Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов и средств испытаний радиоэлектронных устройств на электромагнитную совместимость 15
1.1. Полевые испытания 15
1.2. Установки для создания испытательного электрического поля (Е-установка) и магнитного поля (Н-установка) 18
1.3. Экранированные безэховые камеры 21
1.4. Камера с длиннопроводной антенной 25
1.5. Низкочастотная камера- каркас 27
1.6. Камера-линия из параллельных пластин 29
1.7. ТЕМ-камеры 33
1.8. Радиопомехи индустриальные 34
1.9. Соотношение между уровнем индустриальных радиопомех и уровнями помехоустойчивости, электромагнитной совместимости и восприимчивости радиотехнических устройств 37
1.10. Выбор видов испытаний технических устройств 38
1.11. Выбор степеней жесткости и оценка результатов испытаний технических устройств 39
1.12. Выводы 40
ГЛАВА 2. Исследование полосковои тем-камеры и установки 42
2.1. Справедливость метода ТЕМ-волны для полосковых линий 42
2.2. Метод ТЕМ-волны 42
2.3. Метод конформного преобразования плоского поля 45
2.4. Расчет структуры поля в линии, состоящей из двух параллельных пластин 48
2.5. Напряженность электрического и магнитного полей в полосковой линии 53
2.6. Токи на проводящих поверхностях полосковой линии, потери и передаваемая мощность 57
2.7. Мощность пробоя и максимально допустимая мощность, передаваемая через поперечное сечение полосковой линии в виде двух параллельных пластин 63
2.8. Волны высшего типа в линии из двух параллельных пластин 64
2.9. Расчет основных параметров полосковой линии заданных размеров 67
2.10.Принцип создания испытательного магнитного поля 69
2.11 Разработка Н-установки 75
2.13. Вы воды 77
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования ССУ, тем- камеры и н-установки. особенности их конструкции 79
3.1. Исследование и разработка симметрирующе-согласующего устройства ТЕМ-камеры 79
3.1.1. Выбор симметрирующе-согласующего устройства 79
3.1.2. Расчет симметрирующе-согласующего устройства 86
3.2. Конструкция ТЕМ-камеры 92
3.3. Экспериментальное исследование характеристик ТЕМ-камеры 97
3.4. Конструкция Н-установки. 101
3.5.Подготовка к измерениям и проведение испытаний 103
2.13. Выводы 103
ГЛАВА 4. Проблемы метрологической аттестации испытательного оборудования и экспериментальный анализ индустриальных радиопомех создаваемых радиоэлектронными устройствами 105
4.1. Метрологическая надежность средств измерений 105
4.2. Факторы, влияющие на точность измерений 107
4.3. Погрешности, связанные с измерительной антенной 114
4.4. Разработка эталонной рамочной антенны для метрологической аттестации ТЕМ- камеры и Н-установки 120
4.5. Аттестация разработанной эталонной рамочной антенны 122
4.6. Метрологическая аттестация ТЕМ- камеры и Н-установки 126
4.7. Характеристика индустриальных радиопомех (ИРП) и требования к анализатору 130
4.8. Разработка и исследование анализатора кратковременных помех 137
4.9. Метрологическая аттестация и поверка анализатора кратковременных помех 146
Выводы 148
Заключение 151
Литература 153
- Установки для создания испытательного электрического поля (Е-установка) и магнитного поля (Н-установка)
- Токи на проводящих поверхностях полосковой линии, потери и передаваемая мощность
- Экспериментальное исследование характеристик ТЕМ-камеры
- Аттестация разработанной эталонной рамочной антенны
Введение к работе
В истории развития человечества XX век останется отсчетной точкой, с которой берет начало массовое использование электричества и электромагнитных излучений для передачи энергии, обмена информацией и т.д. В настоящее время трудно назвать такую область производственной или бытовой деятельности людей, в которой бы не использовались электротехнические и радиоэлектронные технологии. Преимущества энергообмена с помощью электрических сетей и передачи информации через "эфир" ни у кого не вызывают сомнений.
К сожалению, при всех своих преимуществах, радиоэлектронные и электротехнические технологии не свободны от недостатков. Главный из них - "загрязнение" окружающей среды электромагнитными помехами. "Электромагнитный эфир", как природный ресурс, уже близок к исчерпанию. Обилие используемых технических средств уже привело к тому, что электротехническое и радиоэлектронное оборудование, подключенное к электрическим сетям общего пользования, работает в условиях нежелательных постоянных воздействий в виде провалов, выбросов, прерываний напряжения электропитания, кратковременных импульсов, распространяющихся по сетям. Использование отдельных сетей электропитания или различных приспособлений для подавления указанных воздействий не является решением проблемы, поскольку эти воздействия распространяются не только в электроческихсетях, но и по "эфиру" в виде электромагнитных излучений. В связи с этим проблема электромагнитной совместимости становится все более актуальной.
Понятие электромагнитной совместимости определено как способность технических средств функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимые электромагнитные помехи другим техническим устройствам.
Более 30 основных параметров радиоэлектронных устройств оказывают влияние на электромагнитную совместимость^].
В настоящее время задача обеспечения бесперебойной работы радиоэлектронных устройств стала не менее значимой, чем обеспечение их надежности, так как продолжающийся процесс развития технических средств радиоэлектроники и электротехники усиливает зависимость результатов применения новых средств от условий их совместного функционирования [2,3].
Перечислим наиболее существенные причины, вызывающие обострение проблемы электромагнитной совместимости: возрастает общее число одновременно действующих радиоэлектронных устройств, в особенности устанавливаемых на подвижных объектах; повышается мощность радиопередатчиков, достигая, для некоторых типов радиосредств, десятков мегаватт; расширяются полосы частот, используемые многими современными радиосредствами; увеличивается загрузка диапазона радиочастот, несмотря на то, что многие его участки уже в настоящее время сильно перегружены; все шире внедряются электронные средства автоматического управления, контроля, диагностики и т.д. на основе аналоговой и, особенно, цифровой техники, в частности,- микроЭВМ и микропроцессоров. Такие средства становятся источниками индустриальных электромагнитных помех и, одновременно, подвергаются их воздействию; - ухудшаются условия функционирования радиосредств, установленных на летательных аппаратах, поскольку они оказываются в зоне прямой видимости большого числа наземных радиоэлектронных устройств, расположенных на значительной территории.
На ранних этапах развития техники обеспечение совместной работы радиоэлектронных устройств решалось в основном путем совершенствования отдельных схемных и конструктивных решений, планирования и распределения радиочастот, используемых отдельными радиосредствами. В настоящее время принятие отдельных мер уже недостаточно, проблема электромагнитной совместимости имеет ярко выраженный системный характер.
Учет требований электромагнитной совместимости необходим на всех стадиях жизненного цикла любого радиоэлектронного устройства. Неправомерно отделение во времени вопросов разработки и создания конкретного радиоэлектронного устройства и обеспечения его совместимости с другими радиоэлектронными устройствами в процессе эксплуатации. Если аспекты электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств игнорируются до тех пор, пока не приведут к нарушению совместимости аппаратуры, обеспечение электромагнитной совместимости будет дорогостоящим и неудовлетворительным.
Решению проблем электромагнитной совместимости сопутствует потребность в особых методах измерений и испытаний радиоэлектронных устройств, электротехнических и электронных средств и в особых типах измерительной аппаратуры и испытательного оборудования. Соответственно возникают и новые задачи в их разработке.
Необходимы такие средства измерений как, например: специальные испытательные камеры, например, камера с ТЕМ - волной, камера из параллельных проводящих пластин; подвижный комплект измерительных приборов, приспособлений для работы в полевых условиях и предназначенный для определения электромагнитной совместимости и контроля параметров электромагнитной совместимости различных радиотехнических устройств; вспомогательные измерительные устройства - согласующие трансформаторы и переходные устройства, эквиваленты сети, эквивалент руки, эквивалент нагрузок, измерительные фильтры [4].
С помощью измерений, широко используемых в области электромагнитной совместимости, решают следующие основные задачи: определение параметров и характеристик радиоэлектронных, электронных и электротехнических устройств и их контроль на соответствие требованиям стандарта электромагнитной совместимости. Поиск, обнаружение и анализ источников индустриальных радиопомех; определение степени использования радиочастотного ресурса и фактической загрузки радиоканалов; контроль технического состояния радиоэлектронных и электронных устройств по их параметрам электромагнитной совместимости; оценка результатов испытаний отдельных устройств, систем и комплексов на их соответствие требованиям к обеспечению электромагнитной совместимости.
Из аппаратуры нового типа применяемой в области электромагнитной совместимости следует особо выделить автоматизированные измерительно-вычислительные комплексы. Автоматизация сложных процессов измерений [4] в области электромагнитной совместимости не только упрощает измерения, но и повышает точность их результатов. Новые задачи возникли при стандартизации методов измерений и испытаний, а также в метрологическом обеспечении методик выполнения измерений.
Параметры электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств нормируют при определенных условиях: методиках измерений параметров, применяемой измерительной аппаратуре, температуре и влажности воздуха и др. При этом из всех перечисленных параметров нормируют наиболее влияющие на электромагнитную совместимость радиоэлектронных устройств.
Существующая система нормирования параметров электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств, как отечественная, так и международная, направлена на ужесточение параметров электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств. Информация по нормам на параметры электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств содержится в государственных стандартах и нормах, Регламенте радиосвязи, рекомендациях Международного консультативного комитета по радио (МККР), рекомендациях и стандартах Международного электротехнического комитета (МЭК) и Международного специального комитета по радиопомехам (СИСПР), рекомендациях специального технического комитета ТК-77 и др.
Отсутствие выпуска необходимого испытательного оборудования для определения электромагнитной соместимости указывает на то, что существует актуальная задача, включающая в себя разработку технических основ и практическое воплощение современных технических средств для исследования и испытания радиоэлектронных устройств на электромагнитную совместимость.
В связи с вышеизложенным - разработка комплекса устройств, предназначенных для исследования электромагнитной совместимо- сти радиоэлектронных устройств является в настоящее время актуальной задачей.
Цель работы.
Целью диссертационной работы является исследование, разработка и внедрение комплекса аппаратуры для испытания радиоэлектронных устройств на ЭМС, а также создание методик их метрологической аттестации.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: І.Дан анализ структуры электромагнитных полей в камере для испытания радиоэлектронных устройств на внешнюю помехоустойчивость, магнитного поля в рабочей области Н-установки.
2.Разработаны: -технические решения построения оптимального комплекса оборудования для испытания радиоэлектронных устройств на ЭМС; -средства измерений и нормативные документы для решения задач метрологической аттестации комплекса оборудования для испытания радиоэлектронных устройств на ЭМС;
3.Выполнены экспериментальные исследования аппаратуры для испытаний радиоэлектронных устройств на помехоустойчивость к электромагнитным полям.
4. Разработан и исследован анализатор кратковременных помех, обеспечивающий автоматизацию измерений индустриальных радиопомех и реализующий заданный алгоритм их обработки.
Методы исследований.
Проведены теоретические и экспериментальные исследования. В процессе решения задач для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследований использованы: D теория сигналов и спектральный анализ; теория вероятно- стей и математическая статистика; классические разделы математического анализа.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: l.Ha основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика проектирования широкополосных камер для создания однородного испытательного электромагнитного поля, включающая программы расчета электромагнитных полей и алгоритмы измерительных операций.
2.Предложены новые аппаратные решения и созданы оригинальные конструкции испытательных камер типа ТЕМ и Н.
3.Разработана методика автоматического анализа кратковременных помех, предложены аппаратные решения в виде структур и схем, реализующих заданный алгоритм измерений.
4.Разработаны новые методики и средства измерений необходимые для проведения метрологической аттестации созданного автором комплекса оборудования для испытания радиоэлектронных устройств на ЭМС.
Практическая ценность: -применение результатов аналитических преобразований и экспериментальных данных позволяет рассчитывать ТЕМ-камеры для испытания радиоэлектронных устройств на помехоустойчивость к электромагнитным полям; - полученные аналитические выражения позволяют производить расчет структуры магнитных полей в рабочей области Н-установок; -разработанный комплекс аппаратуры для испытаний радиоэлектронных устройств на ЭМС, состоящий из ТЕМ-камеры, Н-установки и анализатора кратковременных помех, позволяющий существенно улучшить оснащение испытательной базы страны недостающим оборудованием; -комплект разработанной нормативной документации позволяет проводить метрологическую аттестацию оборудования для испытания радиоэлектронных устройств на ЭМС;
Внедрены в производство:
Результаты работы и комплекс оборудования состоящий из ТЕМ-камеры, Н-установки и анализатора кратковременных помех внедрен в испытательной лаборатории Красноярского центра стандартизации и метрологии, что позволило аккредитовать лабораторию в системе ГОСТ Р на ЭМС и на протяжении нескольких лет успешно проводить испытания радиоэлектронных устройств.
Результаты, полученные при разработке и исследовании ТЕМ-камеры, внедрены в Мордовском ЦСМ (г. Саранск), ГУП НПП "Радиосвязь" (г. Красноярск), ЦКБ Геофизика (г. Красноярск), а также в учебный процесс Красноярского государственном технического университета.
Достоверность результатов подтверждается математическими расчетами, моделированием на ЭВМ, экспериментальными исследованиями, соответствием полученных выводов и рекомендаций результатам метрологической аттестации разработанного комплекса.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы были доложены и получили одобрение на международной научно-практической конференции "Информационные технологии в образовании, управлении и промышленности (ИНТЕХ-96) (Комсомольск-на-Амуре, 1996), Третьей международной научно-технической конференции "Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи" (Воронеж,1997), международной научно-технической конференции "Спутниковые системы связи и навигации" (Красноярск, 1997), научно-практической конференции "Достижения науки и техники -развитию города Красноярска" (Красноярск, 1997).
На защиту выносятся:
1.Результаты теоретического анализа, вычислительного моделирования и экспериментальных исследований электромагнитных полей в ТЕМ-камере.
2.Обоснование метрологических параметров и конструкций испытательных камер типа ТЕМ и Н.
3.Анализ проблемы автоматизации измерений индустриальных радиопомех и результаты разработки аппаратных решений.
4.Комплект разработанных нормативных документов и методик метрологической аттестации эталонных средств и созданного испытательного комплекса аппаратуры.
Установки для создания испытательного электрического поля (Е-установка) и магнитного поля (Н-установка)
Основной характеристикой БЭК является коэффициент безэховости. Требования к безэховости камеры для большинства видов измерений лежат в интервале от -65 до -25 дБ [14].
Простейшая прямоугольная камера с плоскими ограничивающими поверхностями приведена на рис. 5 [14]. Уровень отражений в такой БЭК непосредственно определяется коэффициентом отражения от РПМ, практически постоянен в объеме камеры и не зависит от положения источника излучения. С разработкой высококачественных РПМ, коэффициент отражения которых (-50...-60 дБ), эти камеры начали использоваться для различных видов измерений [15].
Конструкция безэховой камеры определяется опытным путем, поскольку еще нет соответствующей теории по ее расчету. Конструкция зависит от различных требований к размерам безэховой камеры, ее конфигурации, а также от свойств поглощающих материалов.
Безэховая камера больших размеров приведена на рис. 6 [15]. Вся внутренняя поверхность камеры покрыта поглотителями пирамидальной конструкции, что обеспечило ослабление отражения сигнала до - 40дБ на частоте 100 МГц и лучше чем - бОдБ на ЗГГц и более высоких частотах.
Разрез большой низкочастотной экранированной камеры типа воронки длиной 40м и площадью большой стороны 12x12м показан на рис. 7 [15].Внутренние поверхности камеры покрыты поглотителями пирамидальной конструкции толщиной от 23см вблизи верхушки воронки до 4,5м на большой стороне камеры. Уровень ослабления отраженной энергии в рабочей зоне объемом 4,6х 4,6x6,їм в большой стороне камеры составляет - 40дБ на 100 МГц и - 45дБ и более на частотах 220 МГц - 10 ГГц.
Однако существенный недостаток безэховых камер, помимо большой стоимости, связанной с высокой стоимостью РПМ, - ограниченность применения на частотах ниже 200 МГц. Для того чтобы поглощающий материал был эффективен, его толщина должна быть не менее Х/4 [14]. Это значит, что на частоте 100 МГц толщина стенок камеры должна быть не менее 0,75 м, а на частоте 50 МГц - не менее 1,5 м. С увеличением же толщины РПМ растут размеры и стоимость камеры. Кроме того, при недостаточном поглощении возрастает погрешность измерений; например, если уровень отражения сигналов имеет величину -40 дБ, то измерения на уровнях -30 дБ дают погрешность 3,3 дБ [14].
По этой причине, и из-за большой стоимости, сдерживается широкое применение БЭК и используются простые экранированные камеры. В таких камерах возникают многократные отражения от стенок и резонансные явления, искажающие результаты измерений, если они относятся к излучаемым электромагнитным помехам. Возникающая при этом неоднородность поля, внутри камеры приводит к значительным погрешностям измерений, зависящим от размеров и формы камеры, места размещения испытуемого устройства внутри камеры, расстояния между испытуемым объектом и измерительной антенной и от ряда других факторов. При измерении на частотах выше 50 МГц погрешности могут достигать ±40 дБ. Эксперименты показывают, что перемещение измерительной антенны в пределах 15 мм может изменить результат измерения на 15 дБ [14].
Один из способов уменьшения погрешности - частичное экранирование измерительной антенны посредством экранирующего стакана, открытого только со стороны направления излучения от испытуемого объекта. Чтобы снизить влияние отражения в прямом направлении, поглощающий материал размещается сзади испытуемого объекта. Такие меры по защите антенны при измерении в диапазоне 0,2-12 ГГц позволяют уменьшить погрешность от ±40 дБ до ±3 дБ [15].
Из-за большой стоимости безэховые камеры не нашли широкого применения в испытаниях радиоэлектронных устройств на электромагнитную совместимость.
При некоторых испытаниях на электромагнитную восприимчивость необходимо создавать поле высокой напряженности в диапазоне ниже 30 МГц. Такие испытания могут проводиться в экранированной камере, в которой поле (в основном Т-волна) создается длиннопроводной антенной.
Длиннопроводная антенна, подвешенная на изоляторах между противоположными стенками экранированной камеры (рис.8), может рассматриваться как центральный проводник большой коаксиальной линии, внешний проводник которой образован стенками камеры. При нагрузке антенны на волновое сопротивление, влияние стенок камеры должно проявиться как такое же сопротивление на входе антенны. [15]. Если эти сопротивления не согласованы, то возникнут стоячие волны, поскольку, например, длина камеры 6 м соответствует 0,6Х, на частоте 30 МГц. Вследствие этого, напряженность поля будет изменяться как вдоль линии по пространству камеры, так и при изменении частоты. Чтобы исключить такую зависимость, необходимо обеспечить согласование сопротивлений на обоих концах длиннопроводной антенны.
Токи на проводящих поверхностях полосковой линии, потери и передаваемая мощность
С целью решения задачи исследования и разработки оборудования для испытания радиоэлектронных устройств на внешнюю помехоустойчивость проведен анализ электромагнитных волн в ТЕМ-камере, исследована структура поля в ней, произведен расчет электрического и магнитного полей.
Получены аналитические зависимости, позволяющие производить расчет параметров и свойств ТЕМ-камер с применением персональной ЭВМ.
На основе проведенных теоретических исследований и положений предложено техническое решение, проведены экспериментальные исследования и созданы ТЕМ-камера и Н-установка для испытания радиоэлектронных устройств на помехоустойчивость к электрическим и магнитным полям в полной мере удовлетворяющее требованиям действующих в этой области нормативных документов.
Исследованы составляющие неоднородности электромагнитного поля, создаваемого в рабочем объеме ТЕМ-камеры на частотах 0,15-150 МГц.
Проведена оценка существующих симметрирующе согласующих устройств, применяемых в диапазоне 0,15-150 МГц. Показано, что наиболее полно удовлетворяет требованиям указанного частотного диапазона применение в качестве ССУ широкополосного трансформатора на длинных линиях содержащего магнитопро-вод. 7.Разработаны и утверждены комплекты нормативных документов для метрологической аттестации ТЕМ-камер и Н-установок с применением созданной эталонной малогабаритной экранированной рамочной антенны 8.Создан комплекс аппаратуры для испытания радиоэлектронных устройств на электромагнитную совместимость, в составе ТЕМ-камеры, Н-установки и полуавтоматического анализатора кратковременных помех, внедренный в практику работ Красноярского центра стандартизации и метрологии. 9. Результаты, полученные при разработке и исследовании ТЕМ-камеры, внедрены в Мордовском ЦСМ (г. Саранск), ГУП НПП "Радиосвязь" (г. Красноярск), ЦКБ Геофизика (г. Красноярск), а также в учебный процесс Красноярского государственном технического университета. 10.В направлении дальнейших работ планируется дальнейшее исследование полосковых камер и испытательного оборудования с целью расширения частотного диапазона, повышения точности и автоматизации испытаний радиоэлектронных устройств на электромагнитную совместимость. ТЕМ-камера - симметричное устройство с волновым сопротивлением 170 Ом. Стандартные генераторы сигналов имеют несимметричный выход и рассчитаны на подключение нагрузки 50 Ом. Для большинства мощных генераторов подключение несогласованной нагрузки недопустимо. Таким образом, для согласования ТЕМ-камеры с генератором сигналов и устранения асимметрии необходимо подключить ее к генератору через симметрирующе-согласующее устройство. Для согласования волнового сопротивления ТЕМ - камеры в диапазоне частот 0. 15... 150 МГц, (перекрытие по частоте а=10 ) необходимо выбрать соответствующее симметрирующе согласующее устройство. Из существующих типов симметрирующе-согласующих устройств подходят только широкополосные трансформаторы на длинных линиях (ШТЛ), содержащие магнитопровод. Подобные устройства позволяют реализовать значения а, достигающие 10 и более[3,18]. В таблице 2 [32] приведена классификация ШТЛ. потери ), UH - напряжение на нагрузке, UBX - напряжение на входе трансформатора, RBX - входное сопротивление трансформатора, RH -сопротивление нагрузки. На практике ШТЛ имеют гораздо большие потери за счет потерь в проводниках линий при большой их суммарной длине, за счет рассогласования при различии параметров линий, в магнитопроводе на высокой частоте, и за счет шунтирующего действия индуктивности на низких частотах. Поскольку КСВ и Ротр имеют довольно малые значения [32,35], то ШТЛ можно считать согласованным. ШТЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п = 2 имеет малое число линий и соединений, малые габариты, меньшую асимметрию и удобен для практического выполнения. Рассмотрим его подробнее. На рис. 33 приведены несколько типов симметрирующих ШТЛ с п = 2. Линии, на которых присутствуют продольные напряжения, намотаны на магнитопровод. Симметрирующие трансформаторы на рис. 33а,б относятся к типу трансформаторов на идентичных двухпроводных линиях. Эти трансформаторы выполнены двухпроводными согласованными линиями, соединенными параллельно на входах и последовательно на выходах. Все линии должны быть равной длины с одинаковым волновым сопротивлением, чтобы рассогласование равнялось нулю. ШТЛ на рис.33а имеют увеличенную асимметрию плеч симметричной пары зажимов, поскольку "пути" от каждого плеча к общей шине различны, но могут быть выполнены с использованием, например, линий из скрученных проводников. Такие ШТЛ имеют весьма малые габариты. При этом асимметрия оказывается незначительной. Причиной, вызывающей асимметрию, является колебание синфазного типа. Асимметрия сводится практически к нулю в ШТЛ на коаксиальных линиях (рис.ЗЗв) благодаря тому, что внутренний проводник последних экранирован относительно общей шины "земли".
Экспериментальное исследование характеристик ТЕМ-камеры
Конусовидный переход выполнен из двух V - образно расположенных пластин из фольгированного стеклотекстолита и относится к плавным переходам с постоянным волновым сопротивлением.. В таких переходах возникает волны высших типов малой амплитуды, влиянием которых обычно можно пренебречь. Коэффициент отражения от таких переходов значительно меньше, чем в переходах с переменным волновым сопротивлением. Длина переходов выбирается из условия малости коэффициента отражения S, который определяется величиной эквивалентной индуктивности, учитывающей неоднородности, возникающие за счет стыка перехода с линией из двух параллельных пластин. При углах расхождения пластин, а 40 , значение эквивалентной индуктивности составляет сотые доли наногенри [37]. На частотах 150 МГц и ниже отражением от этой индуктивности можно пренебречь [3,18].
На одном конце переход имеет ширину пластин и расстояние между ними одинаковые с соответствующими размерами линии из двух параллельных пластин, на другом конце расстояние между пластинами выбрано d = 6 мм. Длине пластин перехода, равной 1 м, соответствует длина перехода 1П = 0,955 м и угол расхождения пластин = 34,5 40 (рис.38). Для устранения возможной волны высшего типа Ню в фольге стеклотекстолита каждой пластины прорезана продольная узкая щель (рис.38). Согласующая нагрузка ТЕМ-камеры состоит из трех сопротивлений МЛТ включенных параллельно: двух МЛТ-1 сопротивлением 360 Ом и одного МЛТ-0,5 сопротивлением 3 кОм. Таким образом, нагрузка имеет суммарную мощность 2,5 Вт и сопротивление 170 Ом, необходимое для согласования. Нагрузка помещается в отверстие в каркасе камеры, выполненном напротив концов конусовидного перехода, и припаивается к концам перехода. Отверстие закрывается металлической пластиной. К концам второго перехода, через аналогичное отверстие в каркасе камеры, припаивается симметрирующе-согласующее устройство, выполненное на двух кольцевых магнитопроводах типоразмера К38.0x24.0x7.0 из материала 400НН. Линии, наматываемые на магнитопровод, выполнены из скрученных проводов в изоляции ПЭВП и диаметром проводника 0,38 мм. Для необходимого волнового сопротивления линии W = 85 Ом количество скруток на 1 см равно 4 (количество скруток подбиралось экспериментально). Симметрирующе-согласующее устройство закреплено в металлической цилиндрической коробке, которая крепится на каркасе камеры. На коробке установлен коаксиальный разъем для подачи напряжения от генератора сигналов. Необходимо отметить, что при изготовлении конусовидных переходов, особое внимание следует уделять точности заданных размеров перехода в его узком поперечном сечении. Даже небольшие отклонения их от заданных, вызовут заметные изменения характеристик линии. По результатам рассчитанных параметров ТЕМ-камеры, была спроектирована установка и выполнены экспериментальные исследования ее характеристик. Проведены измерения неравномерности напряженности поля в рабочем объеме ТЕМ - камеры, АЧХ, КСВ и коэффициента асимметрии (для симметрирующе-согласующего устройства) в диапазоне частот 0.15-150 МГц, установленном нормами [5] для ТЕМ - камеры. Измерения зависимости КСВ от частоты производились при помощи панорамного измерителя КСВ РК2-47. Измерения зависимости АЧХ от частоты проводились с помощью измерителя АЧХХ1-49. Задача экспериментальных исследований усложнялась тем, что все существующие и внесенные в Госреестр средств измерений антенны (в том числе и из комплекта SMV-11 и SMV-8.5) применить для эксперимента было невозможно из-за их больших размеров. Это не позволяло производить измерения без значительного изменения структуры поля в ТЕМ-камере, что приводило к значительной погрешности и недостоверности измерений. Их габариты не давали возможности четко определить неоднородность поля в ТЕМ-камере и границы ее рабочей области. Для проведения исследований была рассчитана, спроектирована и изготовлена малогабаритная эталонная экранированная рамочная антенна. Неравномерность напряженности поля в рабочем объеме ТЕМ-камере измерялась с помощью изготовленной рамочной антенны, аттестованной согласно требований [3,5,18]. Сигнал с выхода антенны через коаксиальный кабель подавался на вход селективного микровольтметра. На частотах до 30 МГц использовался микровольтметр SMV-11, а выше - SMV-8.5. При измерениях на вход ТЕМ - камеры подается сигнал с генератора Г4-154 на частотах до 50 МГц и от Г4-143 на частотах выше 50 МГц.
Аттестация разработанной эталонной рамочной антенны
Стремление к повышению точности измерений - одно из направлений постоянных метрологических работ. Наряду с этим следует особо подчеркнуть, что в повседневной практике, в обиходе, в технических и технологических измерениях нужно стремиться не к наивысшей точности, цена которой, как правило, велика, а к целесообразной, оптимальной в смысле технико-экономических показателей. Основной целью метрологического обеспечения является не достижение высокой точности, а гарантия единства и достоверности результатов измерений.
Научно-технический прогресс всегда обеспечивался адекватной точностью измерений. Под углом зрения обеспечения высоких темпов научно-технического прогресса и должен рассматриваться вопрос о точности измерений. Выход на уровни точности, близкие к предельно достижимой, ставит вопрос о потенциальной точности измерений. Ответ на него зависит от уровня развития науки и техники. Наиболее просто ответ на вопрос о потенциальной точности измерений формулируется следующим образом: точность измерений не может быть выше точности воспроизведения единицы государственным первичным или специальным эталоном (по определению). Не в последнюю очередь она зависит от количества априорной информации об объекте измерения. Чем ее больше, тем выше точность измерений. Априорная информация об объекте измерения позволяет сконструировать адекватную его модель, синтезировать оптимальную измерительную процедуру, правильно выбрать или синтезировать средство измерений. Важное значение для синтеза имеет априорная информация о свойствах полезного сигнала и помех на входе средства измерений. Дефицит априорной информации ограничивает точность измерений и любые меры, направленные на его преодоление, приближают точность к потенциально-возможной. В свою очередь, как бы удачно не было синтезировано средство измерений, оно не будет совершенными из-за недостатков при изготовлении: конструктивных, технологических, дефектов комплектующих изделий, неточности настройки и регулировки, поддержания режимов работы и т.д. и т.п., а также вследствие нестабильности элементов и материалов, обусловленной старением, износом и другими причинами. Невозможно создать измерительный прибор, метрологические характеристики которого абсолютно точно соответствовали бы проектным, а определение их экспериментальным путем имеет ограниченную точность. Таким образом, несовершенство средств измерений и некоторая неопределенность их реальных метрологических характеристик вносят свой вклад в ограничение точности результатов измерений. На точности измерений сказываются также внешние и внутренние влияющие факторы. К внутренним относятся взаимные электромагнитные влияния элементов и их соединений друг на друга, паразитные ТЭДС, тепловыделение, трение, акустическая эмиссия и т.д. Их исключение, компенсация и учет в рабочих условиях измерений с помощью функций влияния далеки еще от совершенства. В процессе измерения объект и средство измерений вступают во взаимодействие. Как бы ни учитывалось это обстоятельство (а во многих случаях им просто пренебрегают), оно снижает точность результата измерения. Нельзя, наконец, не отметить и несовершенство самой измерительной процедуры (неточность установки прибора и снятия показаний, конечное время выполнения измерения, в течение которого происходит изменение внешних условий и ряда влияющих факторов, зависимость качества измерения от квалификации оператора и многое другое). Это также обуславливает недостижимость потенциальной точности измерений Все вышеперечисленные факторы, влияющие на точность измерений, учитываются при разработке, стандартизации и аттестации методик выполнения измерений. В стандартах на методики (или в соответствующих разделах стандартов технологических процессов, методов испытаний и контроля, методов и средств поверки) согласно ГОСТ 8.563-96 указываются: назначение и область применения стандартизованной методики выполнения измерений; требования к средствам измерений и вспомогательным устройствам, необходимым для выполнения измерений (в том числе к уровню их автоматизации); метод измерений; порядок подготовки и выполнения измерений; нормы на показатели точности измерений и зависимости, выражающие связи между этими показателями и всеми факторами, существенно влияющими на них при выполнении измерений, а также диапазоны значений влияющих величин, для которых эти зависимости справедливы. Указанные зависимости могут быть представлены в виде таблиц, графиков, уравнений.
