БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИИ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра метрологии и стандартизации

РЕФЕРАТ

На тему:

«Поверка анализаторов спектра последовательного действия. Поверка средств измерений параметров цепей с распределенными постоянными»

Поверка анализаторов спектра последовательного действия

Операции и средства поверки

К числу основных операций выполняемых при поверке гетеродинных анализаторов спектра (АС), относят определение следующих технических характеристик: основной погрешности измерения частоты входного сигнала; неравномерности АЧХ; погрешности установления калибрационных частотных интервалов (меток); полосы обзора (полоса «качания» частоты гетеродина); погрешности измерения отношения амплитуд спектральных составляющих; полосы пропускания фильтров; разрешающей способности анализатора; чувствительности и уровня интермодуляционных искажений.

Для выполнения поверки рекомендуется применять следующие средства: низкочастотные и высокочастотные измерительные генераторы, перекрывающие полный диапазон частот поверяемого анализатора; электронно-счетные частотомеры; измерительные генераторы с частотной модуляцией; импульсные генераторы; электронные вольтметры; образцовые аттенюаторы.

Определение метрологических характеристик

Определение диапазона и основной погрешности измерения частоты входного сигнала

Основная погрешность измерения частоты входного синусоидального сигнала определяется методом сравнения показанной АС (шкалы или встроенного частотомера) f_АС с показаниями эталонного средства измерений f_С.

Погрешность измерения частоты рассчитывают по формулам:

(1)

Основная погрешность измерения частоты производится в середине и по краям частотного диапазона АС.

Определение полосы обзора

Полоса обзора определяется измерением начальной f_н и конечной f_к частот каждой полосы обзора при подаче гармонического сигнала известной частоты на вход АС или по меткам внутреннего калибратора.

. (2)

Определение погрешности калиброванных частотных интервалов или меток

Определение погрешности установки калиброванных частотных интервалов производится с помощью измерительных генераторов, частота которых контролируется электронно-счетным частотомером. Путем перестройки генератора совмещают на экране ЭЛТ частотные метки калибратора с откликом на сигнал генератора. Сопоставлением нормированной разности частот между соседними метками с полученными значениями, отсчитанными с помощью электронно-счетного частотомера, определяют погрешность калиброванных частотных интервалов или погрешность частотных меток калибратора.

Определение полос пропускания

Определение полос пропускания проводится с помощью измерительного генератора, электронно-счетного частотомера и измерителя уровня, которые подключаются к специальным входам поверяемого прибора, предназначенным для контроля полос. Схема соединений приборов при этой операции поверки приведена на рисунке 1.

Рисунок 1

В режиме ручной развертки частота поданного на вход АС с измерительного генератора сигнала устанавливается равной средней частоте полосы пропускания (по максимуму отклика), а уровень отклика ? равным максимальному значению шкалы отсчетного устройства АС при нулевом положении отсчетных аттенюаторов. Уменьшая и увеличивая частоту сигнала генератора, относительно резонансной частоты устанавливают амплитуды откликов на нормированный в НД уровень ослабления относительно максимального (обычно 3дБ и 60дБ) и фиксируют показания частотомера (f₁ и f₂). Разность показаний частотомера, соответствующих уровням 3дБ или 60 дБ, будет равна установленной полосе пропускания прибора.

Определение погрешности измерения отношения амплитуд спектральных составляющих

Определение погрешности измерения отношения амплитуд спектральных составляющих проводится с помощью измерительного генератора совместно с эталонным вольтметром или эталонным аттенюатором. Поскольку отношения амплитуд могут производиться либо по калиброванной шкале индикатора, либо с помощью встроенного отсчетного аттенюатора, то при выполнении данной операции поверки предусматривается определение погрешности измерения двумя этими методами. Перед выполнением операции производится калибровка вертикальной шкалы индикатора в соответствии с правилами эксплуатации прибора. По эталонному вольтметру, подключаемому совместно с измерительным генератором к входу поверяемого прибора, устанавливаются различные уровни входного сигнала. По шкале индикатора прибора измеряются отношения устанавливаемых уровней. Измеренные их значения сопоставляются с отношениями, отсчитанными по эталонному вольтметру, и определяются погрешности измерения.

Если с помощью отсчетного аттенюатора поддерживать постоянной амплитуду отклика, то сопоставлением устанавливаемых по эталонному вольтметру уровней входных сигналов и соответствующих значений ослабления можно оценить погрешность встроенного отсчетного аттенюатора.

При использовании эталонного аттенюатора, включаемого между измерительным генератором и поверяемым прибором, погрешность измерения отношений амплитуд, отсчитываемых по шкале индикатора, и погрешность отсчетного аттенюатора могут быть определены путем сопоставления результатов измерений, полученных поверяемым прибором, с показаниями эталонного аттенюатора.

Определение чувствительности

Определение чувствительности производится с помощью измерительного генератора, уровень входного сигнала которого или нормирован с допускаемой для поверки погрешностью, или контролируется эталонным вольтметром. На вход анализатора подается сигнал такого уровня, при котором на экране ЭЛТ в зависимости от способа нормирования чувствительности устанавливается либо требуемое значение амплитуды отклика, либо требуемое отношение ее значения к уровню собственных шумов прибора. Отсчитанный уровень входного сигнала будет определять чувствительность анализатора.

Определение паразитной девиации частоты

Паразитная девиация частоты определяется путем прямого измерения при помощи девиометра, работающего в режиме измерения среднеквадратических значений.

Измерение паразитной девиации частоты проводится на выходе сигнала промежуточной частоты АС при подаче на вход АС сигнала калибратора или эталонного генератора. Измерения проводят в режиме нулевой полосы обзора при ручной перестройке гетеродина.

Поверка средств измерений параметров цепей с распределенными постоянными

Метрологические характеристики, контролируемые при

поверке

При поверке скалярных анализаторов цепей (панорамных измерителей коэффициентов отражения и передачи) контролируют следующие МХ:

1) диапазон рабочих частот;

2) погрешность установки и отсчета частоты;

3) пределы измерений (диапазон) модулей коэффициентов отражения , или ;

4) погрешность измерения или ;

5) пределы измерения ослабления (А) или модулей коэффициентов передачи и ;

6) погрешность измерения А или .

При поверке векторных анализаторов цепей дополнительно определяются:

7) пределы и погрешность измерения аргументов параметров S₁₁ (S₂₂);

8) пределы и погрешность измерения аргументов параметров S₂₁ (S₁₂).

Средства поверки

Для определения диапазона рабочих частот и погрешности установки и отсчета частоты используются электронно-счетные частотомеры соответствующего диапазона.

Для определения пределов и погрешностей измерения или используются меры КСВН с номинальным значением 1,2 и 2,0. Если такие меры отсутствуют, то используют короткозамкнутую нагрузку и поляризационный аттенюатор.

Для определения пределов и погрешностей измерения А или используется поляризационный аттенюатор соответствующего диапазона.

Для определения пределов и погрешностей измерения аргументов параметров S₁₁ (S₂₂) или S₁₂ (S₂₁) используются меры фазового сдвига, которые представляют собой отрезки регулярных волноводов или коаксиальных линий определенной длины.

Операции поверки

Определение диапазона рабочих частот и погрешности установки и отсчета частоты

Схема соединения приборов при этой операции поверки представлена на рисунке 2.

Рисунок 2, где САЦ - скалярный анализатор цепей; ВАЦ - векторный анализатор цепей

Поверка проводится на крайних частотах диапазона и на 3 - 4 точках внутри диапазона.

Погрешность установки и отсчета частоты рассчитывается по следующей формуле

, (3)

где - установленная на САЦ (ВАЦ) частота;

- частота измеренная частотомером.

Проверка пределов и погрешности измерения , или

При выполнении этой операции поверки к САЦ (ВАЦ) подключаются нагрузки (меры) КСВН с номинальным значением 1, 2 () и 2, 0 (), как показано на рисунке 3.

Рисунок 3, где НО1, НО2 - направленные ответвители измерительного тракта САЦ

Погрешность измерения данных параметров можно определить по следующей формулам

, (4)

где - измеренное значение КСВН;

- КСВН нагрузки (1,2 или 2,0).

Проверка пределов и погрешности измерения Ах или ()

При выполнении этой операции поверки в САЦ (ВАЦ) подключается поляризационный аттенюатор соответствующего частотного диапазона и типа (АП-ХХ), как показано на рисунке 4.

Рисунок 4, где НО1, НО2, НО3 - направленные ответвители измерительного тракта САЦ

Проверка производится для крайних значений диапазона измерения ослабления 0 дБ и А_max, а также для 3 - 4 точках внутри диапазона. Причем, каждое значение установленного на аттенюаторе ослабления измеряется на крайних частотах диапазона и на 3 - 4 точках внутри рабочего диапазона частот САЦ (ВАЦ).

Погрешность измерения ослабления вычисляется по формуле

, (5)

где - измеренное значение ослабления; - значение ослабления установленное на аттенюаторе.

Проверка пределов и погрешностей измерения аргументов (фазы) параметров S11 (S22) или S12 (S21)

Схема подключения нагрузок и мер фазового сдвига к ВАЦ для определения погрешностей измерения аргументов параметров S₁₁ (S₂₂) представлена на рисунке 5, а для параметров S₁₂ (S₂₁) - на рисунке 6.

Рисунок 5

Рисунок 6

Проверка проводится для значений параметров КСВН и А, а также частотных точек.

Погрешность измерения определяется из выражения

, (6)

где - измеренное значение фазового сдвига;

- значение фазового сдвига воспроизводимого мерой.

ЛИТЕРАТУРА

1 Димов Ю.В. метрология, стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006.

2 Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник/Ю.И. Борисов, А.С. Сигов и др.; Под ред. А.С. Сигова. - М. Форум: Инфра-М, 2005.

3 Руководство по выражению неопределенности измерения. - ВНИИМ, С-Пб.: 2005.