Измерения параметров цепей с распределенными постоянными

Основные характеристики цепей СВЧ: коэффициент стоячей волны (КСВ), комплексный коэффициент отражения (Г), полное сопротивление (Z), коэффициентзатухания (b). Конструкция и принцип работы измерительной линии (ИЛ). Измерительная установка и метдика измерения Z c помощью ИЛ. Функциональная схема рефлектометра, принцип его работы, методика измерения Z. Автоматический измеритель КСВ (f). Измерения коэффициента затухания в линиях передачи, измерения добротности. Анализ параметров цепей во временной области. Измерения неоднородностей в линиях передачи.

9 Измерения мощности на СВЧ

Классификация методов и средств измерения мощности (ИМ). Схемы включения ИМ в цепь СВЧ, использование направленных ответвителей. Влияние степени согласования ИМ на погрешность измерения.

Терморезисторный метод, особенности, область применения. Элементы ИМ: терморезисторы (болометры, термисторы), камера включения, измерительная схема. Принцип калибровки. Сущность термоэлектрического метода.

Калориметрический метод, особенность, область применения. Основные элементы прибора, их назначения. Принцип калибровки ИМ.

Сущность и особенность методов измерения мощности: пондеромоторного, на основе Эффекта Холла.

 

Направления развития радиоизмерений

Повышение достоверности измерений: стандартизация методов и средств измерений, использование цифровой техники и цифровой обработки измерительной информации, автоматическое исключение систематических составляющих погрешностей.

Повышение экономической эффективности измерений: унификация измерительных задач и элементов средств измерений, создание многофункциональнх приборов, повышение надежности.

Автоматизация измерений: создание измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов.

Техническое направление развития средств измерений – использование встроенных микропроцессоров, сопряжение со средствами вычислительной техники.

 

Литература

Основная

 

1. Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения.- М.: Радио и связь, 1993.

2. Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. - М.: Энергия,1986.

3. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. - М.: Энергия, 1986.

4. Елизаров А.С. Электрорадиоизмерения. – Минск.: Высшая школа,

1986.

5. Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения. - М.: Высшая школа, 1986

Дополнительная

6 Кушнир Ф.В., Савенко В.Г., Петелин С.М. Измерения в технике связи.-М.: Связь, 1986

7 Новицкий П.В., Зогроф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.–Л.: Энергоатомиздат, 1985

Методические указания

Тема 1. При изучении темы следует обратить внимание на систему организационных и технических мер обеспечения единства измерений. Под единством понимается представление результатов измерений в единых узаконенных единицах измерений и оценку погрешностей с гарантированной вероятностью (надежностью).

 

Тема 2. Основное положение темы – погрешности задаются двумя параметрами: доверительным интервалом и доверительной вероятностью. Связь между ними устанавливается через распределение погрешностей по их значениям. Уяснить особенности систематических и случайных погрешностей.

На практике чаще всего встречается нормальный закон распределения. Для этого случая следует изучить последовательность обработки результатов наблюдений и вычислений: результата измерения, среднеквадратического отклонения результатов наблюдений, среднеквадратической погрешности результата измерения и доверительного интервала погрешности для заданной доверительной вероятности.

Большое число измерений являются косвенными. Поэтому следует обратить внимание на вычисление их погрешностей, тем более что большое чисто задач по всем темам содержит это задание.

Непосредственно по рассматриваемой теме составлены задачи с номерами от 1.1 – 1.17.

 

Тема 3. Материал темы предусматривает знакомство с основными характеристиками и классификацией средств измерений (СИ). Особое внимание следует обратить на характер погрешностей, формы их представлений, на умение оценить погрешность измерения, на оценку влияния СИ на объект измерения.

Рекомендуется ознакомиться с ГОСТом “ Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

Тема 4. Радиотехнические сигналы, как правило, имеют сложную форму. С этим связано то, что они имеют несколько различных параметров напряжения и тока. При изучении темы следует обратить внимание на типы преобразователей от которых зависит, какой конкретно параметр измеряет прибор. Это относится как к электромеханическим, так и к электронным аналоговым и цифровым приборам.

Важным вопросом измерений напряжения и тока является влияние на погрешность измерения параметров входной цепи прибора.

К данной теме относятся задачи NN 2.1 – 2.20

 

Тема 5. Изучение работы осциллографа надо начать с рассмотрения его структурной схемы, назначения ее элементов. Обратить внимание на требования к сигналу, создающему горизонтальную развертку, на его синхронизацию.

Важнейшим параметром осциллографа является частотная полоса канала Y или время нарастания переходной характеристики. От них зависит погрешность наблюдаемой формы сигнала. Они выбираются

по ширине частотного спектра наблюдаемого сигнала.

Обратить внимание на трудности наблюдения скоростных сигналов и сигналов очень низкой частоты. Рассмотреть, как решаются эти задачи в осциллографах видов С7, С8.

Задачи по осциллографированию составляют NN 3.1 – 3.17

В отличие от осциллографа анализаторы частотного спектра (АС) являются дифференцирующим и приборами, т.е. производят разложение сигнала на частотные составляющие.

В гетеродинном (фильтровом) АС разложение производиться узкополосным фильтром. В дисперсионном – за счет различия фазовых скоростей частотных составляющих.

При работе над темой необходимо прежде всего уяснить принцип работы, основные характеристики АС, для измерения каких параметров сигналов они предназначены.

Задачи по этой теме имеют NN 3/12 – 3.27. Наиболее полный материал для их решения содержится в литературе [ 2 ].

 

Тема 6. При изучении методов измерения частоты надо прежде всего обратить внимание на их особенности, возможности использования в том или ином частотном диапазоне.

Наиболее широкое применение находит метод дискретного счета. Для него характерна погрешность, вызванная квантованием показаний. Она связана с временем измерения. Обратите внимание, как этот метод распространяется на очень высокие частоты, почему на низких частотах выгодней измерять период колебания. На эту тему имеется несколько задач.

В диапазоне СВЧ наиболее просто для измерения частоты использовать резонансный метод. Существенным недостатком его является узкий диапазон

измеряемых частот или неоднозначность показаний. Последнее явление связано с возможностью возбуждения нерабочих типов колебаний. Некоторые задачи темы содержат требование устранить эту неопределенность.

Задачи темы: NN 4.1 – 4.14

 

Тема 7. Специфика измерения случайных процессов заключается в том, что из-за ограниченного времени измерения (усреднния), результат всегда содержит статистическую случайную погрешность. Для снижения этой погрешности аналоговые приборы должны иметь на выходе интегратор, цифровые приборы – увеличенную выборку наблюдений.

Вторая особенность заключается в измерениях специфических характеристик случайных процессов. Для изучения темы рекомендуется литература [2 ].

 

Тема 8. Любой элемент цепи в самом общем случае имеет активную и реактивную составляющие. Степень влияние их на сигнал зависит от рабочей частоты. При изучении методов их измерения следует выяснить какие свойства и вытекающие из них соотношения используются, на каких частотах можно пренебречь той или иной составляющей. Наиболее распространенными являются: метод амперметра-вольтметра, мостовой, резонансный методы, различные модификации преобразований в цифровую форму.

При решении задач этой темы NN 5.1 – 5.15 при оценке погрешностей необходимо иметь в виду косвенный характер измерений, рассмотренный в разделе 2 программы.

 

Тема 9. В радиотехнике цепями с распределенными постоянными явля-

ются цепи СВЧ, т. е. цепи работающие на частотах выше 0.3 ГГЦ.

Методы и аппаратура измеренияна этих частотах кардинально отличается от рассматриваемых разделе 8. Для понимания сущности этих методов необходимо вспомнить основные параметры элементов таких цепей и соотношения между ними. Эти вопросы рассматривались в дисциплинах “Основы теории цепей” и “ Техника СВЧ”.

При изучении темы следует избегать чисто механического запоминания методики измерения и формул. Требуется уяснить их физический смысл. Например, метод измерения полного сопротивления с помощью измерительной линии заключается в том, что через КСВ вычисляется сопротивление в точке минимума стоячей волны, методом короткого замыкания находится расстояние от нее до нагрузки, затем найденное значение сопротивления пересчитывается на это расстояние по формуле пересчета или с помощью круговой диаграммы. Задачи этой темы имеют NN 6.1 – 6.10.

 

Тема 10. Измерение мощности наиболее широко используется в диапазоне СВЧ. Важнейшим вопросом организации измерения является степень согласования средства измерения и генератора с линией передачи. Почти в каждой задаче по теме имеется сответствующее задание.

При рассмотрении тепловых методов измерения мощности обратить внимание на калибровку прибора способом замещения ее мощностью постоянного тока, на пгрешность связанную с этим.

Задачи этой темы: NN 7.1 – 7.11.

 

Задачи

В процессе самостоятельной работы над дисциплиной студентам необходимо решить не менее 10 задач (по 5 в двух контрольных заданиях).

Для студентов очного обучения номера задач задаются преподавателем, для студентов дистанционного (заочного) обучения номер варианта набора задач определяются по последней цифре шифра студента. Таблица с вариантами задач приведена в конце этого раздела.

Тематика каждой задачи, как правило, ограничивается соответствующим разделом рабочей программы, но может включать также вопросы раздела “ Оценка погрешностей измерений “. Поэтому решать задачи можно последовательно по мере изучения дисциплины.