Метрологическая служба ПриСТ предлагает:

Москва: +7 495 777-55-91
Санкт-Петербург: +7 812 677-75-08
Екатеринбург: +7 343 317-39-99

ИНФОРМАЦИЯ » Статьи, публикации, обзоры » Масштабные преобразователи СВЧ большой мощности

 
Масштабные преобразователи СВЧ большой мощности

Автор / источник:

Пивак А.В. к.т.н.


Издавалась:

Журнал «Электронные компоненты» № 9 2005 г.


Масштабные преобразователи СВЧ большой мощности
 

Масштабные преобразователи СВЧ большой мощности

к.т.н. А.В. Пивак, ЗАО «Прист»

В статье рассмотрена возможность применения масштабных преобразователей (аттенюаторов и направленных ответвителей) для измерения больших уровней мощности СВЧ. Приведены методы определения зависимости коэффициентов преобразования масштабных преобразователей от уровня мощности и даны оценки погрешности.

Измерение больших уровней мощности СВЧ в пределах 10 ... 100 ... 1000 Вт необходимо при эксплуатации и производстве приемо- передающей аппаратуры связи. Радио, телевидение, спутниковая связь – в этих областях применяются передатчики с уровнем выходной мощности 100 Вт и более. В то же время лабораторные измерения мощности СВЧ сосредоточены в диапазоне мощностей до 1 Вт, а наиболее типичный диапазон мощностей, в котором передается размер единицы величины от Государственного эталона ГЭТ 26-94 рабочим средствам измерений, составляет 1 ... 100 мВт. Для расширения шкалы мощности СВЧ в сторону больших значений создаются рабочие эталоны средней и большой мощности на основе измерителей мощности поглощающего или проходящего типа. Однако основной проблемой в метрологическом обеспечении этих средств измерения является отсутствие серийных лабораторных генераторов СВЧ большой мощности. Данные генераторы должны обеспечивать не только большую выходную мощность (до 100 Вт), широкий диапазон частот (в идеале до 12 ГГц – максимальной частоты спутниковой связи), но и малый уровень гармонических и побочных составляющих, к наличию которых очень чувствительны диодные измерители мощности 1.

Кроме старых отечественных генераторов ГСТ-1 и ГСТ-2, работающих в диапазоне до 1 ГГц и имеющих выходную мощность не менее 50 Вт, других генераторов в России не производилось. За рубежом при необходимости используют измерительные усилители, но стоимость этих приборов в десятки раз превышает стоимость измерителей больших уровней мощности. Выходом из этой ситуации может являться использование составных приборов, включающих в себя измеритель малых значений мощности (ваттметр, вольтметр, анализатор спектра и т.д.) и масштабный преобразователь.

В качестве масштабного преобразователя 2 возможно использование направленных ответвителей (ваттметр проходящего типа) или аттенюаторов (ваттметр поглощающего типа). При поверке таких составных приборов отдельно проверяется измеритель мощности, что не представляет проблемы на уровнях мощности до 100 мВт с погрешностью 4—6%, и отдельно определяется коэффициент преобразования масштабного преобразователя. Естественно, что лабораторных средств для измерения коэффициента преобразования непосредственно на большом уровне мощности также не существует.

Поэтому данная операция разделяется на две:

  • определение коэффициента преобразования на малых уровнях мощности (с погрешностью не более 5% для коэффициента преобразования не более 40 дБ);
  • определение зависимости коэффициента преобразования от уровня мощности.

Трудности возникают при проверке зависимости коэффициента преобразования от уровня мощности, которая при прямом решении требует наличия генератора СВЧ большой мощности. Тем не менее существуют способы, позволяющие частично обойти это требование. Такие решения вытекают из физики процесса, проходящего в масштабном преобразователе под воздействием на него СВЧ сигнала большой мощности.

Мощный СВЧ сигнал частично поглощается в масштабном преобразователе и приводит к его нагреву. Повышение температуры преобразователя может изменить свойства материала, из которого изготовлен преобразователь, что в свою очередь может привести к изменению коэффициента преобразования по сравнению с малыми уровнями мощности. Таким образом, достаточно нагреть преобразователь до рабочей температуры, соответствующей поглощению преобразователем максимальной для него мощности СВЧ, а затем, не давая ему охладиться, определить коэффициент преобразования на малом уровне мощности СВЧ. Нагрев можно проводить СВЧ сигналом заданного уровня мощности и частоты (наилучший случай). При этом к источнику сигнала никаких особых метрологических требований не предъявляется, так как он используется только для нагрева преобразователя. Данный факт позволяет использовать в этом случае реальные источники сигналов, например, передатчики радиостанций.

В лабораторных условиях нагрев можно производить, подавая на вход преобразователя постоянное напряжение требуемого уровня мощности, если это допускает частотный диапазон преобразователя. Иначе придется нагревать преобразователь снаружи, например, в тепловой камере (наихудший случай). Такие способы нагрева порождают дополнительные источники погрешности, связанные с неэквивалентностью нагрева материала преобразователя СВЧ сигналом по сравнению с другими источниками нагрева. Определить степень неэквивалентности без специальной аппаратуры нельзя, но ее значение можно оценить по работам 3 и аналогичным. На частотах до 1 ГГц погрешность неэквивалентности будет составлять до 1%, а на частотах до 12 ГГц – до 10%. Тогда суммарная погрешность построенного по данной схеме измерителя уровня большой мощности СВЧ будет находиться в переделах 10—20%, что сопоставимо с погрешностями серийных приборов.

Экспериментально методика была проверена на аттенюаторе c ослаблением 40 дБ Weinsсhel 40, работающем в диапазоне частот 0ѕ1,5 ГГц на уровнях мощности до 150 Вт. Коэффициент преобразования на уровне 100 мВт в диапазоне рабочих частот составил 39,8 ±0,1 дБ. Коэффициент преобразования, определенный на постоянном токе (уровень мощности 100 Вт), составил 39,83 дБ. Это свидетельствует о практическом постоянстве коэффициента преобразования данного аттенюатора, т.е. независимости от уровня мощности.

Таким образом, применение масштабных преобразователей для измерения больших уровней мощности СВЧ является не только экономически выгодным, но и облегчает метрологическое обеспечение данного вида измерений без потери точности.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Мыльников А., Перепелкин В., Шпагин Ю. Измерительная техника, 1980, №2.
  2. Чуйко В. Измерительная техника, 2004, №2.
  3. Антипов А., Колышков А., Константинова Л., Панов А., Чуйко В. Исследования в области прецизионных радиотехнических измерений. Сборник научных трудов ВНИИФТРИ, 1989.

Отсутствие ошибок и опечаток не гарантируется. Технические характеристики средств измерений неутвержденного типа могут быть изменены без предупреждения.
На нашем сайте работает система коррекции ошибок Orphus. Обнаружив неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет получено администратором сайта. Спасибо за помощь!