ההשפעה של גורמים סביבתיים על אנליג אותות תעמולה וביצועי מערכת

מבוא ל- Analog Signal Propagation in Real-world Environments

אותות Analog נשארים עמוד השדרה של אינספור מערכות תקשורת, מ AM /FM שידורים רדיו לוגי טלוויזיה, מכ"ם ומכשירים.בניגוד אותות דיגיטליים שאינם סובלניים יותר של השפלה, אותות אנלוגיים רגישים מאוד לריאציות בסביבה שבה הם חוקרים.בפרקטיקה, אותות מושלמים, ללא הפרעה, קיים רק בתיאוריה כל אמצעי פיזי - בין אם אוויר, קושחית, עקבות כבל או מעגלים אנלוגיים אלה אינם פועלים באופן טבעי, כלומר, כלומר, תכונות סביבתיות, כלומר, תכונות אלקטרולוגיות שונות של מערכות אלקטרו-מנטליות, כלומר, אשר משפיעות, כלומר, כלומר, תכונות סביבתיות, הן יכולות לפעול באופן טבעי, כלומר, תכונות שונות של מערכות אלקטרו-מנטליות, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לחץ על פני מערכות אלקטרו-מנטליות, לחץ-מנטליות, לחץ על פני מערכות אלקטרו-מנטליות, לחץ-ידי מערכת הפעלה של מערכות אלקטרו-מערכת סביבתיות, הן השפעות סביבתיות, הן השפעות סביבתיות שונות של מערכות אבטחה, הן השפעות סביבתיות, הן יכולות להשפיע על פני מערכות אלקטרו-ידיות, הן השפעות סביבתיות, הן השפעות סביבתיות, הן השפעות סביבתיות, הן השפעות אופציונליות, הן יכולות להשפיע על פני מערכות אלקטרו-ידי מערכת-ידי מערכת-

מנגנונים של אות

לפני חקר גורמים סביבתיים בודדים, זה שימושי כדי לסקור את הפיזיקה הבסיסית של ההרחבה אות אנלוגית אותות Analog הם עיוותים רציף כי נושאים מידע באמצעות וריאציות ב amplitude, תדירות או שלב. כפי שהם נוסעים, הם אינטראקציה עם מדיום propagation במספר דרכים:

• (FLT:0) נשכחות: 1) אובדן הדרגתי של כוח אות על פני מרחק עקב ספיגה, פיזור ואובדן התפשטות.בכבלי נחושת, הפסדים מנוגדים עולים עם תדירות (אפקט דומה) בערוצי רדיו, אובדן נתיב חופשי בחלל עוקב אחר חוק משווה.
• (FLT:0)Dispersion: FLT:1 התפשטות הדופק אות בזמן, הנגרמת על ידי רכיבים שונים של תדרים לנסוע במהירויות שונות (פיזור מהירות קבוצתית) זה בעייתי במיוחד בסיבים אופטיים וקישורים ארוכים.
• (ב) [15] שינויים בצורת הגלפורציה בשל אי-לינאריות במדיום או במרכיבים.עיוות הרמוני ועיוותים בין-ממדיים הם עבריינים נפוצים.
• (FLT:0) Noise:cioFLT:1) אנרגיה אקראית בלתי רצויה הוסיף לאות מכעס תרמי (רעש ג'ונסון-ניקוויסט), רעש אטמוספירי, מקורות אלקטרומגנטיים מעשה ידי אדם, ופגמים של מכשירים פנימיים (רעש כפול, רעש ירי).

כל אחד מהמנגנונים הללו מוחריף בתנאים סביבתיים, מה שהופך את התנהגות הערוץ לארוך זמן ולתלוי במיקום, מהנדסים חייבים לאפיין את הסביבה הצפויה הגרועה ביותר ואת שולי התכנון בהתאם.

תנאי אטמוספיריות והשפעותיהם הגמישות

גשם, שלג וערפל

בתדירות רדיו (RF) מערכות הפעלה מעל 10 GHz (מיקרוגל גלי מיקרומטר ולהקות גלי גל), משקעים גורמים ערפל משמעותי tenuation. Raindrops פיזור ו סופג אנרגיה אלקטרומגנטית.ההההה ספציפית בשל גשם הוא מודל על ידי ITU-R P.838 המלצה, אשר מתייחס שיעור גשם (mm/h) כדי להגדיל את קצב ה- kilometer (B/לדוגמה, כלומר, ירידה של 5 ק"מ"מ"מ"מ"מ) נמוך יותר מ- 30 ק"מ / ירידה של מערכת ירידה של ירידה של חום יכול גם ב- 50 אינץ') נמוך יותר מגובה של ירידה של ירידה של ירידה של 15 ק"מ"מ"מ"מ / ירידה של ירידה של ירידה של ירידה של ירידה של 15 ק"מ / 0 מגובה של ירידה של ירידה של משקל (מ / 0 מ"מ / 0.

מהנדסים נלחמים במשקעים אינטנסיביים על ידי שימוש שולי כוח, התאמה הסתגלות, מגוון תדר וגיוון האתר (מקלטים מחוסנים מלמטה בנפרד גיאוגרפית) בתקשורת לווינית, בקרת כוח הקישור משמש לעתים קרובות לפצות על גשמים דוענים.

טמפרטורה וריאציות הומוריסטיות

שינויים בטמפרטורות משנים את התכונות החשמליות של המוליכים והדיאלקטריות.בכבלים קואקסיאליים, ההתנגדות של עלייה נחושת עם טמפרטורה (כ- 0.00393 per °C), המוביל להפסדים הומימיים מוגברים.חומרים דיאלקטריים בכבלים ומחברים משנים את הכדאיות שלהם עם טמפרטורה, מה שגורם לשינויי שלב אותות.

הומורנטיות משפיעה על קבוע הדיאלקטרי של אוויר, אשר בתורו משנה את המהירות של התפשטות גל אלקטרומגנטי. בתדרי מיקרוגל, שינוי 1% בלחות יחסית יכול לשנות עיכוב של כמה חלקים למיליון.

כבלים תלת-פעמיים (למשל, Teflon-inulated, air-dielectric heliax) משמשים במתקנים בחוץ כפופים לתנודות טמפרטורה רחבות.עבור מערכות מדידה אנלוגיות רגישות, מחסנים מבוקרים טמפרטורה ואלגוריתמים פיצוי הם סטנדרטיים.

השפעות Ionospheric ו- Tropospheric

עבור הפצת גלי השמיים (HF Radio, 3-30 MHz), צפיפות האלקטרונית של ionosphere משתנה עם פעילות השמש, זמן של יום, ועונה.זה משפיע על התדירות המקסימלית שניתן לייחס (MUF) וקליטת אות. במהלך התלקחות הסולאריות, D-layer יכול לספוג כמעט את כל אותות HF, מה שגורם לאובדן מוחלט של קול אנלוגי או קישורים נתונים טרופוזופריים לפעמים יכול לקבלה בעייתית של HF.

הוראות פיזיות: הרהורים, דיפרקציה וצלצל

עירומים ואני

מבנים, קירות, עצים ותכונות קרקע יוצרים ריבוי: אותות מגיעים למקלט דרך מסלולים מרובים עם עיכובים שונים ו amplitudes. in אנלוגיה טלוויזיה, זה גורם לשחיטה (העתקים מעוכבים של התמונה) ב אודיו אנלוגי FM, multipath יכול לייצר עיוותים והתפרצויות רעש. in מכ"ם, multipath גורם מטרות כוזבות ועקב שגיאות.

תואר של צללים (לא-line-of-sight attenuation) תלוי בחומר. Concrete קירות אטמוate 2.4 אותות GHz עד 10-20 dB, בעוד מבנים מתכת יכולים לגרום כמעט לחלוטין חוסם. עבור מיקרופוןים אלחוטיים המשמשים בתיאטראות, מיקום אנטנה זהה ומקבלי מגוון (שני נתיבים קבלה עצמאית) הם סטנדרטיים להתגבר על טיפות שנגרמו על ידי גופים של בלוק האות.

Diffraction and Fresnel Zone Clearance

כאשר אות עובר ליד קצה מכשולים, זה מתפתל על ידי diffraction.העיקרון Huygens-Fresnel צופה כי עבור קו-of-sight, אזור Fresnel הראשון צריך להיות ברור של מכשולים.אם עצים או מבנים intrude לתוך אזור זה, תוספת אטמומנט (בדרך כלל 6-20 dB) מתרחשת 10-15 10-15.

אלקטרומגנטי הבין-לאומית (EMI) והתאמה

מקורות Man-Made Noise

הספקטרום האלקטרומגנטי הוא משאב משותף, צפוף עם פולטים מכוונים ומכוון.מערכות Analog פגיעות במיוחד משום שחסרים יכולת תיקון שגיאות וניתוק מחדש של מערכות דיגיטליות.

• קווים ומנועים:0(FLT:1 Arcing from Travellers, Moving Power Supply ו-משתנה- ⁇ כוננים לייצר רעש פס רחב מ DC למאות מ"הרץ.זה יכול להיות זוג לתוך כבלי חיישן אנלוגיים, משחית אותות נמוכים כמו פלטי thermocouple.
• (ב) ⁇ :0 (אורינג: ⁇ : ⁇ :1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) משדרי רדיו: 1FLT:1 מגדלי רדיו AM יכולים לטעון את מעגלי קלט של ציוד אודיו סמוך, לייצר מוצרים בין-מודולציה המופיעים כטונים לא רצויים.
• (FLT:0) אלקטרוניקה דיגיטלית: 1FLT 1 שעון מהיר ואוטובוסים פולטים הרמוניות ליפול לתוך להקות אנלוגיות. A 16 MHz שעון דיגיטלי יכול להתקרר ב 32, 48, 64 MHz וכן הלאה, בין היתר, בין היתר עם שידור FM (88-108 מהרץ) אם לא מוגן כראוי.

שטף קרקע ו Common-Mode Noise

במערכות מדידה וסאונד, לולאות קרקע הן בעיה אנלוגית נרחבת.פיסות שונות של ציוד מחוברות לאדמה בפוטנציאלים שונים (הבדלים מורכבים של כמה מ"ל וולט ל וולט) הבדל פוטנציאלי זה מניע זרם דרך הקרקע אות, יצירת טיפות מתח שנוספו לאות כמו חומוס (50/60 הרץ והרמוניה).

• Star Grounding Topology (נקודת מפנה)
• שינוי
• חנק משותף
• העברת קו איזון (למשל, כבל אודיו של XLR) עם יחס דחייה משותף של 80 dB או יותר

ביצועי המערכת השפיעו על הסביבה

גורמים סביבתיים מדגימים כמה פרמטרים של ביצועים קריטיים של מערכות אנלוגיות:

אותות ל-Noise Ratio (SNR)

SNR הוא המדד האיכותי ביותר. עבור קול אנלוגי, SNR מתחת 20 dB הופך בקושי מובן; עבור וידאו אנלוגי, 45 dB נדרש לאיכות מקובלת.רעש הירומאל בלבד מגביל את SNR עד 174 dBm /Hz בטמפרטורת החדר.

bit Error Rate (ER) ב- Analog-to-Digital Conversion

אפילו מערכות אנלוגיות טהורות לעתים קרובות מסתיים עם דיגיטציה.אם ה- קדמית SNR הוא עני, האותות הדיגיטאליים סובלים רעש קוונטי מוגבר וירידה במספר יעיל של ביטים (ENOB) לדוגמה, אם רעש אנלוגי הוא 1 LSB שיא-to-peak, הפתרון האפקטיבי של ADC טיפות על ידי בערך 1 סיביות. in high-precisionation (למשל, 24cbit ביצועים בשימוש ב-x) יכול להרוס את רמת השמע מתחת ל- 16 סיביות.

שלב רעש וג'ייטר

אנליסטים ודמורטטורים מסתמכים על אוצילטורים מקומיים עם רעש בשלב נמוך. רטט סביבתי וטמפרטורה שינויים יכולים להדגיש מכנית oscillators גבישי, גרימת סחף תדירות ורעש שלב מוגבר. במערכות FM, אותות מפרש חזק יכול לגרום תערובת הדדי, העלאת רצפת הרעש בערוצים הסמוכים.

דוגמאות: דוגמאות אמיתיות

Analog Radar באקלים טרופי

מכ"ם מעקב שדה תעופה שפעל באזור מונסון בדרום מזרח אסיה חווה אזעקות שקריות תכופות וזרק מטרות במהלך גשם כבד.חקירות גילו כי גשמים מתמרנים בתדירות הרדאר (5.6 GHz) עברו מעל 0.1B / ק"מ ל mm / שעה של גשם.עם 50 / שעה גשם, טווח הגילוי המקסימלי ירד מ-120 ק"מ עד 40 ק"מ.הפתרון היה לעצב כפול שבו תדירות נמוכה יותר (2.8 אינץ') בתנאי GHz, רק בתנאי קיבולת טובה יותר, בתנאי סנטימטר יותר, רק בתנאי סנטימטר יותר, רק בתנאי סנטימטר יותר, רק בתנאי סנטימטר עד 40 ק"מ.

Analog Audio Transmission in Stadiums

מקום קונצרטים היה טיפת מיקרופון אלחוטית מתמשכת במהלך הופעות.ניתוח ספקטרום הראה התערבות חזקה מחוץ לפס מקישורים דיגיטליים אלחוטיים (שימוש בשליטה תאורה) המיקרופון האלחוטי המופעל בתדרים VHF (174-216 MHz) ללא כל בחירה נגד אותות סמוכים חזקים.המקום שדרג למקבלי המגוון UHF עם פילטרים אופטיים גבוהים (מסננים גל אקוסטי) ו recated ל 15% טוב יותר.

אסטרטגיות מייגציה

הגנה ושמירה על הפרקטיקה הטובה ביותר

מעבר למגן המתחם הבסיסי, מעצבים משתמשים:

• עיצובים של Multilayer PCB עם מטוסים קרקעיים מתמשכים
• פריט חרוזים ופילטרים נפוצים על כל קווי I / O
• בידוד אופטי עבור כבל אנלוגי ארוך
• כרטיסי דלק אלקטרומגנטיים ל דלתות

תכנון תדירות ורישיונות

בחירת תדירות ההפעלה הנכונה יכולה לזרז בעיות סביבתיות רבות. תדרים נמוכים (below 1 GHz) סובלים פחות מעצימה משומן וגשם, אך הם רגישים יותר לרעש המושרה ברק. תדרים גבוהים מציעים יותר רוחב פס ופחות עומס אבל דורשים מודלים קפדניים.באזורים רבים, גופי רגולציה דורשים תדירות כדי להימנע מהתערבות.

טכניקת עיבוד אותות

מיזוג אותות אנליורג יכול לשפר את הביצועים בתנאים שליליים:

• Pre-emphasis ו de-emphasis (שימוש בשידור FM) כדי להגביר תדרים גבוהים לפני השידור, להפחית את ההשפעה של רעש גבוה.
• Companding (לחץ / התפוצצות) כדי לשמור על טווח דינמי בערוצים רועשים.
• מסננים סנטימטר הסתגלות להסרת הפרעות פס צר ספציפיות.
• שליטה אוטומטית (AGC) כדי לפצות על האטה.

Redundancy ו-Gover

קישורים אנלוגיים קריטיים בנויים לעתים קרובות עם מספר מסלולים:

• מגוון ספאטי (אנטנות מזחלות מופרדות על ידי מספר אורכי גל)
• מגוון תדירות (העברת אותו מידע על שני תדרים או יותר)
• מגוון Polarization (horizontal and אנכיקוטב)
• מגוון זמן (הפצה של מידע לאחר עיכוב, שימושי עבור התערבות פרץ)

אתגרים מתעוררים: אינטראקציה עם תשתית דיגיטלית

ככל שהערים הופכות רוויות יותר ויותר עם תאים קטנים של 5G, נקודות חמות Wi-Fi, ומכשירי IoT, הסביבה האלקטרומגנטית גדלה יותר ויותר.מערכות Analog חייבות לפעול יחד עם שידורים מותקפים שיש להם כוח שיא גבוה.עבור חיישנים אנלוגיים בהגדרות תעשייתיות, יעילות מגינה כבל לעתים קרובות נפגעת על ידי מתקנים ישנים עשרות שנים.יתר על פני, המגמה לכיוון רדיו מוגדר תוכנה (SDR) הופכת את הטונה לפני יותר ויותר אפקטים אנלוגיים, אך גם על ידי טכניקות מתוחכמות סביבתיות יותר.

מסקנה: עיצוב עבור הבלתי צפוי

גורמים סביבתיים אינם רק מתחזים רקע; הם פרמטרים מערכתיים ראשונים שיש לקחת בחשבון על ידי מושג באמצעות פריסה.בין אם המערכת האנלוגית היא מדד טמפרטורה פשוט או מערך מכ"ם מורכב, הביצועים שלה מוגבלים על ידי אטמורציה אטמוספרית, רב-אפ, EMI, ורעש תרמי.המכשירי הכלי של המהנדס - מחלחלים, מפילטרים, מערכות יחסים חזקות, ומרכיב שמרני - דורשות, אך דורשות של יעילות של מערכות פיזיקלות, אך דורשות, אך דורשות, אך דורשות, כמו גם את התצורה מתקדמת של עיצובים, אך דורשות, אך דורשות, אך דורשות, כמו גם את התצורה של תהליכים ביולוגיים, אך דורשות, אך דורשות, כמו גם את התקני איכות הסביבה.

(ב) לקריאה טכנית נוספת, עיין ב-FLT:0 (ITU-R P.838 עבור מודלי גשמים להורדת גשם (FLT:1), FLT:2IEEE מאמרים על אפקטים רב-אופטיים ב- TV EvolutionFLT 3, ו-FLT:4NIST פרסומים על רעש תרמי יסוד FLT:5 בנוסף, מדריכים על אותות אנלוגיים על נדיבות מוחלת בנוגע לסביבות קשות.