим их. В приборе реализованы следующие возможности:
- ВЧ генератор;
- ВЧ частотомер;
- ВЧ ваттметр;
- Измеритель модуляции;
- НЧ генератор (2 шт.);
- НЧ частотомер;
- НЧ вольтметр;
- Генератор качающейся частоты;
- Измеритель нелинейных искажений на частоте 1кГц;
- Измеритель отношения сигнал/шум;
- Кодер/декодер последовательных тонов;
- Кодер/декодер DTMF;
- Кодер/декодер DCS;
- POCSAG цифровой пейджер-кодер;
- Цифровой осциллограф;
- Измеритель мощности с уровнем до 150 Вт;
- Анализатор гармоник;
- Анализатор переходных характеристик (transient-ный анализ);
- Имеет встроенный интерфейс RS-232;
- Возможность тестирования базовых и носимых станций стандарта EDACS, NMT, AMPS, TACS, MPT-1327.

Это очень хороший, полезный и многофункциональный прибор, но и цена его значительна.

Стационарные сканирующие приемники (пример)

Рис. А4
Сканирующий приемник AR-3000

Позволяют анализировать уровни принимаемого сигнала в широком диапазоне частот, (от 100 кГц до 1-2 ГГц), но анализируют информацию, в отличие от анализатора спектра, на одной рабочей частоте. В России достаточно широко распространены сканирующие приемники фирмы AR ltd. Разумеется, эта фирма не является одной единственной фирмой, предлагающей своё оборудование отечественному потребителю.

Как пример данного класса измерительного оборудования приведен на Рис. А4 сканирующий приемник AR-3000A.

AR-3000А имеет аналоговый выход уровня принимаемого сигнала и порт RS-232 для обмена информацией с внешними устройствами. Наличие интерфейса RS-232 позволяет управлять AR-3000А от компьютера или иного внешнего интерфейса. Под управлением ЭВМ возможно реализация режима анализатора спектра с выводом спектров принимаемых сигналов на экран монитора. Штатно рекомендуется программное обеспечение ACEPAC-3A PC, однако ряд фирм создали свое собственное программное обеспечение. Надо отметить, что скорость сканирования в режиме анализатора спектра гораздо меньше, чем у штатного анализатора спектра, но это закономерно, за меньшую стоимость по сравнению со штатным анализатором спектра приходится расплачиваться ухудшением характеристик.

Однако часто AR-3000А используется как управляемый приемник даже в армейских системах пеленгации радиоизлучающих средств.

Таблица А2 - Основные технические характеристики AR-3000А (пример)

Переносные сканирующие приемники

IC-R20 – портативный (вес 320 грамм) сканирующий приёмник, не уступающий практически по всем параметрам и функциям распространённым стационарным приёмникам аналогичного назначения.

Рис. А5
Портативный сканирующий приёмник IC-R20

Таблица А3 - Основные технические характеристики приемника Icom IC-R20

IC-R20 обеспечивает быстрое (до 100 канал/сек.) сканирование в различных режимах: всего диапазона частот приёма, выбранных заранее диапазонов частот, выбранных каналов в памяти, сканирование с автоматической записью и т.д. Можно особо отметить функцию VSC (Voice Squelch Control), при включении которой, обеспечивается открытие канала только при присутствии в нём голосового сигнала.

В приёмнике имеется функция комфортного приёма сигнала в канале с кодовым (DTCS) и тональным (CTCSS) разделением, а также, возможность сканирования такого канала для идентификации кода DTCS или субтона CTCSS. В IC-R20 имеется встроенный анализатор спектра c полосой (от 14 до 1400) кГц и шагом (от 1 до 100) кГц.

Индикаторы поля (пример)

Описание:

- три основных режима работы: акустическая завязка (поиск микрофонов), охрана и поиск жучков;

- автоматическая подстройка при наличии фонового излучения;

- питается от 2 батарей ААА;

- компактные размеры.

Рис. А6
Индикаторы поля BUG HUNTER

Таблица А4 - Основные технические характеристики приемника BUG HUNTER

КСВ и приемлемый уровень КСВ в антенно-фидерном тракте

КСВ - это коэффициент стоячей волны по напряжению, измеренный на входе антенны или кабеля, подключенного к приемной или передающей антенне.

Из названия термина вытекает физический смысл процесса.

Эквивалентная схема передатчика, работающего на антенну можно представить в виде генератора, линии связи и нагрузки, (см. Рис А7).

Рис. А7
Эквивалентная схема передатчика, работающего на антенну

В идеальных случаях вся мощность передатчика излучается в эфир, однако на практике часть энергии отражается от нагрузки и в виде отраженной волны возвращается к генератору. Таким образом, в результате сложений падающей (волна, идущая от генератора к нагрузке) и отраженной волны, возникает «стоячая» волна (см. Рис. А8.) со своими максимумом и минимумом напряжения.

Рис. А8
«Стоячая» волна со своими максимумом и минимумом напряжения.

При этом U_max=U_пад+U_отр, а U_min=U_пад-U_отр

Тогда КСВ = U_max/U_min=(U_пад+U_отр)/(U_пад-U_отр) (1)

Величина обратная КСВ называют КБВ (коэффициент бегущей волны),

КСВ=1/КБВ

Если U_min=0 волна чисто «стоячая» (переноса энергии нет), а при U_min=U_max волна чисто «бегущая» (отражений нет). Случай, при котором отражений нет, а значит, нет потерь, является исключительным и в реальной практике не встречается.

Анализ формулы (1), определяющий КСВ показывает, что если U_отр.=0, то КСВ=1. Это значение максимум того, что можно достичь, настраивая антенны, (почти как 100% КПД для механических машин). Реально всегда присутствует отражение и КСВ находится в пределах от [1,1; +∞].

КСВ=1 можно получить только на резистивной нагрузке. Иногда значения КСВ, близкие к указанным выше, можно получить на очень длинном коаксиальном кабеле. Дело в том, что длинный кабель имеет достаточно заметные тепловые потери и начинает работать как резистивная нагрузка.

Итак, необходимо стремиться к минимуму КСВ. Всегда встает вопрос, какой КСВ можно считать приемлемым для различных применений.

Численная оценка потерь рассеяния за счет конечного согласования СВЧ-устройств рассчитывается по следующей формуле, численное значение представлено на Рис. А9.

Рис. А9
Зависимость вносимого затухания от уровня КСВ

Р_рас.=10lg[1-((КСВ-1)/(КСВ+1))²

Таким образом, КСВ от1-2 считается приемлемым для большинства случаев.

Если Вы получили КСВ порядка 1,3-1,5, то Вам не стоит беспокоиться.

Если КСВ находится в диапазоне 1,6-2, то обратите внимание на потери в ВЧ-разъемах. Для антенны такой уровень КСВ будет означать, что у неё есть проблемы с согласованием и её надо попытаться настроить.

КСВ 2,1-5 должен Вас насторожить. Это уже явная неисправность.

КСВ 5 и выше означает обрыв центральной жилы в кабеле или в антенне.

Иногда при обрыве центральной жилы в кабеле система может ещё работать и даже принимать извещения. Такой случай может быть, если обломанные концы кабеля не разошлись в стороны друг от друга. В этом случае получается эквивалентная схема емкости, где обкладками являются торцы центральной жилы кабеля, а диэлектриком воздушная прослойка (см. Рис. А10). За счет высокой частоты УКВ связи возможно прохождение сигнала через такую емкость, правда, с ослаблением в 100 и более раз.

Рис. А10

Измеритель мощности и КСВ должен быть в любой организации имеющей радиопередающие или приемные средства. Поскольку, не зная КСВ антенн, или выходной мощности передатчика, невозможно правильно оценить исправность радиооборудования. Порой, даже трудно обнаружить, что на объекте произошло изменение.

Наличие измерителя мощности является полезной функцией и для проверки передатчика.

Единственная причина, объясняющая их отсутствие - непонимание у пользователей, что такие проблемы существуют в радиотехнике.

Методика работы с КСВ-метром несложна, но часто при поступлении в ОВО таких приборов отсутствует руководство на изделия. Поскольку все КСВ-метры имеют однотипный алгоритм работы, рассмотрим его на примере КСВ-метра «DIAMOND SX-600».

Методика работы с КСВ-метром «DIAMOND SX-600»

1) Измерение КСВ.

Для измерения КСВ необходим источник радиосигнала (передатчик), причем мощность передатчика может быть произвольной. Необходимым условием является рабочая частота передатчика. Она должна совпадать с рабочей частотой антенны.

Далее необходимо определиться с рабочей частотой передатчика. Если она находится в диапазоне (140-525) МГц, то переключатель «Sensor», расположенный на задней стороне прибора (см. рис. А12) должен находится в положении 2. Если ваша рабочая частота лежит в диапазоне (1,8-160) МГц, переключатель должен быть в положении 1.

Затем к входу Тх прибора на задней панели подключается кабелем, с волновым сопротивлением в 50 Ом, передатчик, а к входу ANT-подключается антенна.

Тщательно проверьте надежность соединений разъемов с прибором, поскольку от этого зависит погрешность ваших измерений. Не допускайте скручивание соединяющих кабелей в кольца. (Вообще длина соединительных линий должна быть минимальна).

Включите переключатель №1 на передней панели прибора (см. Рис. А11) в положение FWD.

Включите переключатель №2 на передней панели прибора (см. Рис. А11) в положение CAL.

Включите передатчик. При этом, как и любой стрелочный прибор, «DIAMOND SX-600» должен находиться на ровной горизонтальной поверхности.

Примечание. Учтите, что многие передатчики не рассчитаны на непрерывный режим работы. Поэтому не производите измерение КСВ более (10-15) с. После этого сделайте паузу на (15-20) с, необходимую для того, чтобы выходной транзистор передатчика смог отдать в окружающую среду тепло.

Ручкой CAL на передней панели прибора произведите калибровку по максимуму отклонения стрелки прибора в правую сторону шкалы (см. Рис. А11). Плавно вращая ручку CAL, установите стрелку на отметке CAL H/L по шкале S.W.R.

Переведите переключатель №2 на передней панели прибора в положение S.W.R.

Если вы при этом получили значение по шкале S.W.R. 1,1-1,5 , то у Вас хороший КСВ.

2) Измерение мощности передатчика:

Подключите к соответствующему входу ANT резистивную нагрузку;

Подключите к соответствующему входу Тх передатчик;

Включите переключатель №3 на передней панели прибора (см. Рис. А11) в положение 5W, 20W или 200W в зависимости от измеряемой мощности передатчика;

Включите переключатель №2 на передней панели прибора (см. Рис. А11) в положение POWER;

Включите переключатель №1 на передней панели прибора (см. Рис. А11) в положение FWD если до этого он был в положении OFF;

По соответствующей шкале POWER произведите отсчет показания прибора.

Рис. А11
Передняя панель КСВ-метра DIAMOND SX-600




Рис. А12
Задняя панель КСВ-метра DIAMOND SX-600

Попытка решить проблему измерения уровня сигнала при минимальных материальных затратах.

Если у Вас есть возможность приобрести измерительный прибор, то конечно надо его приобретать, поскольку изложенная в дальнейшем методика не является инструментальным методом измерения и не может претендовать на 100 % положительный эффект. Однако, с большой долей вероятности, используя данный метод, можно получить положительный результат.

Цель наших измерений заключается в регистрации превышения полезного сигнала над уровнем шума на 12 дБ, а ещё лучше на 20 дБ.

Попытаемся с другой стороны подойти к этой проблеме, если мы не можем измерить сигнал, то уж ослабить его на 12 дБ мы сможем легко. После этого необходимо убедиться, что ослабление сигнала не приведет к неустойчивой работе РСПИ. Конечно, лучше проводить тестирование в течение 3-7 дней, передавая регулярно тестовые или информационные извещения с объекта охраны.

Суть метода заключается в том, что между антенной объектового устройства устанавливается ослабитель (см. Рис. А13) в 12 дБ или 20 дБ и тестирования радиоканала проводится в течение выбранного интервала времени. Если РСПИ работает устойчиво, то значит, уровень полезного сигнала превышает шум более чем на 12 дБ.

Не забудьте, затем при штатной работе РСПИ удалить ослабитель из антенно-фидерного тракта.

Рис. А13

Часто под рукой нет таких ослабителей, поэтому приводим типовую электрическую схему таких ослабителей.

Электрическая схема ослабителя на 12 дБ приведена на Рис. А14, схема ослабителя на 20 дБ приведена на Рис. А15.

Рис. А14
(ослабитель на 12 дБ)




Рис. А15
(ослабитель на 20 дБ)

Вывод

Развертывать РСПИ, не проводя измерения соотношения сигнал/ шум от охраняемых объектов, нельзя.

Устойчивость РСПИ и достоверность передачи извещений напрямую зависят от этого соотношения. Минимальное соотношение сигнал/ шум в РСПИ должно составлять 12 дБ.

Для корректного измерения этого соотношения нужны специализированные радиоизмерительные приборы.

Далее >>>