Лабораторная работа №7 Сличение генератора сигналов, как меры частоты, с измерителем частоты - анализатором спектра
Цель работы:
1. Навыки работы с измерительными приборами, такими как анализатор спектра и генератор сигналов, входящими в состав лабораторной установки, и программами удаленного управления ими.
2. Знание метода измерения частоты с помощью анализатора спектра
3. Протоколы, содержащие результаты измерения частоты.
Продолжительность работы: 2 часа.
Приборы и оборудование: анализатор спектра N9000A Agilent Technologies, генератор N5171B Agilent Technologies, кабель СВЧ коаксиальный BNC (male) - BNC (male), кабель СВЧ коаксиальный N Type (male) - N Type (male), персональный компьютер с программой для автоматизированных измерений.
Теоретические сведения
Возрастание количества измерений, нарастание сложности аппаратуры, повышение требований к точности, расширение использования математических методов обработки результатов измерений и обнаружения ошибок приводит к значительному росту трудоемкости и стоимости измерений. Всё это требует создания специализированных автоматизированных установок, способных облегчить ручной труд инженера.
В качестве образцовых средств измерений частоты применяются кварцевые и квантовые меры частоты. В качестве образцовых мер используются кварцевые стандарты частоты. Задачей измерений является установление истинного значения физической величины (ФВ). Отклонение результата измерения от действительного значения измеряемой величины называется погрешностью результата измерений и определяется по следующей формуле:
.
Относительная погрешность — погрешность измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности измерений к действительному или среднему значению измеряемой величины:
.
Систематическая погрешность измерений - составляющая погрешности результата измерений, остающаяся постоянной или же закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.
Случайная погрешность измерений - составляющая погрешности результата измерений, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений, проведенных с одинаковой тщательностью, одного и того же размера физической величины.
В данной лабораторной работе случайная погрешность рассчитывается как удвоенное стандартное отклонение в ряду измерений для одинаковых полос пропускания анализатора спектра (RBW). Результат измерения определяется как среднее значение в ряду измерений при одинаковых RBW.
Принципиальной особенностью измерений частоты является то, что значение xизм сравнивается с действительным значением только частоты (или обратной ее величины - периода). В приборах и методах измерения частоты xд не преобразуется в другие физические величины. Поэтому все частотно-измерительные приборы содержат в том или ином виде меру частоты. В качестве таких мер применяют генераторы, использующие резонансные системы с высокой добротностью и высокой стабильностью во времени значения резонансной частоты fрез. Наибольшее распространение получили кварцевые генераторы, в которых механические колебания превращаются в электрические благодаря пьезоэффекту. Для создания многозначной меры частоты создают генератор на одну частоту с опорой на кварц, а затем умножают его частоту при помощи нелинейного устройства.
У каждого из устройств, входящих в состав лабораторной установки (рис. 1) имеется собственный кварцевый генератор. Существует возможность собрать установку таким образом, что у приборов, входящих в ее состав, будет один общий опорный генератор (генератор одного из приборов или внешний стандарт частоты).
Рис.1. Схема лабораторной установки