ГОСТ Р 51800-2001

     
Группа Э51

     
     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


РЕШЕТКИ АНТЕННЫЕ ПРИЕМНЫЕ МНОГОЛУЧЕВЫЕ ДЕКАМЕТРОВЫХ ВОЛН

Основные параметры, технические требования, методы измерений

Receiving multi-beam antenna arrays for decameter waves. Basic parameters,
technical requirements, methods of measurements

     
     
ОКС 33.120.40
ОКСТУ 6577

Дата введения 2002-01-01

Предисловие

     
     1 РАЗРАБОТАН Самарским отраслевым научно-исследовательским институтом радио (СОНИИР)
     
     ВНЕСЕН Министерством Российской Федерации по связи и информатизации
     
     2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 22 августа 2001 г. N 344-ст
     
     3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
     
     

     1 Область применения

     
     Настоящий стандарт распространяется на активные и пассивные приемные многолучевые антенные решетки (далее - MAP), устанавливаемые на стационарные и подвижные объекты наземной радиосвязи, работающие в диапазоне частот 3-30 МГц и обеспечивающие одновременный независимый прием по разным каналам связи с несколькими корреспондентами направленными лучами.
     
     Стандарт устанавливает основные параметры, технические требования и методы измерений параметров MAP диапазона декаметровых волн.
     
     

     2 Нормативные ссылки

     
     В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
     
     ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности
     
     ГОСТ 12.3.019-80 Система стандартов безопасности труда. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности
     
     ГОСТ 27.410-87 Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность
     
     ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды
     
     ГОСТ 16019-78 Радиостанции сухопутной подвижной службы. Требования по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям и методы испытаний
     
     ГОСТ 23282-91 Решетки антенные. Термины и определения
     
     ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения
     
     ГОСТ 30373-95/ГОСТ Р 50414-92 Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование для испытаний. Камеры экранированные. Классы, основные параметры, технические требования и методы испытаний
     
     ГОСТ Р 50829-95 Безопасность радиостанций, радиоэлектронной аппаратуры с использованием приемопередающей аппаратуры и их составных частей. Общие требования и методы испытаний
     
     ГОСТ Р 51317.4.11-99 (МЭК 61000-4-11-94) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний
     
     

     3 Определения и сокращения

     
     3.1 В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями.
     
     3.1.1 антенная решетка: Антенна, содержащая совокупность излучающих элементов, расположенных в определенном порядке, ориентированных и возбуждаемых так, чтобы получить заданную диаграмму направленности.
     
     3.1.2 активная антенная решетка: Антенная решетка, содержащая активные устройства, подсоединенные к излучающим элементам или группам излучающих элементов.
     
     3.1.3 пассивная антенная решетка: Антенная решетка, не содержащая активных устройств.
     
     3.1.4 многолучевая антенная решетка: Антенная решетка, формирующая несколько лучей, число которых равно числу ее входов и (или) выходов.
     
     3.1.5 диапазон рабочих частот: Участок диапазона частот, ограниченный верхней и нижней частотами, в пределах которого электрические параметры MAP удовлетворяют требованиям настоящего стандарта и технических условий на MAP конкретного типа.
     
     3.1.6 коэффициент стоячей волны напряжения: Отношение амплитуды напряжения в пучности на однородном участке фидера (линии передачи) к амплитуде напряжения в смежном с этой пучностью узле.
     
     3.1.7 фазирующее устройство: Устройство, обеспечивающее амплитудно-фазовые распределения, необходимые для формирования многих направленных лучей.
     
     3.1.8 диаграммообразующая схема: Устройство для формирования нескольких амплитудно-фазовых распределений токов или полей возбуждения излучающих элементов, которым соответствуют диаграммы направленности, отличающиеся формой и (или) направлением максимумов главных лепестков.
     
     Примечание - Далее по тексту диаграммообразующая схема обозначает фазирующее устройство с развязанными и согласованными входами и выходами. В диаграммообразующей схеме, в отличие от фазирующего устройства как общего случая, количество входов и выходов ограничено условиями развязки и согласования, из-за чего также ограничена точность установки максимумов лучей в требуемых произвольных направлениях.
     
     
     Остальные термины - по ГОСТ 24375 и ГОСТ 23282.
     
     3.2 В настоящем стандарте используют следующие сокращения:
     
     ДН - диаграмма направленности;
     
     ДОС - диаграммообразующая схема;
     
     КУ - коэффициент усиления;
     
     КСВН - коэффициент стоячей волны по напряжению;
     
     MAP - многолучевая антенная решетка;
     
     СИ - средства измерений;
     
     ТУ - технические условия;
     
     ЭК - экранированная камера;
     
     ЭМП - электромагнитное поле.
     
     

     4 Основные параметры

     
     4.1 Диапазон рабочих частот MAP должен быть 3-30 МГц.
     
     В технически обоснованных случаях в технических условиях (ТУ) на MAP конкретного типа может быть установлен иной диапазон рабочих частот.
     
     4.2 КУ для луча MAP должен быть определен в ТУ на MAP конкретного типа на крайних и средней частотах рабочего диапазона.
     
     В случае, если КУ не одинаков для разных лучей, этот параметр должен быть определен для каждого луча.
     
     4.3 Ширина ДН луча MAP в горизонтальной и вертикальной плоскостях на крайних и средней частотах рабочего диапазона должна быть определена в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     В случае, если ширина ДН не одинакова для разных лучей, этот параметр должен быть определен для каждого луча.
     
     4.4 Чувствительность MAP , мкВ/м, должна быть не хуже определяемой по формуле
     

,                                                           (1)

     
где  - длина волны на нижней, средней и верхней частотах рабочего диапазона, м;
     
      - коэффициент усиления MAP на этих же частотах;
     
      - ширина полосы частот сигнала, на прием которого рассчитана MAP, кГц.
     
     4.5 MAP должна быть рассчитана на подключение несимметричных фидеров с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом.
     
     4.6 Число рабочих азимутов должно быть определено в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     4.7 КСВН в диапазоне рабочих частот на выходах MAP должен быть не более 3.
     
     4.8 Динамический диапазон по интермодуляции для активных MAP должен быть определен в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     

     5 Технические требования

     
     5.1 Общие технические требования
     
     5.1.1 MAP должны изготавливаться в соответствии с требованиями настоящего стандарта и ТУ на MAP конкретного типа.
     
     5.1.2 Средняя наработка на отказ должна составлять не менее 10000 ч.
     
     5.1.3 Электропитание MAP должно осуществляться от сети однофазного переменного тока частотой (50±2) Гц и напряжением 220 В (плюс 10%, минус 15%).
     
     Допускается электропитание MAP от других источников тока, требования к которым должны быть указаны в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     5.2 Требования электромагнитной совместимости
     
     5.2.1 Активные MAP должны обеспечивать свою работоспособность и приведенные в настоящем стандарте параметры во время воздействия электромагнитного поля (ЭМП) в диапазоне частот 0,15-300 МГц. Допустимые значения напряженности воздействующего ЭМП в этом диапазоне должны быть указаны в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     5.2.2 Активные MAP при питании от однофазной электросети напряжением 220 В и частотой 50 Гц должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 51317.4.11 на устойчивость к воздействию динамических изменений напряжения сети электропитания. Требования по устойчивости должны быть заданы в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     5.3 Требования безопасности
     
     5.3.1 MAP в отношении требований безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ Р 50829 и Правилам [1].
     
     5.3.2 Конструкция составных частей и элементов MAP должна обеспечивать безопасность проведения ремонтных, настроечно-регулировочных работ и технического обслуживания.
     
     5.3.3 В эксплуатационной документации на MAP должны содержаться указания о безопасном выполнении работ.
     
     5.3.4 В конструкции MAP должны быть предусмотрены меры молниезащиты (стекание электростатических зарядов, разряд наведенных напряжений).
     
     5.3.5 Для активных MAP с электропитанием от однофазной сети 220 В должны выполняться следующие требования по электробезопасности:
     
     - электрическое сопротивление между болтом (клеммой) защитного заземления и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью MAP, которая может оказаться под напряжением, должно быть не более 0,1 Ом;
     
     - изоляция электрических цепей сетевого питания (параллельное соединение контактов вилки электропитания) относительно клеммы защитного заземления должна выдерживать в течение 1 мин действие испытательного синусоидального напряжения 1500 В частотой 50 Гц;
     
     - электрическое сопротивление изоляции цепей сетевого электропитания относительно болта клеммы защитного заземления должно быть не менее 20 МОм.
     
     5.4 Требования устойчивости при климатических и механических воздействиях
     
     5.4.1 Требования устойчивости при климатических воздействиях устанавливают в ТУ на MAP конкретного типа в зависимости от места и условий ее размещения.
     
     5.4.2 Требования устойчивости MAP к механическим воздействиям должны соответствовать требованиям ГОСТ 16019 для оборудования группы 2.
     
     5.4.3 Условия хранения MAP должны соответствовать условиям хранения 1 по ГОСТ 15150.
     
     5.4.4 MAP должны выдерживать перевозку в упакованном виде транспортом любого вида в условиях транспортирования 5 по ГОСТ 15150.
     
     Примечание - Перевозка воздушным транспортом разрешается только в герметизированных отапливаемых отсеках.
     
     

     6 Методы измерений

     
     6.1 Общие положения
     
     6.1.1 Параметры MAP следует измерять в нормальных климатических условиях, если иные условия не оговорены в ТУ на MAP конкретного типа. Нормальными климатическими условиями в соответствии с ГОСТ 15150 считают следующие:
     
     - температуру окружающего воздуха от 288 до 308 К (от 15 до 35 °С);
     
     - относительную влажность воздуха от 45 до 80%;
     
     - атмосферное давление от 84,0 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт.ст).
     
     6.1.2 Отклонения напряжения и частоты питающей электросети от номинальных значений не должны выходить за пределы ±5% и ±1 Гц соответственно.
     
     6.1.3 Измерения и испытания MAP следует проводить с соблюдением требований безопасности, установленных ГОСТ 12.3.019.
     
     6.1.4 Чувствительность MAP следует измерять в экранированной камере (ЭК) класса I или II по ГОСТ 30373/ГОСТ Р 50414 с эффективностью экранирования по магнитному и электрическому полю не менее 70 дБ в диапазоне частот 3-30 МГц. Размеры ЭК должны быть достаточными для свободного размещения в ней испытуемой MAP, средств измерений (СИ), испытательного оборудования и выполняющих измерения операторов.
     
     6.2 Средства измерений и испытательное оборудование
     
     6.2.1 Электрические параметры MAP следует измерять при помощи СИ и испытательного оборудования, основные технические характеристики которых приведены в приложении А.
     
     6.2.2 СИ и испытательное оборудование следует эксплуатировать в условиях и режимах, указанных в технической документации на эти приборы.
     
     6.3 Проведение измерений
     
     6.3.1 Ширину ДН и КУ определяют для каждого выхода MAP путем расчета. Рекомендуемая методика расчета данных параметров приведена в приложении Б.
     
     6.3.2 Чувствительность MAP определяют следующим образом. Все составные части MAP (элементы антенной решетки, фазирующее устройство и, при наличии, другие устройства) размещают произвольным образом в ЭК и соединяют между собой внутренними фидерами. Неиспользуемые при измерениях выходы MAP нагружают на согласованные нагрузки. С помощью селективного микровольтметра измеряют уровень шумов на каждом выходе MAP и берут наибольшее значение. Чувствительность , мкВ/м, вычисляют по формуле
     

,                                                   (2)

     
     
где  - измеренный уровень шума, мкВ;
     
      - длина волны, соответствующая частоте измерения, м;
     
      - коэффициент усиления, соответствующий данному выходу MAP;
     
      - волновое сопротивление этого выхода, Ом;
     
      - ширина полосы частот сигнала, на прием которого рассчитана MAP, кГц;
     
      - ширина полосы частот селективного микровольтметра, при которой производятся измерения, кГц.
     
     Рекомендуется, чтобы .
     
     Измерения выполняют на крайних и средней частотах рабочего диапазона на каждом выходе MAP, чувствительность  определяют по формуле (2) и берут наибольшее значение.
     
     6.3.3 КСВН на выходах MAP определяют с помощью измерителя полных сопротивлений следующим образом.
     
     Измеритель полных сопротивлений подключают к одному из выходов ДОС. Остальные выходы ДОС должны быть подключены к согласованным нагрузкам. Измеряют комплексное сопротивление данного выхода и рассчитывают коэффициент стоячей волны  по формулам:
     

,                                                             (3)

     
,               (4)

     
где  - волновое сопротивление фидера MAP,  Ом;

     ,  - измеренные активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления выхода MAP, Ом.
     
     Аналогичные измерения и расчеты проводят для всех выходов MAP на частотах, указанных в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     6.3.4 Работоспособность активных MAP во время воздействия ЭМП (внешнюю помехозащищенность MAP) проверяют по методике, приведенной в Нормах [2].
     
     6.3.5 Испытание активных MAP на устойчивость к воздействию динамических изменений напряжения сети электропитания проводят по методике, приведенной в ГОСТ Р 51317.4.11, в соответствии со степенью жесткости испытаний, указанной в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     6.3.6 Соответствие MAP общим требованиям техники безопасности проверяют по ГОСТ 12.2.007.0 и ГОСТ Р 50829.
     
     6.3.7 Электрическое сопротивление проверяют миллиомметром, измеряя сопротивление между болтом (клеммой) защитного заземления и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью MAP.
     
     6.3.8 Электрическую прочность изоляции цепей сетевого питания проверяют с помощью автоматизированной пробойной установки (АПУ) в следующем порядке:
     
     - подключают соединительные кабели АПУ к соединенным вместе выводам вилки сетевого питания и болту защитного заземления MAP;
     
     - включают АПУ, плавно увеличивают испытательное напряжение от 0 до 1500 В со скоростью не менее 100 В/с;
     
     - выдерживают изоляцию цепей сетевого питания MAP под действием испытательного напряжения в течение 1 мин.
     
     Оборудование MAP считают выдержавшим испытание электрической прочности изоляции, если не произошло пробоя или перекрытия изоляции.
     
     6.3.9 Электрическое сопротивление изоляции цепей сетевого питания MAP измеряют мегомметром при испытательном напряжении постоянного тока 1000 В в следующем порядке:
     
     - подключают мегомметр между одним из выводов вилки сетевого питания MAP и болтом (клеммой) защитного заземления;
     
     - включают мегомметр и отсчитывают показания по истечении 1 мин после приложения испытательного напряжения к проверяемой цепи;
     
     - аналогичные измерения проводят, включая мегомметр между вторым выводом вилки сетевого питания и болтом (клеммой) защитного заземления, а также между двумя выводами вилки сетевого питания MAP.
     
     6.3.10 Среднюю наработку на отказ MAP проводят согласно ГОСТ 27.410.
     
     6.3.11 Испытания MAP на устойчивость к климатическим воздействиям проводят по методам, указанным в ТУ на MAP конкретного типа.
     
     6.3.12 Испытания MAP на устойчивость к механическим воздействиям проводят согласно ГОСТ 16019.
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)

Основные технические характеристики средств измерений и испытательного
оборудования для измерения параметров MAP

     
Таблица А.1
     

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)

     
Методика измерения и расчета ширины диаграммы направленности
и коэффициента усиления MAP

     
     Ширину ДН и КУ определяют для каждого выхода MAP по соответствующим диаграммам направленности MAP. Для нахождения КУ, кроме того, необходимо определить потери в фидерах элементов (излучателей) MAP, а также (для активных MAP) - КУ антенного усилителя излучателя.
     
     ДН, соответствующая данному выходу MAP (далее - контрольный выход), определяют расчетно-экспериментальным методом на основе измерения амплитуд и фаз коэффициентов передачи фазирующего устройства (или ДОС), определения ДН одного излучателя MAP.
     
     Коэффициенты передачи определяют следующим образом. От входов ДОС отключают фидеры излучателей MAP и вместо них подключают согласованные нагрузки. Ко всем выходам ДОС, за исключением контрольного, также подключают согласованные нагрузки. С помощью измерителя полных сопротивлений на контрольном выходе ДОС измеряют полное сопротивление. Затем к контрольному выходу подключают высокочастотный генератор сигналов и с помощью фазометра измеряют амплитуду напряжения на контрольном выходе, а также амплитуды и фазы на всех входах ДОС, соответствующих фидерам элементов антенной решетки. Фазу  коэффициента передачи между контрольным выходом и -м входом ДОС принимают равной фазе напряжения, измеренной на -м входе. Модуль коэффициента передачи  между контрольным выходом и -м входом ДОС рассчитывают по формуле
     

,                          (Б.1)

     
где  и  - соответственно активная и реактивная составляющие полного сопротивления, измеренного на контрольном выходе, Ом;

      - модуль напряжения на -м входе, В;
     
      - активное сопротивление согласованной нагрузки, подключенной к -му входу ДОС, Ом;
     
      - модуль напряжения на контрольном выходе, В.
     
     Ненормированную диаграмму направленности MAP рассчитывают по формуле
     

,          (Б.2)

     
где  и  - сферические угловые координаты, определяющие направление на точку наблюдения;
     
      - число излучателей MAP;
     
      - диаграмма направленности -го излучателя MAP с учетом реальной земли;
     
      - волновое сопротивление, Ом;
     
      - длина волны, м;
     
     , ,  - сферические координаты центра -гo излучения.
     
     Сферические координаты направления на точку наблюдения и центров излучателей определяют в сферической системе координат. Начало координат задают произвольным образом (для кольцевых MAP, например, удобно задавать начало координат в центре MAP). Координата  представляет собой расстояние от начала координат до точки, координаты которой определяют (далее - "точка"). Угол  отсчитывают от вертикальной оси, направленной вверх. Он представляет собой угол между данной осью и направлением на точку. Угол  (азимут) отсчитывают в горизонтальной плоскости против часовой стрелки (если смотреть сверху) от произвольно ориентированной горизонтальной оси, азимут которой условно считают нулевым, и представляет собой угол между данной осью и проекцией на горизонтальную плоскость отрезка прямой, соединяющего начало координат с точкой.
     
     Диаграмму направленности -го излучателя МАР , если в качестве данного излучателя использован симметричный вертикальный вибратор (без рефлектора), рассчитывают по формуле
     

,         (Б.3)

     
где  - половина длины -го вибратора, м;
     
      и  - соответственно модуль и фаза коэффициента отражения от земли (коэффициента Френеля);
     
      - высота центра -го вибратора над уровнем земли, м.
     
     Коэффициент Френеля  рассчитывают по формуле
     

,        (Б.4)

     
где  - относительная комплексная диэлектрическая проницаемость земли;
     
      - относительная диэлектрическая проницаемость земли;
     
      - удельная проводимость земли, Ом/м.
     
     Допускается для определения ДН излучателя MAP использовать другие методики (экспериментальные, расчетные, экспериментально-расчетные), что должно быть оговорено в ТУ на MAP конкретного типа. Это же относится к случаям применения излучателей других типов (не вертикальных вибраторов).
     
     Посредством расчетов по формуле (Б.2) табулируют функцию  и находят направление максимального излучения - углы  и , соответствующие максимуму функции . Значения угла  берут из диапазона  (0... 180°), значения угла  из диапазона  (0...360°). Число значений углов  и  должно быть достаточно большим, а приращения этих углов при переходе от одного значения к другому - достаточно малым для адекватного воспроизведения формы ДН.
     
     Ширину ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях определяют по функциям  и  соответственно.
     
     Коэффициент усиления MAP  для -го выхода определяют в соответствующем направлении максимального приема (,) и рассчитывают по формуле
     

     ,         (Б.5)

     
где  - длина фидера излучателя, м;
     
      - погонное затухание фидера излучателя, дБ/м;
     
     , , ... ,  и , , ...,  - дискретные значения углов  и , соответственно, взятые при расчете значений ДН по формуле (Б.2);
     
      - приращение угла  на -м шаге суммирования по ;
     
      - приращение угла  на -м шаге суммирования по ;
     
      - коэффициент, равный отношению мощности на выходе фактического излучателя MAP вместе с усилителем () к мощности на выходе пассивного согласованного излучателя () таких же размеров, как излучатель MAP, при одинаковой напряженности сигнала
     

,        (Б.6)

     
где ,  - действующая высота, м, и коэффициент усиления излучателя, определяемые расчетным путем;

      - коэффициент усиления усилителя, определяемый как отношение напряжения на выходе усилителя, нагруженного на согласованную нагрузку, к напряжению на входе усилителя; определяют путем измерения с помощью сигналов ВЧ и вольтметра;

      - длина волны, соответствующая частоте измерения, м;

      - волновое сопротивление фидера излучателя, Ом;

      - комплексное входное сопротивление усилителя, Ом; определяют с помощью измерителя полных сопротивлений;

      - комплексное выходное сопротивление пассивной части излучателя, Ом; определяют расчетным путем.
     
     Порядок нумерации значений углов  и при вычислениях по формуле (Б.5) должен быть таким, чтобы для любого  обеспечивалось выполнение условий:  и  (для первых и последних значений должны выполняться условия: , , , .
     
     Приращения  и  рассчитывают по формулам , ; приращения  и   - по формулам , .
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ В
(справочное)

     
Библиография

     
     [1] Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. М., Энергоатомиздат, 1992
     
     [2] Нормы 22-86 Общесоюзные нормы внешней помехозащищенности радиоприемников фиксированной и подвижной служб декаметрового диапазона волн. Допустимые значения. Методы измерений. М., ГКРЧ СССР, 1987
     
     
     

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2001