
- •В.Г.Чуйко Радиоэлектронные измерения
- •Глава один. Введение.
- •1.1. Предмет радиоизмерений.
- •1.2. Устройства радиотехники и электроники как объекты измерений.
- •1.3. Цели радиоизмерений
- •1.4. Измерительные задачи на различных стадиях научно-производственного процесса.
- •Глава два. Измерения. Погрешности измерений.
- •2.1. Понятие “измерение”.
- •2.2. Классификация измерений. Результат измерения.
- •2.3. Погрешности измерений и их классификация.
- •2.4. Систематические погрешности
- •2.5. Способы уменьшения систематических погрешностей
- •2.6. Случайные погрешности измерений
- •2.7. Способы оценивания и выражения случайных погрешностей.
- •Глава три Средства и методы измерений.
- •3.1. Классификация средств измерений.
- •3.2. Погрешности средств измерений.
- •3.3. Методы измерений.
- •3.4. Условия измерений.
- •Глава четыре. Радиоизмерения.
- •4.1. Классификация радиоизмерений.
- •4.2. Некоторые особенности радиоизмерений.
- •4.3. Классификация радиоизмерительных приборов по измеряемым величинам.
- •4.4. Классификация радиоизмерительных приборов по их месту в производственном процессе и условиям эксплуатации.
- •4.5. Вопросы выбора универсальных рип. Технические требования к рип. Нормируемые характеристики.
- •Глава пять. Составные части радиоизмерительных приборов.
- •5.1. Меры физических величин в радиоизмерительных приборах.
- •5.1.1. Меры частоты.
- •5.1.2. Меры напряжения постоянного тока.
- •5.1.3. Меры сопротивления на постоянном токе.
- •5.1.4. Меры емкости.
- •5.1.5. Меры индуктивности.
- •5.1.6. Меры мощности шумового излучения.
- •5.1.7. Меры волнового сопротивления и коэффициента отражения.
- •5.2. Преобразователи величин в радиоизмерительных приборах.
- •5.2.1. Масштабные преобразователи.
- •Делители напряжения.
- •Измерительные усилители.
- •Измерительные трансформаторы напряжения и тока.
- •Делители мощности.
- •Измерительные аттенюаторы.
- •Резистивные коаксиальные аттенюаторы.
- •5.2.2. Устройства визуализации результатов измерений.
- •5.2.3. Аналого-цифровые преобразователи.
- •Ацп интервал времени - цифровой код.
- •Ацп постоянное напряжение - интервал времени - цифровой код.
- •Ацп постоянное напряжение-частота.
- •Ацп поразрядного уравновешивания.
- •5.2.4. Преобразователь мгновенных значений переменного напряжения в цифру.
- •5.2.5. Аналоговый преобразователь мгновенных напряжений - электронно-лучевая трубка.
- •Осциллографические электронно-лучевые трубки.
- •Запоминающие трубки.
- •5.2.6. Преобразователи переменного синусоидального напряжения в постоянное.
- •5.2.7. Преобразователи импульсных напряжений в постоянное - Амплитудный детектор.
- •5.2.8. Выпрямительный детектор среднеквадратического значения.
- •Термоэлектрический преобразователь среднеквадратического значения.
- •Частотные детекторы.
- •5.2.9. Преобразователи разности фаз в постоянное напряжение - фазовый детектор.
- •5.2.10. Преобразователь измерения частоты в постоянное напряжение - частотный детектор.
- •5.2.11. Преобразователи мощности свч в постоянное напряжение.
- •5.3 Обобщенная структурная схема радиоизмерительного прибора.
- •5.3.1. Структурная схема прямого преобразования.
- •5.3.2. Структурная схема уравновешивающего преобразования.
- •5.3.3. Структурные схемы реальных приборов.
- •Глава шесть Измерения напряжений.
- •6.1. Вольтметры.
- •6.1.1 Вольтметры амплитудных значений.
- •6.1.2. Вольтметры среднеквадратических значений.
- •6.1.3. Вольтметры средневыпрямленных значений.
- •Особенности цифровых вольтметров переменного напряжения.
- •6.1.4. Вольтметры импульсных напряжений.
- •Компенсационные импульсные вольтметры.
- •6.1.5. Измерения нелинейных искажений
- •6.1.6. Измерения мгновенных значений переменного напряжения.
- •Основные нормируемые метрологические характеристики осциллографа.
- •6.2. Измерения частоты.
- •6.2.1. Меры частоты.
- •6.2.2. Электронносчетный частотомер.
- •6.2.3. Метод сравнения.
- •6.2.4. Гетеродинный частотомер.
- •6.3 Измерения разности фаз.
- •6.3.1 Фазовращатели - меры фазового сдвига.
- •6.3.2 Устройства сравнения.
- •6.3.3 Осциллографические измерения фазового сдвига.
- •6.3.4. Компенсационный метод измерения фазового сдвига.
- •6.3.5. Измеритель фазового сдвига с преобразованием во временной интервал.
- •6.3.6. Цифровой фазометр.
- •6.3.7. Измерения фазового сдвига с гетеродинным преобразованием частоты.
- •Глава семь Измерения мощности свч и ослаблений на свч.
- •7.1. Измерения мощности при высоких и сверхвысоких частотах в закрытых трактах.
- •7.2. Принципы и методы измерений. Основные аксиомы.
- •Измерительные задачи.
- •Принципы измерений.Физические явления, процессы, которые используют для измерений мощности свч.
- •Методы измерений.
- •7.3. Виды конструктивного исполнения ваттметров свч.
- •Обобщенная схема теплового ваттметра свч поглощаемой мощности.
- •7.4 Калориметрические измерители мощности.
- •Конструкции поглотителей и нагревателей.
- •Конструкции поглотителей и нагревателей проточных калориметров.
- •Конструкции измерителей приращения температуры.
- •Дифференциальная схема калориметра.
- •Блоки измерительные калориметрических измерителей мощности.
- •Источники и составляющие погрешностей калориметрических измерителей мощности.
- •7.5 Термоэлектрические ваттметры.
- •Преобразователи термоэлектрических ваттметров.
- •Измерительные блоки термоэлектрических и калориметрических ваттметров.
- •Погрешности метода.
- •Достоинства и недостатки метода.
- •Метод вольтметра.
- •Диодные преобразователи и измерительные блоки ваттметров.
- •Погрешности метода.
- •Достоинства и недостатки метода.
- •7.6 Термисторные ваттметры свч.
- •Конструкция волноводного первичного преобразователя.
- •Первичные измерительные преобразователи.
- •Волноводные термисторные преобразователи.
- •Основные технические характеристики волноводных термисторных преобразователей, используемых в практике измерений.
- •Измерительные блоки термисторных ваттметров.
- •7.7 Измерения ослабления
- •Метод отношения мощностей
- •Гетеродинные измерители ослабления. Измерительный приемник
- •Глава восемь Измерения коэффициента отражения.
- •8.1Области применения.
- •8.2. Определение физической величины. Понятие неоднородности тракта передачи волны.
- •Определение коэффициента отражения как измеряемой величины.
- •8.3 Измерительные задачи.
- •8.4. Принципы и методы измерений ксвн. Принципы измерений.
- •Метод измерений ксвн с помощью измерительной линии.
- •Методика измерений ксвн
- •Сравнение с мерой.
- •Погрешности результата измерений, получаемого с помощью измерительной линии.
- •8.5. Принцип и метод измерений модуля коэффициента отражения.
- •Метод измерений модуля коэффициента отражения “по определению”.
- •Погрешности измерений модуля коэффициента отражения рефлектометром.
- •Конструкция рефлектометра.
- •8.6 Автоматизация измерений с помощью рефлектометра.
- •Что такое автоматизация. Цели автоматизации измерений.
- •Пути, способы автоматизации.
- •Устройства, необходимые для автоматизации радиоизмерений на свч.
- •8.7 Панорамный измеритель коэффициентов отражений и передачи на свч.
- •Глава девять Измерения шумов электронных устройств.
- •9.1 Измерительные задачи.
- •9.2. Принципы измерения мощности шумов.
- •9.3. Методы измерений.
- •9.4 Метод измерительного аттенюатора – нулевой метод.
- •9.5 Нулевой модуляционный метод измерения .
- •9.5 Автоматизированные измерители коэффициента шума.
- •Глава десять. Обеспечение единства измерений.
- •10.1. Государственная система обеспечения единства измерений.
- •10.2. Нормативная база гси.
- •10.3. Организационные основы гси. Государственная метрологическая служба.
- •10.4. Метрологический контроль и надзор.
- •6.5. Эталоны
- •10.6. Поверочные схемы. Поверка и калибровка.
- •10.7. Метрологические характеристики средств измерений.
- •10.7. Методики выполнения измерений. Назначение методики выполнения измерений
- •Содержание документа на мви
- •Метрологическая экспертиза и аттестация документа на мви.
- •Заключение
- •Содержание
7.7 Измерения ослабления
Масштабное преобразование величин xизм и xд необходимо в большинстве радиоизмерительных приборов, измеряющих интенсивность или амплитуду сигналов. Поскольку для решения измерительных задач необходимо иметь масштабные преобразователи с калиброванными, точно известными и стабильными коэффициентами преобразования, то в качестве таких преобразователей предпочтительны либо делители (аттенюаторы) в цепи прямого преобразования, либо усилители с калиброванными делителями в цепи обратной связи. Этим обусловлено как широкое применение калиброванных делителей напряжения и аттенюаторов в радиоизмерительных приборах, так и важность измерений ослабления, обеспечивающих калибровку делителей и аттенюаторов.
Ослаблением A называют отношение мощности P1н, передаваемой через идеальный соединитель (ИС) от согласованного генератора (Г) в согласованную нагрузку (Н), к мощности P2н, передаваемой в ту же нагрузку через исследуемый четырехполюсник (ИЧ) (рис.7.1), выражаемую в децибелах:
(7.34)
п
ри
Гг
= 0; Гн
= 0, где Гг
и Гн
- коэффициенты отражения генератора и
нагрузки соответственно.
Идеальный соединитель - это устройство, не вносящее дополнительных отражений и потерь, но дающее фазовый сдвиг, кратный 2πn (n = 0, 1, 2, 3, ...). Практической реализацией идеального соединителя служит непосредственное соединение генератора с нагрузкой, соответствующее случаю n = 0.
Представим
формулу (7.34) в виде суммы двух слагаемых,
учитывая, что
,
(здесь
Γ - модуль коэффициента отражения входа
ИЧ; P1
- мощность, передаваемая от генератора
в четырехполюсник; S
-
коэффициент передачи четырехполюсника
по напряжению):
. (7.35)
Такая запись дает наглядную интерпретацию смысла физической величины "ослабление". Первое слагаемое определяет уменьшение мощности, передаваемой в нагрузку, за счет отражения от входа четырехполюсника, а второе - уменьшение мощности в силу внутренних потерь в нем.
Метод отношения мощностей
Для измерения ослабления в соответствии с определением этой физической величины необходимо реализовать схему на рис.7.51, в которой нагрузку следует заменить измерителем мощности (ИМ), и измерить мощность, поглощенную измерителем мощности, в двух положениях: при непосредственном соединении измерителя мощности с выходом генератора (мощность P1н) и при включении между генератором и нагрузкой исследуемого четырехполюсника (мощность P2н). Затем по формуле (7.34) рассчитывается ослабление. Рассмотренный метод называется методом отношения мощностей. Он лежит в основе всех схем и устройств измерений ослабления, поскольку в каждом из них имеется измеритель мощности для определения численного значения отношения мощностей (напряжений) либо применяемый в качестве устройства сравнения, фиксирующего неизменность этого отношения. Второй случай реализуется при наличии меры ослабления, используемой в качестве xд в методе замещения (методе сравнения). Для реализации метода замещения (рис.7.52) необходима мера ослабления (эталонный аттенюатор), отградуированная на той же частоте, при которой измеряется ослабление исследуемого четырехполюсника Ax.
И
Основной методической погрешностью является погрешность рассогласования. Рассмотрим природу, основные источники и пределы изменения этой погрешности. В реальных условиях, когда Γг ≠ 0, Γим ≠ 0, Γэ ≠ 0, мощность, поглощаемая измерителем мощности, зависит от отражений сигналов от каждого из узлов схемы и в схеме на рис.7.52 определяется формулами
;
,
где
Pг
-
мощность, выдаваемая генератором на
согласованную нагрузку;
,
-
комплексные коэффициенты отражения
входа и выхода эталонного аттенюатора;
,
-
комплексные коэффициенты отражения
генератора и измерителя мощности;
,
-
комплексные коэффициенты отражения
входа и выхода исследуемого аттенюатора;
,
-
комплексные коэффициенты передачи
эталонного и исследуемого аттенюаторов.
Эту
формулу можно получить, используя
матрицы рассеяния всех устройств. Все
коэффициенты являются комплексными
величинами. Поскольку
при реализации процедуры метода сравнения
,
то
,где
Ax
-
ослабление исследуемого аттенюатора.
Пренебрегая величинами второго порядка малости, можно записать:
или
.
Величину
называют погрешностью рассогласования
Δрас.
Поскольку в выражение для Δрас
входят комплексные величины, то их сумма
зависит от соотношения их фаз. При
неизвестных фазах максимальное значение
Δрас
считают как сумму максимальных значений
модулей ее составляющих:
.
В качестве измерителя мощности в методе сравнения могут применяться ваттметры СВЧ малой мощности, импульсные ваттметры, вольтметры, импульсные вольтметры, селективные вольтметры, измерительные приемники, измерители коэффициента шума. Так как они используются в качестве устройств сравнения, то главное требование к ним - высокая разрешающая способность и собственная стабильность показаний во времени.
В
Для определения действительного значения разности ослабления между началом и градуируемой отметкой шкалы аттенюатора Ax сначала устанавливают в положение “0 дБ”, а эталонный аттенюатор - в положение с несколько большим ослаблением A'э, чем проверяемая отметка шкалы Ax. Регулируют мощность генератора, добиваясь определенных показаний измерителя мощности. Затем переводят Ax в положение, в котором контролируется его ослабление, а изменением ослабления эталонного аттенюатора до A''э восстанавливают прежние показания измерителя мощности. Значение Ax = ( A''э – A'э) [дБ].
Погрешность измерения величины ослабления Ax обусловлена стабильностью генератора сигнала, разрешением измерителя мощности, погрешностью образцового аттенюатора, погрешностью рассогласования. Для данного случая максимальное значение погрешности рассогласования при пренебрежении членами второго порядка малости определяется формулой
,
где
,
,
,
-
модули коэффициентов отражения эталонного
и исследуемого аттенюаторов в первом
и втором положениях
соответственно;
,
- модули коэффициентов отражения
генератора и измерителя мощности.
В случае если не удается подобрать генератор и измеритель мощности с малыми коэффициентами отражения, часто применяют согласующие фиксированные аттенюаторы с ослаблением 3...10 дБ, которые имеют малые коэффициенты отражения и благодаря этому уменьшают вклад отражений от генератора и измерителя мощности в погрешность рассогласования.