Все файлы / Метрология / Лабораторные работы / Лабораторная работа №5

Лабораторная работа №5

Градуировка коаксиальных ваттметров

1

Введение

Лабораторная работа №5 имеет цели и задачи, аналогичные поставленным в лабораторной работе №1. Поэтому подготовку к лабораторной работе №5 следует начать с изучения описания лабораторной работы №5 и дополнительно изучить описание лабораторной работы №1.

Отличие лабораторной работы №5 от лабораторной работы №1 и №2 состоит в том, что измерительные задачи относятся к метрологическим измерениям и имеют конечной целью:

-градуировку ваттметров проходящей мощности (ВПРМ) сличением с рабочим эталоном – термоэлектрическим ваттметром поглощаемой мощности;

-градуировку рабочего (технического) термисторного ваттметра поглощаемой мощности сличением с рабочим эталоном проходящей мощности ВПРМ.

Под градуировкой средства измерений (СИ) в радиотехнических измерениях понимают определение зависимости показаний средства измерений от значения амплитуды входной (измеряемой) величины, напряжения (мощности) или от частоты. Чаще всего такая зависимость выражается в виде зависимости коэффициента преобразования (или цены деления шкалы) от значений частоты (частотная зависимость) или амплитуды (нелинейность).

2

Лабораторное задание №5/1

Определить зависимость калибровочного коэффициента коаксиального тер-

мисторного ваттметра поглощаемой мощности (ВПМ) М3-10А от частоты для пре-

образователя М5-89.

Калибровочный коэффициент КВПМ выражается отношением показаний в единицах шкалы блока измерительного Я2М-64 к мощности PПАД, падающей на

вход первичного преобразователя ваттметра: К ВПМ PВПМ .

PПАД

1 Порядок и методика выполнения лабораторного задания №5/1

1.1 Доопределение измеряемой величины Мощность измеряется в диапазоне частот (2,6 – 4,0) ГГц.

Значения частоты, при которых определяется КВПМ , кратные 0,2 ГГц (2,6; 2,8;

…4,0).

Диапазон значений мощности PВПМ , при котором измеряется КВПМ , от 0,1 до

7,5 мВт.

1.2 Тип соединителя: тип III по ГОСТ 13317 (7x3,04) мм.

Значения коэффициента отражения определяются входным сопротивлением нагрузки (преобразователя) на СВЧ, которое образовано двумя параллельно вклю-

чёнными на СВЧ термисторами, у которых последовательное сопротивление может составлять 150, 240, 400 Ом.

1.3Дрейф нуля измерителя зависит от нестабильности внешней температуры.

1.4Требуемые значения случайной погрешности результатов измерений КВПМ

не более 2% .

2 Метод измерения

2.1 Непосредственное сравнение (сличение) с результатами измерения извест-

ной мощности СВЧ PПАД, падающей на вход ВПМ с выхода рабочего эталона в ви-

де ваттметра проходящей мощности (ВПРМ).

3

Значение мощности PПАД рассчитывается по формуле PПАД PВПРМ КВПРМ , где

PВПРМ – показания ВПРМ, КВПРМ – калибровочный коэффициент ВПРМ (выдаётся преподавателем).

3 Схема лабораторной установки

3.1 Схема лабораторной установки представлена на рис. 1.

1– генератор Г4-80;

2– фидер;

3– направленный ответвитель;

4– первичный преобразователь 4.681.471;

5– блок ваттметра измерительный Я2М-66;

6– преобразователь М5-89;

7– мост термисторный Я2М-64.

Рис. 1 – Схема лабораторной установки

4 Измерительная задача №1

Измерить при рабочих сопротивлениях термистора 150 Ом и 400 Ом отноше-

товленную таблицу. Результат измерения определяется как среднее трёх значений

4

PВПМ для каждой частоты. Рассчитать значение калибровочного коэффициента

PВПРМ

Процедура измерений

4.1 Исходное положение установки.

Преобразователи отсоединены, выходная мощность генератора отключена.

Частота генератора 2,6 ГГц. Сопротивление термистора 150 Ом.

4.2Откалибровать ВПРМ согласно методике (см. Приложение 1). Установить нулевые показатели ВПМ.

4.3Собрать схему измерительной установки.

4.4Включить мощность генератора.

4.4.1Нажать кнопку НГ на лицевой панели.

4.4.2Установить максимальное значение мощности (по показаниям любого из измерителей мощности) вращением ручки «вых mW».

4.5 Отсчитать показания ВПРМ и ВПМ, внести результат в таблицу. 4.6 Выключить мощность кнопкой .

4.7Повторить операции 4.4.1, 4.5, 4.6 три раза.

4.8Установить следующую частоту генератора.

Далее повторять операции 4.4.1, 4.5 – 4,7 для каждой частоты, кратной 200

МГц.

4.9 Выключить мощность генератора. Установить сопротивление термистора

400 Ом. Установить нулевые показатели ВПМ.

4.10Повторить операции 4.4 – 4.8.

4.11Рассчитать среднее значение КВПМ для каждой частоты. Построить гра-

фики зависимости КВПМ от частоты для каждого из сопротивлений термистора.

5

5 Измерительная задача №2

Определить экспериментально случайную погрешность установки на основе

обработки ряда измерений.

Процедура измерений

5.1Включить мощность генератора.

5.2Установить частоту, при которой показания PВПРМ достигают максимума.

ряд измерений. Внести результаты в заранее подготовленную таблицу.

5.4 Рассчитать выборочное среднее квадратическое значение случайной по-

грешности измерений двумя методами: методом размаха (стр. 22 – 23 пособия «Ра-

диоизмерения») и по формуле Бесселя (стр. 19).

Расчёты производятся при подготовке отчёта (домашняя работа).

6

Лабораторное задание №5/2

Определение зависимости от частоты калибровочного коэффициента коакси-

ального ваттметра проходящей мощности (ВПРМ) М3-51 при помощи эталонного измерителя поглощаемой мощности (ВПМ) М3-54.

Калибровочный коэффициент КВПРМ выражается отношением мощности

PПАД , падающей с выхода ВПРМ на согласованную нагрузку, присоединённую к его выходу, к показаниям PВПРМ блока измерительного Я2М-66 в составе ВПРМ:

К ВПРМ PПАД .

P

ВПРМ

Основными техническими характеристиками ВПРМ являются:

-диапазон измеряемых мощностей падающей с выхода ВПРМ на нагрузку;

-диапазон частот;

-калибровочный коэффициент ВПРМ;

-эффективный коэффициент отражения выхода ВПРМ.

Принцип действия ВПРМ

Мощность излучения, поступающая на вход ВПРМ, частично ответвляется во вторичный канал НО, поглощается преобразователем ваттметра поглощаемой мощности (ВПМ), который подключён как нагрузка к выходу вторичного канала НО, и излучается при помощи ВПМ. Значение мощности PПАД , падающей с выхода НО на неотражающую нагрузку связано с PВПРМ – показаниями ВПРМ соотношени-

ем:

где КВПРМ – калибровочный коэффициент ВПРМ.

Если нагрузка, подключённая к выходу ВПРМ не идеально согласована, то есть ГН 0 , тогда формула усложняется так, что

где Г Н – значение комплексного коэффициента отражения нагрузки,

ГЭ – параметр ВПРМ, который называют эффективным коэффициентом отраже-

ния ВПРМ и который определяется соотношением

ГЭ S22 S21 S32 ,

S31

где S22 – комплексный коэффициент отражения направленного ответвителя

(НО), N S32 – направленность НО; S21 – коэффициент передачи первичного ка-

S31

нала НО (от входа 1 к выходу 2).

Параметр ГЭ наряду с значением К и погрешностью значения К являются главными, так как минимально достаточны для:

-расчёта результата измерения;

-расчёта погрешности результата измерения.

Очевидно, если значение фазы комплексного коэффициента отражения на-

грузки Г Н и фазы ГЭ неизвестны, то, применяя формулу (1) для расчёта результа-

та, максимальная допускаемая погрешность P 2 ГН ГЭ .

1 Порядок и методика выполнения лабораторного задания №5/2.

1.1 Доопределение измеряемой величины.

Мощность измеряется в диапазоне от 4 до 5,6 ГГц при фиксированных часто-

тах, кратных 0,1 ГГц (4,0; 4,1; … 5,6).

Диапазон значений мощности PВЫХ сверху не ограничен. Предпочтительно измерения проводить при максимальных значениях PВЫХ.

1.2Соединитель выхода ВПМ, ВПРМ тип III, ГОСТ 13317 (7x3,04 мм).

1.3Требуемые значения случайной погрешности результата не более 1%.

2 Метод измерения

2.1 Метод непосредственного сличения двух ваттметров ВПРМ и ВПМ. В

этом методе они соединяются так, что вход ВПМ присоединяется к выходу ВПРМ и отсчёты показаний обоих производятся одновременно. В этом задании в качестве рабочего эталона более высокого разряда применяется ВПМ типа М3-54.

8

За результат измерения мощности PПАД принимается полученный ВПМ ре-

зультат измерения мощности, падающей на его вход. Мощность, падающая на вход

ВПМ, определяется по формуле PПАД PВПМ ,

КВПМ

где КВПМ – калибровочный коэффициент ВПМ М3-54, применяемого в каче-

стве рабочего эталона.

3 Схема лабораторной установки

3.1 Схема лабораторной установки представлена на рис. 2.

1– генератор Г4-81;

2– фидер;

3– направленный ответвитель;

4– первичный преобразователь 4.681.471;

5, 7 – блок ваттметра измерительный Я2М-66; 6 – преобразователь 4.681.467;

Рис. 2 – Схема лабораторной установки

9

4 Измерительная задача №1

заранее (дома) подготовленную таблицу. Результат измерения определяется как

среднее трёх значений PВПМ для каждой частоты. Рассчитать значение калибро-

PВПРМ

КВПРМ = 0,99.

Процедура измерений

4.1 Исходное положение установки.

Преобразователи отсоединены, выходная мощность генератора отключена.

Частота генератора 4,0 ГГц.

4.2Откалибровать ВПРМ и ВПМ согласно методике (см. Приложение 1).

4.3Собрать схему измерительной установки.

4.4Включить мощность генератора.

4.4.1Нажать кнопку НГ на лицевой панели.

4.4.2Установить максимальное значение мощности (по показаниям любого из измерителей мощности) вращением ручки «вых mW».

4.5 Отсчитать показания ВПРМ и ВПМ, внести результат в таблицу. 4.6 Выключить мощность кнопкой .

4.7Повторить операции 4.4.1, 4.5, 4.6 три раза.

4.8Установить следующую частоту генератора.

Далее повторять операции 4.4.1, 4.5 – 4,7 для каждой частоты, кратной 100

МГц.

4.9 Рассчитать среднее значение КВПМ для каждой частоты. Построить графи-

ки зависимости КВПМ от частоты для каждого из сопротивлений термистора.

10