3. Радиоизмерения

3.1. Классификация радиоизмерений

Цель классификации - привести в систему наши представления об изучаемом предмете. Систематизировать - это значит прежде всего расчленить изучаемую область знаний (техники) на составные части и, по возможности, установить взаимосвязь этих составных частей. Рассмотрим объект, представленный на рис.В.1. В таком объекте пользователя (потребителя, эксплуатирующего изделие) интересуют:

- частота радиосигнала, спектральный состав;

- вид, параметры модуляции несущей;

- интенсивность сигнала, выдаваемого генератором;

- интенсивность сигнала, излучаемого антенной;

- режим передачи энергии между генератором и антенной;

- режим передачи сигнала в эфире или коэффициенты направленного действия как передающей, так и приемной антенны;

- в системе, использующей кабельную связь между передатчиком и приемником, интерес представляет затухание сигнала в линии;

- чувствительность приемника и мощность принимаемого сигнала.

Таким образом, все интересующие нас измерения можно разделить на группы, объединяющие:

- измерения интенсивности сигналов;

- измерения информационных параметров сигналов;

- измерения параметров трактов, линий связи и их элементов;

- измерения параметров антенн.

При производстве электронных приборов и компонентов радиосистем широкое распространение имеют также измерения параметров материалов.

К параметрам интенсивности относят следующие величины: мощ­ность, напряжение, сила тока, мощность шумов или спектральная плотность мощности шумов (СПМШ), напряженность переменных электри­ческих и магнитных полей, плотность потока энергии, ток, мощность и напряжение радиопомех.

К информационным параметрам сигналов относят: частоту, разность фаз, коэффициенты амплитудной, частотной и фазовой модуляции, дли­тельность временного интервала (длительность импульсов), параметры кодовых последовательностей, логические состояния схем.

К параметрам трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными относят: сопротивление, емкость, индуктивность, волновое сопротивление коаксиальных и полосковых линий, размеры волноводного тракта, модуль коэффициента отражения (коэффициент стоячих волн), фаза коэффициента отражения.

К параметрам антенн относят: коэффициент усиления, эффективную площадь или действующую высоту, параметры диаграммы направленности.

К радиоизмерениям относят также измерения комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости материалов (подложек, ферритов) на высоких и сверхвысоких частотах.

По условиям измерений можно разделить все радиоизмерения на из­мерения в открытом пространстве - по существу в пространстве между антеннами, и на измерения в закрытых трактах. По диапазону частот радиосигналов можно выделить измерения на низких частотах (менее 2∙10⁵ Гц), измерения на высоких частотах (от 10⁵ до 3∙10⁷ Гц), и измерения на сверхвысоких частотах (более 10⁷ Гц). Иногда разделя­ют радиоизмерения по длинам волн - метровых, дециметровых, сантимет­ровых и миллиметровых.

3.2. Некоторые особенности радиоизмерений

В технике уже используются радиосигналы во всех областях частот. Имеется потребность в измерениях при любых частотах в диапазоне от единиц герц до 10¹¹ Гц и выше. Поэтому для радиоизмерений характерны значительные величины перекрытия по диапазону частот, то есть отношения верхних частот к нижним. Так, например, создаются частотомеры, вольтметры, измерители мощности, у которых отношение верхней граничной частоты измеряемого сигнала к нижней составляет до 10⁴, а иногда и более.

Характерной особенностью РИП является необходимость установления зависимости показаний многих приборов от частоты сигнала - определения частотных характеристик или частотных коэффициентов. Операцию определения частотных коэффициентов называют градуировкой. Периодическую проверку сохранности значений частотных коэффициентов РИП осуществляют при их поверке одновременно с определением основной погрешности.

Поскольку интенсивности сигналов на передающей и приемной стороне радиосистемы отличаются на много порядков, то к особенностям радиоизмерений можно отнести предельно широкие диапазоны измеряемых величин. Так, например, измерения мощности до 10⁷ Вт в импульсе на передающей стороне и до 10^-15 Вт на приемной стороне являются обычными. Таким образом, отношение измеряемых мощностей составляет 220 дБ и более. В измерениях таких величин как длина, время или масса диапазон 220 дБ (то есть 10²²) трудно себе представить. Например, расстояние от Земли до Солнца составляет около 10²² атомов, плотно уложенных в цепь, литр воды содержит около 10²² атомов, возраст Вселенной всего около 10¹⁸ с.

Наиболее значительная часть радиоизмерений относится к высоким и сверхвысоким частотам. При таких частотах длины волн становятся соизмеримыми с характерными размерами объектов. Поэтому при выполне­нии радиотехнических измерений приходится учитывать волновой харак­тер распространения сигналов, явления дифракции, интерференции, возбуждения, отражения волн как при измерениях в открытом пространс­тве, так и в закрытых трактах. Для измерений при очень высоких час­тотах или при коротких интервалах времени приходится иногда учитывать и конечные времена релаксации носителей, конечные скорости движения электронов в электрических и полупроводниковых приборах.