начальник лаборатории, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Главный научный метрологический центр» Министерства обороны России, г. Мытищи
Развитие радиолокации и высокоскоростной связи в период с 2000 по 2010 гг. определило интенсивное применение широкополосных радиоизмерительных средств измерений. Это привело к значительному увеличению диапазона рабочих частот коаксиальных ваттметров, верхняя частота которых увеличилась с 18 до 50 ГГц.
С увеличением верхней частоты повысились требования к точности применяемых эталонов при одновременном увеличении количества применяемых типов коаксиальных соединителей, начиная от используемого ранее соединителя тип III (сечение 7/3,03 мм) и заканчивая малогабаритными соединителями тип IX (3,5/1,52 мм) и тип I (2,4/1,04 мм).
Для поверки коаксиальных ваттметров, работающих в диапазоне частот от 0,03 до 18 ГГц, в настоящее время используется 6 узкополосных калибраторов мощности [1]. Это связано с невозможностью идеального согласования калибратора мощности в широком диапазоне частот и резким увеличением эффективного коэффициента отражения выхода калибратора (Гэ), от которого напрямую зависит погрешность рассогласования при передаче единицы мощности (ЕМ) электромагнитных колебаний (ЭМК), являющейся доминирующей.
К недостаткам такой схемы поверки можно отнести:
- отсутствие возможности автоматизации трудоемкого и длительного процесса поверки ваттметров;
- необходимость механической подстройки Гэ на большом количестве частотных точек и отсутствие возможности работы в полосе частот;
- высокая стоимость оснащения лабораторий измерительной техники, напрямую зависящая от количества необходимых калибраторов;
- более высокий износ присоединительных размеров поверяемых ваттметров и, как следствие, возрастание случайной погрешности при проведении измерений.
Одним из перспективных [2] методов поверки и уменьшения погрешности передачи ЕМ является учет фазовых соотношений между поверяемым ваттметром и калибратором при определении калибровочного коэффициента (Кк) по формуле:
где
NМ3 – показания поверяемого ваттметра;
NМ1 – показания калибратора;
α – частотно зависимый коэффициент калибратора;
Гэ – эквивалентный комплексный коэффициент отражения выхода калибратора;
Гn – комплексный коэффициент отражения входа поверяемого ваттметра;
φэ, φn – фазовые углы комплексных коэффициентов отражения поверяемых калибратора и ваттметра.
Рис. 1. Графическое представление уменьшения погрешности рассогласования при учете фазовых углов
Для определения эквивалентного комплексного коэффициента отражения выхода калибратора мощности требуется извлечение делителя мощности из корпуса прибора и измерение его матрицы рассеяния с применением четырехпортового измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения.
При этом эквивалентный комплексный коэффициент отражения рассчитывается по формуле:
Несмотря на перспективность данного подхода, остается ряд трудностей, весьма затрудняющих его применение, к которым можно отнести:
- нарушение целостности прибора (извлечение делителя мощности);
- внесение дополнительной фланцевой погрешности, вызванной разъединением делителя мощности и опорного ваттметра при извлечении делителя мощности;
- высокая стоимость четырехпортовых измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения, необходимых для измерений |Гэ| при периодической поверке.
Следовательно, необходима разработка новых методов, позволяющих контролировать параметры делителя мощности без нарушения целостности прибора.
Предлагается метод, позволяющий использовать доминирующее влияние погрешности рассогласования для контроля стабильности параметров делителя мощности.
Суть метода заключается в применении ваттметра поглощаемой мощности, коэффициент отражения которого заведомо известен, и имеет номинальное значение близкое к Г=0,33 (КСВН = 2). При этом предполагается, что конкретный экземпляр рассогласованного ваттметра входит в состав калибратора мощности и используется только при поверке. Значение модуля эффективного коэффициента отражения делителей мощности, применяемых для создания калибраторов мощности составляет от 0,02 до 0,07, при этом погрешность определения этих значений составляет от 0,007 до 0,009. Исходя из значительной величины самой погрешности определения |Гэ|, критерием непригодности ваттметра к дальнейшему применению целесообразно принять изменение Гэ на величину более 0,007.
Зная определенные при первичной поверке (аттестации) отношения мощностей калибратора и рассогласованного ваттметра (Кк_1), можно показать, что изменение |Гэ| на величину более 0,007 приведет к изменению Кк на величину более 0,5%, что в свою очередь позволяет принять решение о неисправности калибратора при поверке.
Таким образом, применение рассогласованного ваттметра позволяет проводить контроль |Гэ| при поверке без использования дорогостоящих измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения, а также проверять исправности калибратора пользователем при эксплуатации при подозрениях в изменении метрологических характеристик.
Недостатком предложенного метода является необходимость комплектования калибратора мощности рассогласованным ваттметром, что неизбежно приводит к увеличению стоимости прибора.
Список использованных источников
- ГОСТ 8.392-80. Ваттметры СВЧ малой мощности и их первичные преобразователи диапазона частот 0,03–78,33 ГГц. Методы и средства поверки. М., 1980. 6 с. (Система стандартов по информ., библ. и изд. делу).
- Билько М. И., Томашевский А. К. Измерение мощности на СВЧ. М. : Радио и связь. 1986. С. 46–49.
Zakutin Alexander
chief of laboratory, Main scientific metrological center of the Ministry of defense of Russia, Mytishchi
THE COMPLETE VALIDATION TECHNIQUE OF COMPLEX EFFECTIVE REFLECTION COEFFICIENT OF THE OUTPUT PASSING POWER WATTMETER
The control method of one of passing power wattmeter parameters without breach of the device integrity with application of the mismatched wattmeter is presented.
Keywords: microwave wattmeter, power divider, calibration, mismatched wattmeter, effective reflection coefficient, power calibrator.
© АНО СНОЛД «Партнёр», 2019
© Закутин А. А., 2019