Радиоэлектронные средства и высокочастотные устройства
Основные НПА
Решение ЕЭК №30 от 21 апреля 2015 г.
Перечень
2.16
Положение
Приложение 15
Основные Решения ГКРЧ
Услуги IFCG
Оформление разрешительных документов для ввоза РЭС и ВЧУ:
В данной статье перечислены основные величины и радиочастотные характеристики, используемые и определенные в решениях Государственной комиссии по радиочастотам и измеряемые в Главном Радиочастотном Центре [1] (ГРЧЦ).
Содержание
Единицы измерения
Герц (Гц, Hz)
Например, мобильные телефоны работают в диапазоне частот от 900 (GSM) до 2600 МГц (LTE), а микроволновые печи излучают радиоволны с частотой 2400 МГц.
Что измеряется в Гц:
Ватт (Вт, W)
Ватт — основная единица измерения мощности. Определяет количество энергии, потребляемой или выделяемой за определенный промежуток времени.
Что измеряется в Вт:
Децибел (дБ, dB)
Децибел является логарифмической единицей измерений и выражает отношение двух значений одной величины. Эта единица не включена в Международную Систему единиц (СИ), однако широко используется в системах связи и многих других технических областях, так как позволяет сравнить две величины любой природы, единственным требованием является, чтобы эти величины были выражены в одинаковых единицах.
Децибел является десятой частью основной, более крупной, величины — Бела. Бел — это десятичный логарифм отношения двух мощностей. Если известны две мощности Р1 и Р2, то их отношение, выраженное в белах, определяется формулой: Но на практике бел оказался слишком крупной величиной, поэтому используется их десятая часть — децибелы:
Логарифмический способ представления чисел часто оказывается очень удобным, так как позволяет заменить умножение — сложением, деление — вычитанием, возведение в степень умножением, а извлечение корня — делением.
Что измеряется в дБ:
Децибел по мощности (дБм, дБВт, dBm, dBW)
Если принять за нулевой уровень какую-либо величину, то с ней можно сравнивать любую другую величину, например, если это милливатт, то появится величина дБм, если ватт — дБВт. Она имеет определенный физический смысл — отношение измеряемой величины к эталонной — 1 милливатту или 1 ватту. На практике используется наравне с ваттами в основном для измерения мощности сигналов.
Что измеряется в дБм:
Характеристики
Излучаемая мощность
Излучаемая (выходная) мощность — величина, которая характеризует, с какой амплитудой излучаются радиоволны. В большинстве случаев полностью определяет дальность действия устройства. Обычно измеряется в Вт или дБм.
Эффективная изотропно излучаемая мощность
Эффективная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) — характеристика мощности передатчика, учитывающая характеристики антенны и потери при передаче сигнала к ней. Является произведением мощности сигнала, подводимого к антенне, на ее коэффициент усиления и измеряется в единицах мощности (Вт, дБВт, дБм). Данная характеристика позволяет оценить реальный уровень излучений на выходе.
Основное излучение
Основное излучение — излучение, осуществляемое в полосе частот, необходимой для передачи сообщения с требуемой скоростью и качеством. Основное излучение осуществляется на рабочей частоте, выбор которой осуществляется изготовителем РЭС.
Внеполосные излучения
Помимо полезного излучения, также существуют внеполосные излучения — это излучения, которые находятся вне полосы рабочих частот, но непосредственно к ней примыкают. Они обусловлены искажениями модулирующего сигнала и неидеальностью характеристик модулятора. Внеполосные излучения нежелательны, поскольку загружают радиочастотный ресурс, однако они есть у любых радиостанций.
Побочные излучения
Побочные излучения — нежелательные излучения, находящееся за пределами основного излучения на частотах, кратных основной, и обусловленные любыми нелинейными процессами в радиоприемных устройствах, за исключением модуляции. Побочные излучения от любого блока, кроме антенны и ее фидера, не должны оказывать большего влияния, чем то, которое выявилось бы в случае, если бы к антенной системе подводилась максимально допустимая мощность на частоте этого побочного излучения.
Полоса пропускания
Полоса пропускания или ширина полосы пропускания (Bandwidth) — это диапазон частот радиоволн, в котором осуществляется основное излучение радиоэлектронного средства или высокочастотного устройства. Полоса частот устанавливается для каждого прибора таким образом, чтобы содержать не менее 90% мощности полезного сигнала.
Модуляция
Для простоты передачи информации по радиосвязи и ее помехоустойчивости, используется обработка сигнала — модуляция (манипуляция) — изменение характеристик высокочастотного несущего сигнала на основании информационного низкочастотного (звук, видео, данные). Выделяют несколько видов модуляции: амплитудную, частотную и фазовую. Модуляцию цифрового сигнала называют манипуляцией.
Спектральная плотность мощности
Спектральная плотность мощности — характеристика радиосигнала, которая описывает распределение мощности сигнала по диапазону основного излучения. Показывает энергетический спектр сигнала, то есть какой уровень мощности излучения приходится на каждую частоту.
Класс излучения
Для обозначения многообразия характеристик излучения, используется буквенно-цифровой код, называемый классом излучения. Данный параметр принят регламентом Международного Союза Электросвязи и описывает 3 обязательные характеристики, а также могут указываться 2 дополнительные характеристики:
Например, звуковое радиовещание АМ имеет класс излучения A3E, звуковое радиовещание FM — F3E.
Напряженность магнитного поля
В некоторых низкочастотных системах связи, использующих свойства магнитного поля (например, RFID), измеряется максимальная напряженность магнитного поля на расстоянии 10 метров, которая характеризует мощность устройства.
Примечания
См. также
Ссылки
Энциклопедия IFCG — открытый информационный ресурс для участников и экспертов в области ВЭД.
Если Вам требуются услуги по таможенному оформлению, получению разрешительных документов или у Вас есть вопросы, свяжитесь с нами — Контакты IFCG.
В частности, мы готовы оказать услуги по оформлению следующих разрешительных документов для ввоза РЭС (ВЧУ):
Электромагнитные поля окружают нас постоянно. От электромагнитного излучения Солнца, включающего спектр от видимого света (который также является электромагнитной волной) до рентгеновского излучения. Мощным источником также выступает техносфера Земли – вся совокупность приборов, машин, приспособлений, потребляющих электричество. Научное определение электромагнитного излучения таково – это распространение в пространстве колебаний электромагнитного поля, словно волн по поверхности воды.
В окружающем нас мире источников электромагнитного излучения огромное множество, вот некоторые примеры:
Для чего измеряют электромагнитное излучение?
Большая часть электромагнитных полей, окружающих нас, безвредна. Это хорошая новость, а плохая в том, что даже вредные для здоровья и опасные для жизни излучения, в том числе ультрафиолетовое и рентгеновское, организм никак не регистрирует – мы можем воспринимать лишь узкий спектр видимого света, а также инфракрасное тепловое излучение. Но даже волны условно безопасного диапазона при высоком напряжении поля могут вызывать ухудшение общего самочувствия и головные боли.
Поэтому регулярный контроль и измерение уровня излучения на потенциально опасных в этом плане объектах необходим. К таковым относятся некоторые производства, медицинские учреждения, например, проводящие МРТ-диагностику. Они должны проверяться на соответствие установленным санитарным нормам и законодательству в сфере охраны труда.
Как измерить электромагнитное излучение?
Электромагнитное поле разделяют на ближнюю и дальнюю зоны индукции, поэтому при проведении обследования учитываются оба эти компонента. Специалисты проверяют отдельно электрическую и магнитную составляющую. Обычно проверка затрагивает промышленные и инфраструктурные объекты, на которых уровень напряженности поля потенциально может быть превышен.
Рассмотрим детальнее, каким прибором измеряют электромагнитное излучение. Интенсивность поля должна быть замерена приборами, которые прошли специальную сертификацию. Методика изложена подробно в технической документации. В общем случае выглядит это следующим образом. Специальные приборы – электромагнитные измерители – устанавливаются на высотах 0,5, 1 и 1,7 метров от поверхности – неважно, проводится ли замер в помещении или на открытой местности.
Расстояние от оборудования, которое выступает потенциальным источником электромагнитного поля, составляет 0,5 метра. В некоторых случаях замеры проводят на рабочем месте, если это необходимо согласно требованиям нормативных документов по охране труда.
Напряженность поля замеряется с помощью техники ненаправленного приема. Такие приборы оснащают трехкоординатными датчиками, которые позволяют, кроме количественных показателей, точно установить направление на источник излучения и расстояние до него (погрешность не должна превышать 20%).
В каких единицах можно измерить электромагнитное излучение?
Разберемся теперь, в чем измеряется электромагнитное излучение. У электромагнитного поля (и излучения) несколько показателей, в том числе и производных. Каждый показатель измеряется в своих единицах, например, частота волн излучения замеряется в герцах. Но в связи с высокой частотой волн целесообразнее использовать гигагерцы (Ггц) и тому подобные величины, так как частота от 20 герц – это слышимый ухом звук, который не имеет отношения к электромагнитным волнам. 1 герц – это одно колебание в секунду, то есть 1-1 секунда. Другой важный параметр – длина волн. В случае электромагнитного излучения она измеряется в микрометрах, или Мм – миллионных долях метра. От частоты и длины волны зависит, с каким видом излучения имеют дело специалисты. Например, для ультрафиолета эти показатели равны 0,75-30 ПГц (петагерц) и 10-400 нм.
Но волны также имеют определенную мощность, замер показателя которой очень важен при учете их антропогенного воздействия. Причем, важна не общая мощность, а ее показатель на единицу площади, или плотность мощности. Замеряется он в мкВт/см2, то есть в микроваттах на квадратный сантиметр. Предельные значения этого параметра указаны в нормативных документах, например, в России они равны 10 мкВт/см2.
Существуют и другие единицы измерения электромагнитного излучения. Так, иногда используются тесла – единицы измерения магнитной индукции, а также электрон-вольты – показатель энергии поля. Но наиболее важным показателем при замерах является плотность мощности.
Онлайн калькулятор перевода длины волны в частоту для широкого диапазона частот, включая радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафи- олетовое излучение, рентгеновские и гамма лучи.
Рис.1
Время, за которое волна успевает преодолеть это расстояние (λ), т. е. интервал времени, за который периодический колебательный процесс повторяется, называется периодом колебаний, обозначается буквой ፐ (тау) или Т и измеряется в метрах.
Частота электромагнитных колебаний связана с периодом простейшим соотношением: f (Гц) = 1 / T (сек) .
Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме (v) равна скорости света и составляет величину: v = С = 299792458 м/сек . В среде эта скорость уменьшается: v = С / n , где n > 1 — это показатель преломления среды. Абсолютный показатель преломления любого газа (в том числе воздуха) при обычных условиях мало чем отличается от единицы, поэтому с достаточной точностью его можно не учитывать в условиях распространения электромагнитных волн в воздушном пространстве.
Соотношение, связывающее длину волны со скоростью распространения в общем случае, выглядит следующим образом: λ (м) = v (м/сек) *Т (сек) = v (м/сек) / f (Гц) .
И окончательно для воздушной среды:
λ (м) = 299792458 *Т (сек) = 299792458 / f (Гц) .
Прежде чем перейти к калькуляторам, давайте рассмотрим шкалу частот и длин волн непрерывного диапазона электромагнитных волн, которая традиционно разбита на ряд поддиапазонов. Соседние диапазоны могут немного перекрываться.
Единицей измерения частоты в Международной системе единиц (СИ) является герц (русское обозначение: Гц; международное: Hz), названный в честь немецкого физика Генриха Герца.
Частота обратно пропорциональна периоду колебаний: ν = 1/T.
Частота, как и время, является одной из наиболее точно измеряемых физических величин: до относительной точности 10−17.
В природе известны периодические процессы с частотами от
10−16 Гц (частота обращения Солнца вокруг центра Галактики) до
1035 Гц (частота колебаний поля, характерная для наиболее высокоэнергичных космических лучей).
В квантовой механике частота колебаний волновой функции квантовомеханического состояния имеет физический смысл энергии этого состояния, в связи с чем система единиц часто выбирается таким образом, что частота и энергия выражаются в одних и тех же единицах (иными словами, переводный коэффициент между частотой и энергией — постоянная Планка в формуле E = hν — выбирается равным 1).
Глаз человека чувствителен к электромагнитным волнам с частотами от 4⋅1014 до 8⋅1014 Гц (видимый свет); частота колебаний определяет цвет наблюдаемого света. Слуховой анализатор человека воспринимает акустические волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц. У различных животных частотные диапазоны чувствительности к оптическим и акустическим колебаниям различны.
Отношения частот звуковых колебаний выражаются с помощью музыкальных интервалов, таких как октава, квинта, терция и т. п. Интервал в одну октаву между частотами звуков означает, что эти частоты отличаются в 2 раза, интервал в чистую квинту означает отношение частот 3⁄2. Кроме того, для описания частотных интервалов используется декада — интервал между частотами, отличающимися в 10 раз. Так, диапазон звуковой чувствительности человека составляет 3 декады (20 Гц — 20 000 Гц). Для измерения отношения очень близких звуковых частот используются такие единицы, как цент (отношение частот, равное 21/1200) и миллиоктава (отношение частот 21/1000).
Частотой называют физическую величину, характеризующую периодический процесс.
Частота колебаний
Частота служит одним из основных параметров, характеризующих колебания.
В Международной системе единиц (СИ) частота измеряется в герцах или обратных секундах:
Частота биений, которые возникают при сложении двух колебаний, происходящих по одной прямой с разными, о близкими по величине частотами ($<\nu >_1\ и\ <\nu >_2$) равна:
Другой характеристикой колебаний является циклическая частота, которая равна:
Циклическая частота измеряется в радианах, деленных на секунду:
Выражение (4) выполняется для упругих, малых колебаний. Масса пружины должна быть мала в сравнении с массой тела.
Частота колебаний физического маятника:
Частота дискретных событий, частота вращения
Единицей измерения частоты дискретных событий является обратная секунда:
Секунда в минус первой степени равна частоте дискретных событий, если за время, равное одной секунде происходит одно событие.
Примеры задач с решением
Решение. Рассмотрим уравнение движения частицы:
Подставим значение циклической частоты, полученное из уравнения (1.1) в формулу (1.3), получаем:
Решение. Сделаем рисунок.
В нашей задаче мы имеем колебания пружинного маятника, частоту которого можно найти как:
Рассмотрим состояние равновесия тела, которое прикреплено к пружине (рис.1). Запишем второй закон Ньютона для сил, действующих на это тело в состоянии равновесия:
Запишем проекцию уравнения (2.2) на ось Y:
Так как колебания груза на пружине малые, то выполняется закон Гука и мы можем считать, что:
\[F_u=k\Delta x\ \left(2.4\right).\]
Подставим полученный в (2.5) результат в (1.1), частота колебаний тела на пружине равна:
