Пути, способы автоматизации.

Первая и вторая стадии автоматизации, связанные с принятием решений, то есть с выполнением интеллектуальных функций, возможны только при создании автоматизированных измерительных систем (АИС) с управлением от компьютера. Таким образом, один из путей - создание АИС.

Для применения вычислительной техники и встроенных микро­процессоров обязательно наличие преобразователей измеряемых величин в цифровую форму.

Необходимость создания АИС диктует требование к наличию единых стандартизованных интерфейсов, включая протоколы обмена информацией.

Вторая стадия требует создание специальных методов, методики и алгоритмов проведения измерений, зачастую отличающихся от методик “ручных” измерений, которые можно реализовать при имеющихся в наличии автоматизированных устройствах, являющимися обязатель­ными составными частями измерительного прибора, а именно: мер физических величин, устройств сравнения, устройств визуализации, то есть представления результатов в виде, пригодном для анализа человеком результатов, сопрягающихся между собой.

Устройства, необходимые для автоматизации радиоизмерений на свч.

Прежде всего, все обязательные составные части измерительного прибора должны иметь возможность управляться либо постоянными электрическими напряжениями или токами, либо переменными напряжениями или токами, в которых реализованы две величины - амплитуда напряжения и частота.

Все первичные преобразователи автоматизированных приборов должен иметь на выходе преобразователей в качестве информационного параметра либо численное значение напряжения (тока), либо значение частоты. Только в этом случае численное значение измеряемой физии­ческой величины может приобрести при помощи аналого-цифровых преобразователей и электронных частотомеров цифровую форму, пригодную в дальнейшем для обработки по специальным алгоритмам и программам. Кроме того, устройства сравнения, которые должны вырабатывать значения разности между измеряемой величиной и мерой, наиболее удобно реализуются в цифровом виде.

Важнейшим элементом АИС, как и любой другой системы авто­матического управления, являются исполнительные устройства авто­матики, которые должны быть пригодными для управления электри­ческими напряжениями или цифровым кодом. Так, например, для автоматизации операций установки и перестройки необходимы генера­торы СВЧ напряжений (мощности), управляемые СВЧ кодом; для автоматической установки полосы пропускания УПЧ в измерительном приемнике или анализаторе спектра необходимы электрически управ­ляемые фильтры, например, акустооптические или цифровые. Для использования на СВЧ в качестве меры отношения мощностей или напряжений, или для установки требуемого уровня или стабилизации необходимы электрически управляемые аттенюаторы.

8.7 Панорамный измеритель коэффициентов отражений и передачи на свч.

Одними из первых автоматизированных измерителей на СВЧ, разработанных с целью обеспечения высокой производительности измерений параметров устройств в широком диапазоне частот, были панорамные измерители параметров СВЧ устройств - коэффициента отражений и коэффициентов передачи. Прилагательное “панорамный” применяется для приборов, предназначенных и пригодных для быстрых измерений параметров в полосе частот с изображением на экране зависи­мости измеряемого параметра от частоты. Так, например, анализаторы спектра или измерители амплитудно-частотных харак­теристик являются панорамными приемниками. Измерители модулей коэффициентов отражений и передачи имеют специфические названия – “панорамные измерители КСВН и ослаблений”.

Панорамные измерители создаются на основе автоматизированных рефлектометров (рис.8.1). Прибор работает следующим образом. Сигнал от генератора качающейся частоты Г через регулируемый аттенюатор А, основные каналы направленных ответвителей НО1 и НО2 проходит к испытуемому узлу ИУ, На выходах вторичных каналов ответвителей появляются напряжение, пропорциональные падающей мощности и отраженной волнам.

Рис. 8.1. Структурная схема панорамного измерителя КСВ.

С выхода детекторных секций Д1 и Д2 оба напряжения поступают в измеритель отношений ИО, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональное квадрату модуля коэффициента отражения. Это напряжение через коммутатор К проходит на усилитель вертикального отклонения УВ и электронно-лучевую трубку ЭЛТ. Горизонтальная развертка трубки осуществляется пилообразным напряжением, посту­пающим с устройства управления перестройкой частоты УГ. Благодаря этому на экране трубки появляется изображение зависимости квадрата модуля коэффициента отражения от частоты. Значения частоты в любой точке изображения можно определить с помощью резонансного волно­мера Ч. При совпадении частоты генератора Г с частотой настройки волномера на его выходе появляется импульс, представляющий собой огибающую резонансной кривой. Этот импульс дифференцируется и обостряется в блоке формирователя Ф и подается на модулятор электроннолучевой трубки. На изображении появляется яркостная метка, соответствующая частоте настройки волномера. Перестраивая волномер, совмещают метку с интересующей точкой изображения. Значение частоты считывают со шкалы волномера.

Для измерения коэффициента стоячей волны КСВ в любой точке изображения, наблюдаемого на экране трубки, предусмотрен стрелочный прибор И. Он представляет собой вольтметр постоянного тока, измеряющий напряжение на выходе регулируемого источника РИ. Постоянное напряжение с выхода источника через коммутатор К также подается на усилитель вертикального отклонения луча трубки. При этом на экране возникает прямая горизонтальная линия - “визирная линия”. Регулируя напряжение источника РИ, “визирную линию” можно смещать вверх и вниз по экрану трубки. Синхронно с визирной линией перемещается стрелка вольтметра И, шкала которого отградуирована в значениях КСВ. Совмещая визирную линию с интересующей точкой изображения, по шкале прибора И можно найти значение КСВ в этой точке.

Перед измерением панорамный измеритель необходимо калибровать по отметке шкалы, соответствующей . Калиб­ровка выполняется либо с помощью короткозамыкателя, подклюю­чаемого вместо испытуемого устройства, либо с помощью согласо­ванной нагрузки при переориентации ответвителя НО2 (оба ответвителя ориентированы на падающую волну).

В процессе измерения блок автоматической регулировки мощности АРМ поддерживает амплитуду падающей волны постоянной во всем диапазоне частот. Допускаемая неравномерность ±0,3 дБ падающей мощности является одним из основных параметров, обеспечивающих нормальную работу панорамного измерителя.

По этому принципу построены панорамные измерители Р2-32; Р2-34 - Р2-38; Р2-40 - Р2-45; Р2-65; Р2-69.

По существу, они дают изображение квадрата модуля коэффициен­та отражения в зависимости от частоты. Операция пересчета в КСВ заключена в градуировке шкалы.

Источники погрешности: неравномерность падающей мощности; неидентичность характеристик рефлектометра для падающих и отра­женных волн; неквадратичность вольтамперных характеристик диодов; погрешность измерителя отношений; погрешность градуировки шкалы.

Суммарная погрешность измерения КСВ зависит как от значения измеряемого КСВ , так и от класса точности прибора.

Наряду с измерением КСВ во всех панорамных измерителях предусмотрена возможность измерения ослабления в пределах . Погрешность измерения ослабления также зависит от значения измеряемого ослабления и класса точности прибора. Допус­каемые погрешности измерения КСВ и ослабления панорамных измерителей приведены в табл. 8.1.

Панорамные измерители обеспечивают измерение с погрешностью, указанной в этой таблице.

В настоящее время серийно выпускаются панорамные измерители КСВ нового поколения. Отличительные особенности этих измерителей:

Таблица 8.1 Классы точности измерителей КСВН

Класс точности	Погрешность		Уровень мощности Р,Вт
	, %	, дБ
I	± (3 Ксв+1)	±(0,03 А+0,2)	От до
II	± 5 Ксв	±(0,05 А+0,5)	До
II	± 5 Ксв	±(0,05 А+0,5)	От до
	± (5 Ксв+2)	±(0,05 А+0,8)	До
III	± (5 Ксв+5)	±(0,05 А+0,5)	От до
		±(0,05 А+1)	До

1. Наличие встроенного микропроцессора, управляющего опера­циями перестройки частоты (пределы перестройки, шаг перестройки, линеаризация), автоматическим исключением погрешности из-за нерав­номерности калибровки, цифровой обработкой результатов и выводом на экран измерительной информации.

2. Расширенные функциональные возможности - измерение зон­дирующей мощности, одновременная индикация на экране и КСВ и ослабления, измерение частотных характеристик линейных СВЧ четырехполюсников, запоминание эталонной кривой и сравнение с ней кривой исследуемого четырехполюсника.

3. 3. Повышенная точность измерения КСВ и ослабления, рас­ширенный диапазон измеряемых значений ослабления (до 50 дБ), введение новых перспективных сечений коаксиальных трактов (7/3 и 3,5/1,52 мм).

Расширение диапазона ослаблений до 50 дБ оказалось возможным благодаря программной коррекции неквадратичности СВЧ диодов. Такими измерителями являются Р2-73 - Р2-82 и еще более совершенные приборы с номерами типов вплоть до Р2-135.

Таким образом, в панорамном измерителе реализована автомати­зация операций:

• перестройки частоты генератора;

• измерения частоты в любой области амплитудно-частотной характеристики испытуемого устройства;

• измерение отношения падающей и отраженной мощностей при калибровке и измерении;

• графическое представление АЧХ измеряемого параметра испытуемого устройства.

Существенное уменьшение погрешностей панорамных измери­телей достигнуто благодаря применению панорамных измерительных приемников в качестве ваттметров поглощаемой мощности во вторичных каналах направленных ответвителей.