Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ особенностей средств измерений слабых шумовых сигналов 13
1.1. Определения, обозначения и измеряемые величины 13
1.2. Характерные особенности генераторов шума СВЧ 16
1.2.1. Типы ГШ СВЧ и динамический диапазон их ЭШГ 16
1.2.2. Тепловые ГШ 17
1.2.3. Газоразрядные ГШ 18
1.2.4. Генераторы шума на ЛИД 19
1.3. Компараторы ГШ, их основные узлы и требования к ним 20
1.3.1. Назначение и основные узлы компараторов 20
1.3.2. Требования к переключающему и согласующему устройствам 21
1.3.3. Особенности радиометров и их метрологические характеристики 22
Выводы по главе I 27
ГЛАВА 2. Разработка и исследование компаратора низкотемпературных генераторов шума 30
2.1. Обоснование выбора и анализ метода и схемы согласования 31
2.1.1. Выбор критерия и метода согласования 31
2.1.2, Анализ метода и схемы согласования НГШ 37
2.3. Обоснование выбора метода компарирования 42
2.4. Устройство и принцип работы компаратора НГШ 46
2.4.1. Устройство компаратора НГШ 46
2.4.2. Особенности схемы радиометра компаратора НГШ 52
2.4.3. Принцип работы компаратора НГШ 54
2.4.4. Компарирование ГШ 57
2.5. Анализ погрешностей компарирования 58
2.5.1. Составляющие погрешности компарирования 58
2.5.2. Анализ погрешности компарирования согласованных ГШ 59
Выводы по главе 2 63
ГЛАВА 3. Низкотемпературная мера СПМШ 65
3.1. Прототипы, их устройство и общие принципы аттестации 65
3.1.1. Возможности использования серийных НГШ 65
3.1.2. Устройство и принципы аттестации . 67
3.2. Разработка требований к конструкции и основ метода ее аттестации 70
3.3. Исследование метода аттестации 75
3.3.1. Вывод формулы связи теплоэлектрических параметров используемых сплавов 76
3.3.2. Варианты метода аттестации 77
3.3.3. Анализ погрешности аттестации 86
3.3.4. Экспериментальная проверка соответствия конструкции ее математической модели ...92
3.3.5. Результаты аттестации и анализа 97
Выводы по главе 3 99
ГЛАВА 4. Исследование методов и средств аттестации образцовой установки для градуировки низкотемпературных генераторов шума 100
4.1 Метрологические параметры установки 100
4.2. Метод последовательного удвоения мощности СВЧ и его анализ 103
4.3. Применение и апробация метода последовательного удвоения мощности СВЧ 109
4.3.1. Независимая поверка и аттестация измерителей отношений по нелинейности 109
4.3.2. Апробация метода независимой поверки и аттестации 112
4.4. Измерение малых потерь в коаксиальных трактах компаратором НГШ 115
4.5. Градуировка рабочих НГШ 118
4.6. Сличение с государственным эталоном единицы СПШІ 120
Выводы по главе 4 122
Заключения о практическом использовании результатов диссертационной работы 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 30
ЛИТЕРАТУРА 552.
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Вывод зависимости ЭШГ приемно-усилительного устройства от коэффициента отражения источника сигнала
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчет тепловых потоков в системе тепловой экран-тракт НГШ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчет поправки из-за идеальности теплоизоляции
- Определения, обозначения и измеряемые величины
- Выбор критерия и метода согласования
- Возможности использования серийных НГШ
- Метрологические параметры установки
Определения, обозначения и измеряемые величины
На практике высокотемпературные ГШ, обычно, характеризуют относительными - G/G0 или относительными избыточными - /\/ruf (&"&)/& СПМШ, которые оказываются крайне неудобными или вообще неприменимыми для низкотемпературных ГШ. Поэтому, в данной работе, исходя из необходимости и удобства сравнения образцовых НГІД с высокотемпературными ГШ из состава государственного эталона единицы GIIMIII, для характеристики уровня и тех и других ГШ выбрана ЭШГ. Она определяется как термодинамическая температура абсолютно черного тела с такой же мощностью излучения в заданной полосе частот, как у характеризуемого ГШ. Целесообразность такого выбора подтверждается и тем, что единицей измерения ЭШГ служит кельвин, который является одной из основных единиц Международной системы единиц СИ.
В соответствии с этим, в дальнейшем под аттестацией (градуи-ровной)исследуемого ГШ понимается определение значения его ЭШГ и погрешности этого значения.
ЭШГ исследуемого ГШ может быть определена двумя методами: методом поэлементной аттестации (рассмотрен в п.3.12) и методом сравнения с двумя соответствующими мерами СГШШ при помощи компаратора. Обычно, цри реализации метода сравнения, / В / для удобства и с целью уменьшения погрешности сравнения в качестве одной из этих мер используется комнатная нагрузка, в качестве второй мера СПМШ с ЭШГ, по возможности, близкой к ЭШГ исследуемого ГШ, а компаратором измеряется отношение разностей ЭШГ сравниваемых.
Выбор критерия и метода согласования
Погрешность выполнения этих равенств (погрешность согласования или погрешность настройки) приводит к погрешности сравнения ГШ из-за остаточного рассогласования (погрешности рассогласования).
В работе [2 3 1 наиболее полно проведен сравнительный анализ влияния погрешности согласования на погрешность сравнения ГШ приемниками (компараторами), обладающими различными свойствами.
Выведенные в этой работе выражения позволяют сравнить предельные значения погрешностей рассогласования, если известны погрешности согласования в сравниваемых вариантах и первичные шумовые параметры приемника: относительные ЭШГ входящих и выходящих шумовых волн и коэффициент корреляции этих волн. Однако необходимость предварительных трудоемких измерений этих параметров усложняет процесс оценки.
Сравнение вариантов согласования значительно упрощается, если учесть, что на практике частотные зависимости параметров ком-парируемых ГШ и компаратора в пределах его полосы пропускания пренебрежимо малы, а погрешность рассогласования при проведении серии настроек проявляется как случайная величина. Первое обстоятельство обеспечивается реальными свойствами ГШ и компаратора и подтверждается экспериментально, а второе - принципом настройки в рассматриваемых вариантах, который реализуется как поиск экстремума выходного сигнала радиометра, соответствующего одному из равенств (2.1, 2.2, 2.3). При этом в качестве критерия экспериментального сравнения вариантов согласования целесообразно выбрать коэффициент, равный отношению случайных погрешностей одного отсчета при компарировании ГШ с согласованием и без согласования (коэффициент остаточного рассогласования) - Qp . При нулевой погрешности рассогласования Qp равен единице и увеличивается с увеличением этой погрешности. Выбранный коэффициент предельно просто измерить и не сложно оценить.
Возможности использования серийных НГШ
Аттестация и поверка Г2-46 и Г2-44 проводится расчетным путем - методом поэлементной аттестации. Причем, согласно техническим условиям на эти НГШ, уровень их ЭШТ и погрешности обеспечиваются технологией изготовления и приписываются им при выпуске на заводе-изготовителе. Значения приписываемых погрешностей довольно малы (см.табл.3.1). По сравнению с погрешностями образцовых газоразрядных ГШ, определяемых; по .государственному эталону СПМШ, они в 2 4- 3 раза меньше. Однако выборочная проверка (с помощью компаратора НГШ) разброса уровней ЭШТ показала, что значения погрешностей некоторых экземпляров НГШ типа Г2-46 и Г2-44 могут в два раза превышать указанные в их паспортах (см.табл.3.2). Этот факт, являющийся следствием технологических отклонений, а также довольно большие (для тепловых ГШ) значения КСВН этих НГШ и сложность измерений малых потерь мощности СВЧ в их трактах не позволяют использовать их в качестве мер СПМШ, требования к которым сформулированы в п.1.2.2. Вместе с этим стабильность воспроизведения СПМШ исследованных экземпляров НГШ этих типов обеспечивает возможность их: использования в качестве образцовых НГШ после аттестации их по соответствующим низкотемпературным мерам.
Метрологические параметры установки
Для этого нужно измерить или определить: температуру концов теплоразвязывагощего тракта меры Тн и Т0 , и их погрешности &ТИ и &То , отношение электросопротивлений материала тракта при температурах его концов Рн /J\ и погрешность этого отношения потери мощности СВЧ в тракте Jb0C и погрешность этих потерь ОА . За исключением двух последних, измерение указанных параметров трудностей не вызывает. Области значений этих параметров приведены в табл.3.5.
Случайная погрешность Дсл (SCn ) определяется по результатам ряда измерений стандартным способом.
Погрешность дТр ( оТр ) можно определить путем усреднения результатов измерений ЭШГ ГШ в диапазоне частот с интервалом, обеспечивающим не менее 10 точек измерений. Например, для диапазона 1 2 ГГц этот интервал равен 100 МГц, для 2 4 ГГц - 200 МГц и т.д. Методика определения Атр (оТр ) следующая. Результаты измерения (в требуемом диапазоне частот с необходимым интервалом) аппроксимируются линейной зависимостью одним из стандартных методов (например, методом наименьших квадратов). При этом максимальное отклонение их от аппроксимирующей прямой соответствует максимальной оценке Атр ( отр ) с погрешностью В/о,
Вопросы измерения параметров S c и 6„{ с малыми погрешностями являются сложными задачами аттестации измерителей отношений мощностей СВЧ и измерения малых ослаблений мощности СВЧ. Поэтому они будут рассмотрены отдельно в последующих разделах (п.п. 4.3.1 и 4.4)
