автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Измерение флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

На правах рукописи

Дзисяк Андрей Богданович

ИЗМЕРЕНИЕ ФЛУКТУАЦИИ СИГНАЛОВ В СВЧ УСТРОЙСТВАХ

05 12 07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003444713

Работа выполнена в

Учреждении образования

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Научный руководитель- кандидат технических наук, доцент

Гусинский Александр Владимирович Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кафедра метрологии и стандартизации

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Андреев Герман Андреевич Институт Радиотехники и Электроники РАН

кандидат технических наук, профессор Мусаелян Сергей Артаваздович Московский научно-исследовательский радиотехнический институт

Ведущая организация ФГУП «НПЦ Вигстар»

Защита состоится. «11» сентября 2008г

на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д219 001 01 государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (111024, г Москва, ул Авиамоторная, 8А, МТУСИ, ауд 455, тел. 957-77-94)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики.

Автореферат разослан « »

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д219 001 01

2008г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Как известно, чувствительность гетеродинных приемников, анализаторов спектра, разрешающая способность средств связи с частотным разделением каналов, дальность действия РЛС, электромагнитная совместимость СВЧ устройств и систем в целом определяются уровнем флуктуаций задающих генераторов и гетеродинов, используемых в данной аппаратуре А управляемые фазовые и амплитудные характеристики элементов фазирования И раСПрСДСЛСппЯ мОЩпОСТи определяют Параметры Диаграммы направленности антенной решетки Интенсивное освоение миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн и связанное с этим проектирование, производство и эксплуатация различных систем и устройств СВЧ и КВЧ определяют ужесточение требований к электромагнитной совместимости КВЧ систем и устройств, к качеству используемых сигналов КВЧ, и ставят задачу разработки методов и средств измерений параметров, определяющих качество сигналов и устройств КВЧ В частотной области под качеством активного устройства КВЧ (применительно к усилителям, смесителям, умножителям частоты, электрически управляемым аттенюаторам, фазовращателям и т д) понимают уровень дополнительных паразитных фазовых или амплитудных флуктуаций сигнала, определяющих вблизи несущей чистоту спектра сигнала, и, следовательно, влияющих на электромагнитную совместимость активного устройства КВЧ Особенности миллиметрового диапазона длин волн (а именно жесткие допуски на геометрические размеры элементов тракта и фланцевых соединений, большая крутизна и изрезанность АЧХ, ФЧХ элементов тракта, и нестабильность параметров сигналов КВЧ) не позволяют просто перенести известные методы построения измерителей флуктуаций, эффективно работающие в сантиметровом диапазоне, на более высокие частоты В связи с этим становятся актуальными задачи исследования методов измерения флуктуаций сигналов в миллиметровом диапазоне длин волн, разработки автоматических измерителей флуктуаций сигналов КВЧ и активных устройств КВЧ, задачи калибровки измерителей флуктуаций сигналов КВЧ

Ключевыми задачами являются получение обобщенных математических моделей для процессов измерения и калибровки, разработка на базе этих моделей алгоритмов измерения и калибровки, обеспечивающих высокую степень автоматизации и точность измерения, исследование и разработка метрологического обеспечения измерения параметров флуктуаций сигналов и устройств КВЧ при решении задач анализа, синтеза, оптимизации, производства новых и совершенствования существующих КВЧ устройств.

Целью работы является разработка методов измерения флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн, создание на их основе автоматических измерителей амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов КВЧ и разработка методов калибровки этих измерителей '

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи

- исследование методов измерения амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуации сигналов в СВЧ и КВЧ устройствах,

- разработка и анализ обобщенной математической модели при измерении флуктуации сигналов СВЧ и КВЧ и структурной схемы измерителя;

- исследование и разработка методов калибровки измерителей флуктуации сигналов в СВЧ и КВЧ устройствах,

- исследование и разработка способов обеспечения возможно более полной автоматизации процессов калибровки и измерений;

- практическая реализация измерителей амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов КВЧ и систем их калибровки,

- исследование точностных характеристик КВЧ измерителей флуктуаций

Методы исследования носят теоретический и экспериментальный

характер, с использованием общей теории цепей (матричных методов), теории ориентированных графов, теории преобразования сигналов, теории спектрального анализа, общей теории погрешностей и выражения неопределенности результата измерений

Научная новизна работы определяется следующими результатами- предложен метод автоматического измерения флуктуационных параметров сигналов в СВЧ устройствах, необходимый для обеспечения электромагнитной совместимости СВЧ устройств,

- предложены аналитические выражения для определения относительной спектральной плотности мощности трех видов флуктуаций, учитывающие в явном ввде параметры измерителя, алгоритмы калибровки и измерения флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах;

- предложен метод калибровки измерителей флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах, позволяющий метрологически обеспечить проектирование, производство и эксплуатацию СВЧ устройств;

- проведен теоретический анализ, оценены источники и результирующие неопределенности результатов измерения флуктуационных параметров сигналов СВЧ, предложены пути повышения точности измерений Предложенный метод калибровки измерителей флуктуаций также позволяет на (20 - 50)% уменьшить погрешность измерения прибора

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные в диссертационной работе методы измерения, калибровки и математические модели являются основой для создания в миллиметровом диапазоне длин волн автоматических измерителей флуктуаций сигналов Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволили создать автоматические измерители амплитудных и частотных флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн, фазовых флуктуаций, вносимых активными устройствами миллиметрового диапазона длин волн.

Реализация в промышленности и внедрение. Результаты диссертационной работы внедрены в Институте молекулярной и атомной физики HAH Беларуси; в испытательной лаборатории аппаратуры и устройств СВЧ БГУИР, аккредитованной в системе испытательных, поверочных и калибровочных лабораторий Республики Беларусь; в ЗАО ПФ «Элвира»

(Россия). Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами. Поданы две заявки на патент.

Положения, выносимые на защиту:

- Разработанный метод измерения флуктуаций сигналов в устройствах миллиметрового диапазона длин волн, использующийся для обеспечения электромагнитной совместимости СВЧ устройств, и позволяющий проводить измерение трех видов флуктуаций сигналов с помощью единого измерительного тракта, автоматизировать и существенно упростить проведение измерений флуктуаций

- Полученные аналитические выражения, учитывающие в явном виде собственные параметры измерителя флуктуаций и блока его калибровки, и позволяющие определить относительную спектральную плотность мощности трех видов флуктуаций сигналов в устройствах миллиметрового диапазона длин волн.

- Разработанный метод калибровки измерителей флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах, использующийся для метрологического обеспечения проектирования и изготовления устройств миллиметрового диапазона длин волн, позволяющий автоматизировать и упростить проведение калибровки и улучшить метрологические характеристики измерителя флуктуаций.

Личный вклад соискателя. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 17 международных и республиканских научно-технических конференциях (2000 - 2006 годы)' V - VIII МНТК «Современные средства связи» Республика Беларусь; МНТК HAH Республики Беларусь; XI - XV МНТК «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» Украина; I Международная специализированная выставка-конференция военных и двойных технологий «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления» Россия, II МНТК «Проблемы проектирования и производства радиоэлектронных средств» Республика Беларусь; XII International traveling summer school on microwaves and lightwaves, National Academy of Sciences of Belarus; IV Всероссийская НТК «Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации» Россия; II - III МНТК «Технические средства защиты информации» Республика Беларусь.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы, из них глава в монографии, 2 заявки на патент, 16 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК Беларуси и России, 11 статей в сборниках трудов МНТК, 3 тезиса доклада Результаты работы отражены в 4 отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из перечня условных обозначений, введения, общей характеристики работы, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений Общий объем диссертации составляет 167 страниц, из них 97 страниц текста, 53 рисунка на 26 страницах, 10 таблиц на 6 страницах, библиографический список из 182 наименований на 17 страницах и 4 приложения на 21 странице.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и общей характеристике работы обоснована ее актуальность, сформулированы цели и задачи, приведены защищаемые положения, указан личный вклад соискателя, апробация и опубликованность результатов работы

В первой главе [1, 3, 4, 8, 14, 20, 26-30, 33] рассмотрены характеристики флуктуаций сигналов, влияющие на электромагнитную совместимость КВЧ устройств. При этом общепринятая количественная характеристика качества сигнала (чистота спектра КВЧ сигнала вблизи несущей, определяющая электромагнитную совместимость КВЧ устройств) определяется как отношение мощности боковой составляющей спектра соответствующих флуктуаций к мощности несущей Флуктуационные параметры представляют как паразитные амплитудные (АМ), частотные (ЧМ) и фазовые (ФМ) модуляции сигнала КВЧ Проведен анализ существующих методов и приборов для измерения амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов КВЧ В современных измерителях флуктуаций (ИФ) КВЧ производится раздельное измерение указанных видов флуктуаций сигнала с использованием различных схем измерителей При построении схем измерителя флуктуаций сигналов КВЧ необходимо решать ряд проблем, связанных с особенностями КВЧ диапазона Во-первых, определять действительные характеристики всех узлов КВЧ тракта Во-вторых, определять значение коэффициента, характеризующего форму вольтамперной характеристики (ВАХ) диода, и контролировать условия его работы. В-третьих, так как одноканальные методы измерения частотных флуктуаций КВЧ обеспечивают недостаточную чувствительность измерения, то для ее повышения необходимо разрабатывать сложные модификации схем, которые получаются крайне громоздкими на КВЧ и не могут обеспечить автоматизацию измерений В-четвертых, необходимо определять значение крутизны преобразования частотного дискриминатора в рабочих условиях

Анализ показал, что в диапазоне КВЧ нерешенными являются задачи метрологического обеспечения измерителя флуктуаций и проведение его комплексной калибровки, повышение точности измерения флуктуаций сигнала, обеспечение автоматизации процессов калибровки и измерения

Проведенный анализ современного состояния техники измерений флуктуаций сигнала позволил выбрать наиболее оптимальные методы и принципы построения измерителя флуктуаций для диапазона КВЧ.

Во второй главе [1-4, 17, 20, 25, 27, 29] разработан метод измерения трех видов флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах с помощью единого ИФ Проведен синтез оптимальной структурной схемы ИФ, позволяющей автоматизировать процессы измерения и калибровки ИФ Под оптимальностью схемы измерителя понимаются дополнительные преимущества схемы в КВЧ диапазоне с точки зрения универсальности всего измерителя и процесса

проведения измерений, обеспечения автоматизации измерения и калибровки Основой блока приема и детектирования сигнала, и всего измерителя в целом, является балансный смеситель с блоком контроля режимов работы Блок частотного дискриминатора и подавления несущей реализован с использованием высокодобротного резонатора КВЧ

На рис.1 представлена структурная схема измерителя в режиме измерения частотных флуктуации сигналов КВЧ На рис 1. ВП1, ВП2, ВПЗ - волноводные переходы, Атт 1, Атт2 -аттенюаторы, ДВТ - двойной волноводный тройник, СН - согласованная нагрузка, ФВр - фазовращатель, ОР - объемный резонатор, Ц - широкополосный циркулятор; БС - балансный смеситель; БОИ

- блок обработки измерительной информации; АС - анализатор спектра. (-------------------------------,

Елок частотного дискриминатор» пр/^и—_п

I И подавления несухцей £

ВП1

Исследуемый генератор СВЧ

ВПЗ

АС

вшГ11 г==гГ~г—

ЧН52 — АТТ 2 Вход2 '- т-

БОИ

&лок контр ОЛЯ р ежимо» работы

Канал 2

Блок приема и детектирования сигаапа

Рис.1. Схема измерения частотных флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

В данном режиме частотные флуктуации преобразуются в фазовые с помощью резонатора Блок приема и детектирования сигнала выполняет роль балансного фазового детектора При этом обеспечивается дополнительный выигрыш в чувствительности измерения равный степени подавления несущей

На рис 2 представлена структурная схема ИФ в режиме измерения амплитудных флуктуаций сигналов КВЧ (используется метод непосредственного амплитудного детектирования). На рис 3 представлена структурная схема измерителя в режиме измерения вносимых фазовых флуктуаций сигналов КВЧ В данном режиме блок частотного дискриминатора и подавления несущей настраивается таким образом, чтобы не вносить в канал 1 фазовый сдвиг и ослабление Блок приема и детектирования сигнала в этом случае выполняет роль фазового детектора Анализ спектрального состава флуктуаций КВЧ сигнала осуществляется цифровым анализатором спектра.

Разработаны методы калибровки функциональных частей ИФ и собственно измерителя флуктуаций сигналов в КВЧ устройствах в целом.

Рис 2. Схема измерения амплитудных флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

Рис 3. Схема измерения вносимых фазовых флуктуаций сигналов СВЧ

Предложена методика и новое аналитическое выражение для определения коэффициента, характеризующего форму детекторной характеристики диода, по зависимости выходного напряжения диода детектора от уровня входной мощности сигнала КВЧ

где 1/1 и и} - выходные напряжения детектора, соответствующие уровням входной мощности КВЧ сигнала Р/ и Р2, соответственно; ЛА -относительное изменение уровня входной мощности в дБ.

Разработана методика калибровки ИФ сигналов КВЧ, использующая метод замещения и образцовый сигнал КВЧ с калиброванными параметрами модуляции Впервые для миллиметрового диапазона длин волн разработан блок калибровки измерителя флуктуации - формирователь образцового сигнала КВЧ. Структурная схема блока калибровки, позволяющего автоматизировать проведение измерений и калибровку ИФ сигналов КВЧ, представлена на рис 4

Рис 4 Структурная схема формирователя образцового сигнала СВЧ

В основу предлагаемого формирователя образцового сигнала СВЧ положен принцип формирования АМ с помощью амплитудного модулятора, и формирование угловой модуляции с малым индексом угловой модуляции при помощи преобразования амплитудно-модулированного колебания с подавленной несущей в фазово-модулированное колебание. Таким образом, единый блок калибровки позволяет формировать СВЧ сигнал с амплитудной, частотной или фазовой модуляцией, при этом сохраняются неизменными условия работы ИФ при проведении операций калибровки и измерения.

Разработана методика калибровки формирователя образцового сигнала СВЧ. Значение глубины АМ образцового КВЧ сигнала устанавливается с помощью калиброванных поляризационных аттенюаторов и определяется с помощью КВЧ анализатора спектра Получены выражения для определения значений индексов частотной тчмк и фазовой модуляций тфмк по измеренному значению глубины АМ тлмк образцового КВЧ сигнала

агаг(тлик%т О/) вШЙ/

_агс1ё(тлмксо$С11) __ т*»к--^-

(2)

Точность установки и калибровочные значения параметров модуляции образцового КВЧ сигнала полностью определяются точностными характеристиками воспроизводимых фазового сдвига и ослаблений

В третьей главе [4,5,9,16,21] получены уточненные аналитические выражения для определения относительных спектральных плотностей мощности (ОСПМ) амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов в КВЧ устройствах, учитывающие в явном виде собственные параметры ИФ

^(/0-10* Аи1а^эфф -Щ^-у (4)

Ш' (5)

где 5'ам, Бфм — ОСПМ соответственно амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций, частота анализа флуктуаций (частота отстройки от несущей), 1/_, и. - переменная и постоянная составляющие выходного напряжения детектора, иш - напряжение собственных шумов измерителя флуктуаций, ЛРэфф - эффективная полоса анализа измерителя флуктуаций, 1С, К. - амплитудно-частотные характеристики каналов обработки переменной и постоянной составляющих напряжения, а -коэффициент, характеризующий форму детекторной характеристики диода, Бчд- крутизна преобразования частотного дискриминатора

Точность измерения флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах зависит от точности определения собственных параметров измерителя (в первую очередь коэффициента а и крутизны преобразования что само по себе является достаточно сложной и трудоемкой задачей

В данной работе предложен метод комплексной калибровки ИФ, использующий образцовый КВЧ сигнал с калиброванными параметрами АМ, ЧМ или ФМ При этом измерение параметров флуктуаций сигнала сводится к измерению отношения выходных напряжений детектора в режимах калибровки и измерения Получены новые аналитические выражения для определения ОСПМ трех видов флуктуаций сигналов в КВЧ устройствах, с учетом комплексной калибровки ИФ Новым в предложенных выражениях является объединение параметров измерителя флуктуаций и блока его калибровки

да

т,

2 крк) №)-«№) ^ . (8)

ю

4 АРЭФФ и.к(Ек)-и2ш(Рк)

где тамк, "¡чмк, шфмк - глубина амплитудной, индексы частотной и фазовой калибровочной модуляций, ^-частота калибровочной модуляции

Использование полученных методик измерений и калибровки ИФ позволяет исключить трудоемкие операции по определению значений собственных параметров ИФ и улучшает его метрологические характеристики

В четвертой главе [6-7, 10-15, 18-24, 32] проводятся экспериментальные и теоретические исследования влияния предложенной комплексной калибровки на метрологические характеристики ИФ сигналов в СВЧ устройствах.

Экспериментально исследуются характеристики разработанного формирователя образцового сигнала СВЧ Показано, что погрешность установки значения фазового сдвига сигнала СВЧ в пределах 0-360° составляет не более ±0,2°, погрешность установки значения ослабления боковых модуляционных составляющих спектра сигнала СВЧ в пределах 0-70 дБ составляет не более ±0,5 дБ Также показано, что формирование КВЧ сигнала с АМ соответствует вносимому относительному фазовому сдвигу А<рАм=(0, п, 2я, Зя), а КВЧ сигнала с ФМ - А<рФм=(п/2, Зл/2, 5к/2, 7гс/2) Необходимое значение коэффициента АМ тлик устанавливается с помощью поляризационных аттенюаторов в пределах от -32 дБ до -110 дБ. Степень подавления АМ в режиме формирования ФМ составляет от -49,3 дБ до -53,5 дБ Погрешность установки и воспроизведения образцовых КВЧ сигналов с амплитудной, частотной или фазовой модуляцией, составила не более ±1,5 дБ

Экспериментально исследовались методы калибровки функциональных частей ИФ На рис 5 приведены экспериментальные зависимости коэффициента а ■ сплошной линией показана зависимость, определенная по ВАХ диода, пунктирной линией - по предложенному выражению (1); значком "+" отмечено среднее значение, измеренное с помощью модуляционного метода

При измерении частотных флуктуаций КВЧ сигнала определялось значение крутизны преобразования Основным узлом блока частотного дискриминатора (рис.1) является квазиоптический объемный резонатор с добротностью 41000-69000 В зависимости от значения частоты входного КВЧ сигнала значение крутизны преобразования составило 0,51 - 1,02 мкВ/Гц

Проведены экспериментальные и теоретические исследования точностных характеристик измерителей флуктуаций сигналов КВЧ в режимах измерения амплитудных, частотных или вносимых фазовых флуктуаций при двух методах калибровки прибора. Показано, что погрешности измерения параметров флуктуаций, при калибровке измерителя с помощью блока калибровки, определяются погрешностью установки и измерения значений коэффициента АМ, индексов ЧМ или ФМ образцового КВЧ сигнала спектральными методами

ЛЫ и2ЛП-»№)

и

.а, дБ

о. дБ ---Рвх=2.5мВт ----Рвх=5мВт

Ч .. . р, зх=10мВт зх=15мВт

* • -

\ ч

—- — - — —__

100 1000 10000 0 2 4 б 8 10 ид, мВ Ел.кОы

а) б)

Рис 5 а) - Результаты определения значения коэффициента ос, б) - Зависимости коэффициента а от сопротивления нагрузки детектора

На рис. 6 приведены результаты измерения коэффициента амплитудной модуляции образцового КВЧ сигнала: сплошной линией показан результат измерения с помощью КВЧ анализатора спектра - 8клл(Р), штриховой линией -результат измерения при калибровке ИФ по функциональным частям прибора $изм ¡(Р)> пунктирной линией - при калибровке ИФ с помощью предложенного метода и блока калибровки - Бцип(Р)

-52 -53 -54 -55 -56 -57 -58 -59

—в— Sicaji, дБ/Гц —ShsmI, ДБ/ГЦ - -а- - Sh3m2 . дБ/Гц

\ \ L ^Ч.

-V i

1 i \ < X

! . ^^

-101 -102 -103 -104 -105 -106 -107 -108

- * \ —*— Sksji, дБ/Гц —и- ShímI, дБ/Гц -•Ai- - Sk3m2, дБТц

\\

к ч

lo *ч V . "ч

1 •S. 1 -

50

100

150

200 0 50 100 150 200

F, кГц F, кГц

Рис. 6 Сравнение результатов измерения АМ образцового КВЧ сигнала

Использование предложенного метода и блока калибровки позволяет практически исключить систематическую погрешность измерителя, зависящую от частоты отстройки (частоты анализа), по сравнению со случаем калибровки ИФ по функциональным частям Дополнительно уменьшить значение СКО результата измерения можно при использовании многократных измерений и методов статистической обработки результатов измерения

Найдены пределы измерения параметров флуктуации сигналов с помощью разработанного измерителя флуктуации МЫМ 78-118 (рис.7).

Ти, кГц

Рис. 7 Пределы измерения параметров флуктуаций КВЧ сигнала

Проведена оценка и выражены неопределенности результатов измерения ОСПМ флуктуаций КВЧ сигналов В соответствии с современными требованиями и европейскими метрологическими нормами (ИСО/МЭК 170252001) проведение калибровки средства измерения предусматривает нахождение неопределенности результата измерения По результатам расчетов, проведенных в соответствии с «Руководством по выражению неопределенности измерения», неопределенности результатов измерения флуктуаций КВЧ сигнала при использовании разработанного метода и блока калибровки ИФ уменьшаются на (20-50)% по сравнению со случаем калибровки ИФ по функциональным частям и составляют от ±2,0 дБ до ±2,3 дБ Анализ источников неопределенности результата измерения выявил, что основной вклад (более 90%) в значение результирующей неопределенности результата измерения вносят 1) неопределенность измерения коэффициента а и неопределенность измерения Бцц, 2) неопределенность измерения АЧХ двух каналов ИФ, 3) неопределенности измерения напряжений детектора, 4) неопределенность, обусловленная корреляционной связью измерения напряжений детектора Выявлены пути повышения точности разработанных ИФ, при выполнении которых можно ожидать значение суммарной неопределенности результата измерения флуктуаций КВЧ менее ±1,0 дБ.

В пятой главе [2-4, 20, 26, 33] описаны ИФ и блок калибровки ИФ для восьми и трех миллиметрового диапазонов длин волн, разработанные на основе предложенных в диссертационной работе методов и принципов Основные технические характеристики разработанных измерителей флуктуаций приведены в таблице Намечены пути дальнейшего развития и усовершенствования ИФ

Основные технические характеристики разработанных измерителей флуктуаций

Параметр МЫМ 25-37 МИМ 78-118

Средняя длина волны сигнала, мм 8 3

Диапазон частот анализа, кГц 0,02- 1000 0,02-1000

Чувствительность измерения амплитудных флуктуаций, дБн/Гц на 1кГц -140 -125

на ЮкГц -150 -135

на ЮОкГц -160 -150

Чувствительность измерения частотных флуктуаций, дБн/Гц на 1кГц -80 -70

на ЮкГц -105 -100

на ЮОкГц -135 -130

Чувствительность измерения вносимых фазовых флукутаций, дБн/Гц на 1кГц -110 -105

на ЮкГц -130 -120

на ЮОкГц -150 -140

Погрешность измерения не более, дБ ±3 ±3

Уровень мощности входного сигнала, дБм 2>7 £10

Количество информационных точек 256- 16384 256- 16384

В приложениях приведены акты о внедрении результатов диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований относительной спектральной плотности мощности амплитудных и частотных флуктуаций различных источников сигналов миллиметрового диапазона длин волн, и вносимых фазовых флуктуаций усилителей мощности, первых смесителей и входных усилителей РЛС миллиметрового диапазона длин волн

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге выполненной работы получены следующие результаты: 1. Проведен анализ и сравнение современных методов и средств измерения амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов в устройствах миллиметрового диапазона длин волн Калибровка измерителей флуктуаций КВЧ сигналов, как 1 правило, сводится к определению действительных значений характеристик отдельных функциональных частей прибора В миллиметровом диапазоне длин волн нерешенными являются задачи комплексной калибровки измерителя, его метрологическое обеспечение, разработка алгоритмов автоматизации процессов калибровки и измерения Наиболее перспективным путем построения измерителя флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн, с точки зрения автоматизации процесса измерения и калибровки, является разработка единого КВЧ измерительного тракта с использованием высокодобротного резонатора в качестве частотного дискриминатора [1,4, 5, 14, 26, 28]

2 Предложены новые аналитические выражения, учитывающие в явном виде собственные параметры измерителя флуктуаций и блока его калибровки, позволяющие определить относительную спектральную плотность мощности амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов в устройствах миллиметрового диапазона длин волн, при двух методах калибровки измерителя [4,6, 7, 13, 14, 16,31]

3. Разработан единый КВЧ измерительный тракт, объединяющий в себе особенности схемы непосредственного детектирования амплитудных флуктуаций, двухканальной схемы измерения частотных флуктуаций со схемой подавления несущей, и двухканальной схемы измерения вносимых фазовых флуктуаций. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение автоматического функционирования всей измерительной системы прибора в различных режимах и его калибровки При этом достигнута высокая степень автоматизации процессов калибровки и измерения, что существенно упрощает эксплуатацию прибора и повышает его характеристики (надежность, точность и повторяемость результатов измерения) [3, 4,20, 26-28, 30, 33].

4 Разработан комплексный метод и блок калибровки измерителя флуктуаций, позволяющий свести измерение флуктуаций КВЧ сигнала к измерению отношения уровней образцового и измерительного сигналов, при этом отпадает необходимость в трудоемком определении некоторых параметров КВЧ измерительного тракта Предложены методы определения и нормализации всех параметров измерителя флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн [2, 5, 9, 16-19,21, 25, 30]

5. Проведен теоретический анализ, оценены и выражены неопределенности результатов измерения относительных спектральных плотностей мощности амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигнала в СВЧ устройствах [6,7, 11-15,18,22-24,31,32].

6 Изготовлены и исследованы экспериментальные образцы автоматических измерителей флуктуаций сигналов в устройствах восьми и трех миллиметрового диапазонов длин волн, формирователь образцового сигнала трех миллиметрового диапазона длин волн [7-10,23,26-29]

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Гибкие конструкции экранов электромагнитного излучения / JIM Лыньков, В А Богуш, В П Глыбин, А В Гусинский, А М. Кострикин, А Б Дзисяк, В А Петрова, И В Свадковский, С М Завадский, А В Хижняк, В Е. Чембрович, под ред Л М Лынькова - Минск БГУИР, 2000 - 284с А Б Дзисяк. Глава 4. Методики измерения характеристик экранов. С 99-140.

2 Формирователь СВЧ сигналов с известными индексами модуляций. - Авторы А Б Дзисяк, AB Гусинский, AM Кострикин. - Per. № а20071170 от 27 09 2007г

3 Измеритель флуктуаций сигналов активных устройств миллиметрового диапазона длин волн - Авторы А Б Дзисяк, А В Гусинский, А М Кострикин -Рег № а20071259 от 12 11 2007г

4 Вельский АЛ , Гусинский А В , Дзисяк А Б , Кострикин А М Автоматический измеритель флуктуаций миллиметрового диапазона длин волн // Вести акад наукБеларуси,СерФиз-Тех Наук-2003-№1 -С 64-71

5. Бельский АЛ, Гусинский А В , Дзисяк А Б, Кострикин А М Особенности калибровки измерителей флуктуаций и проведения измерений в миллиметровом диапазоне длин волн // Вести акад наук Беларуси, Сер Физ -Тех Наук. - 2005 -№2 -С 53-59

6 Дзисяк А Б Исследование неопределенности измерения амплитудных флуктуаций сигнала миллиметрового диапазона длин волн. // Вести акад наук Беларуси, Сер Физ-Тех Наук -2005 -№3 -С 105-108

7 Дзисяк А Б Экспериментальное исследование измерителя флуктуаций сигналов СВЧ //Вести акад наук Беларуси, Сер Физ-Тех Наук -2005 - №4 - С 104114

8 Гусинский А В , Кострикин А М , Дзисяк А Б , Ревин В Т, Кириллов В И, Дерябина МЮ, Гусынина ЮА, Руховец О В., Свирид М.С. Новые средства радиоизмерений в миллиметровом диапазоне длин волн // Метрология и приборостроение -2004 -Ха1 -С 38-42

9 Бельский А Я , Гусинский А В , Дзисяк А Б , Кострикин А М Калибровка измерителей флуктуаций миллиметрового диапазона длин волн // Доклады БГУИР. Электроника -2003 -Т1,№2.-С 5-11.

10 Гусинский АВ, Кострикин АМ, Дзисяк АБ, Дерябина МЮ, Ревин ВТ, Гусынина Ю А, Бельский АЛ , Ворошень А В , Гурский С С Разработка и метрологическое обеспечение измерительной аппаратуры в миллиметровом диапазоне длин волн. // Доклады БГУИР. - 2004. - №2(6). - С. 195-203.

11 Бельский АЛ, Дзисяк А Б Экспериментальное исследование метрологических характеристик измерителя флуктуаций сигналов СВЧ // Доклады БГУИР. -2005 -№3(11) - С 5-9

12 Кострикин АМ, Дзисяк А Б Исследование характеристик амплитудного детектора измерителя флуктуаций сигнала СВЧ // Доклады БГУИР - 2005. -№4(12) - С. 29-33

13. Бельский А Я, Гусинский А В , Дзисяк А Б, Кострикин А М Анализ шумовых параметров элементной базы измерителей флуктуаций трех миллиметрового диапазона длин волн //Доклады БГУИР -2006 -№4(12) - С 12-16

14 Гусинский А В, Кострикин А М, Бельский А Я, Дзисяк А Б Высокочувствительные схемы измерителей флуктуаций СВЧ сигналов трехмиллиметрового диапазона длин волн // Современные средства связи Материалы V МНТК. / Известия Белоруской инженерной академии - 2000. -№1(9)/2 - С 172-174.

15 Бельский АЛ, Гусинский А В , Дзисяк А Б , Кострикин А М Оценка шумовых параметров элементной базы измерителей флуктуаций миллиметрового диапазона длин волн // Современные средства связи' Материалы VI МНТК / Известия Белоруской инженерной академии -2001 -№1(11)/3 -С 220-221

16 Вельский А Я , Дзисяк А Б , Ревин В Т, Гусинский А В, Кострикин А М Функционирование и калибровка измерителей флуктуаций сигналов трехмиллиметрового диапазона длин волн // Современные средства связи Материалы VII МНТК / Известия Белоруской инженерной академии - 2002 -№2(14)/2 -С 20-22

17 Вельский АЛ, Гусинский А В , Дзисяк А Б , Кострикин А М. Устройство для калибровки измерителей флуктуаций в миллиметровом диапазоне длин волн II Современные средства связи Материалы VIII МНТК / Известия Белоруской íi/i/iCCiiCpuG."*;¡¡¿аде:.::;;: -2003 -J& 1(15)'л -С 150-15!.

18. А Б. Дзисяк «Исследование метрологических характеристик измерителя флуктуаций сигналов КВЧ» / Инфокоммуникационные технологии- Россия, Самара,ПоГАТИ -2008 -№2 -С33-37.

19. А Б Дзисяк «Исследование формирователя сигнала КВЧ с амплитудной или угловой модуляцией» / Проектирование и технология электронных средств -Россия,Владимир,ВлГУ.-2007 -№3 -С2-6

20 Дзисяк А Б , Гусинский А В , Кострикин А М , Алябьева И И. Измеритель амплитудных, частотных и фазовых флуктуаций сигналов в 3-х миллиметровом диапазоне длин волн // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии Материалы XI МНТК, Севастополь -2001 -С 575-577

21 Вельский АЛ, Гусинский АВ, Дзисяк АБ, Кострикин AM. Особенности калибровки измерителей флуктуаций миллиметрового диапазона длин волн // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии Материалы XII МНТК, Севастополь -2002 -С 532-533

22 Дзисяк А Б Исследование метрологических характеристик измерителя флуктуаций миллиметрового диапазона длин волн // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии Материалы XIV МНТК, Севастополь -2004 - С. 621-622

23 Вельский А Я, Дзисяк А Б , Гурло Ю Е , Герасименок О О Экспериментальное исследование измерителя флуктуаций сигналов СВЧ II СВЧ техника и телекоммуникационные технологии. Материалы XV МНТК, Севастополь -2005 -С 772-773

24 Гусинский А В , Дзисяк А Б, Стамбул П А Исследование амплитудного детектора измерителя флуктуаций сигналов СВЧ // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии Материалы XV МНТК, Севастополь -2005 -С 736-738

25 Гусинский А В , Дзисяк А Б, Ворошень А В , Свирид М С. Формирование калибровочного сигнала СВЧ для измерителя флуктуаций // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии Материалы XV МНТК, Севастополь -2005 -С 759-760

26 Dzisiak А В , Gusinskiy А V , Kondrashov D А , Kostnkin А.М Microwave meter of amplitude, frequency and phase noise of millimeter wavelength range signal. // XII International Traveling Summer School on microwaves and lightwaves, ITSS-2002, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk -2002 -P 260-265.

27 Гусинский А В , Кострикин A M , Вельский АЛ, Дзисяк А Б Измеритель флуктуаций СВЧ сигналов трехмиллиметрового диапазона длин волн // МНТК акад наук Беларуси -2000 - С 197-202

28 Дзисяк А Б , Гусинский А В , Кострикин А М , Вельский А Я, Ревин В Т Измерители амплитудных, частотных и фазовых флуктуаций сигналов в трехмиллиметровом диапазоне длин волн // Проблемы проектирования и производства радиоэлектронных средств Материалы II МНТК, Новополоцк -2002 -Т I - С 247-250

29 Дзисяк А Б Измеритель флуктуаций миллиметрового диапазона длин волн // Материалы II МНТК по военно-техническим проблемам, проблемам обороны и безопасности, использованию технологий двойного применения, Минск - 2005 -С. 40-42

30 Вельский АЯ, Гусинский АВ, Дзисяк АБ, Кострикин АМ Измерители амплитудных, частотных и фазовых флуктуаций сигналов трехмиллиметрового диапазона длин волн и их калибровка // Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации- Материалы IV МНТК, Московская область г Поведники - 2002 - Часть I - С. 67-70

31 Бельский АЯ, Гусинский АВ, Дзисяк АБ, Кострикин АМ Учет шумовых параметров измерителей флуктуаций трехмиллиметрового диапазона длин волн // Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления Материалы I Международной специализированной выставки-конференции военных и двойных технологий, Нижний Новгород -2002 -С 252-253

32 Дзисяк А Б Анализ неопределенности результата измерения амплитудных флуктуаций СВЧ сигнала II Технические средства защиты информации МатериалыIIМНТК /ДокладыБГУИР -2004 -№5 -С 75

33 Бельский А Я, Гусинский А В , Дзисяк А Б , Кострикин А М Измеритель флуктуаций миллиметрового диапазона длин волн II Технические средства защиты информации Материалы III МНТК / Доклады БГУИР - 2005 - №5 -С 21-22

Подписано в печать 04 Об 08 Формат 60x84/16. Объем 1,2 уел п л.

___Тираж 100 экз Заказ 97._

ООО «Инсвязьиздат» Москва, ул. Авиамоторная, 8.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ФЛУКТУАЦИИ 19 СИГНАЛОВ В СВЧ УСТРОЙСТВАХ И СПОСОБОВ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ФЛУКТУАЦИЙ

1.1 Особенности миллиметрового диапазона длин волн

1.2 Характеристики флуктуаций сигналов, влияющие на 20 электромагнитную совместимость СВЧ устройств

1.3 Анализ методов измерения фазовых флуктуаций сигнала СВЧ 24 и способов калибровки измерителей флуктуаций

1.4 Анализ методов измерения амплитудных флуктуаций сигнала 29 СВЧ и способов калибровки измерителей флуктуаций

1.5 Анализ методов измерения частотных флуктуаций сигнала 32 СВЧ и способов калибровки измерителей флуктуаций

1.6 Выводы

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ 39 ФЛУКТУАЦИЙ СИГНАЛОВ СВЧ УСТРОЙСТВ, МЕТОДА И СРЕДСТВА КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ФЛУКТУАЦИЙ

2.1 Разработка автоматического измерителя флуктуаций сигналов 39 устройств миллиметрового диапазона длин волн

2.1.1 Разработка комплексного измерительного тракта СВЧ

2.1.2 Разработка блока обработки измерительной информации, 44 алгоритма работы и структуры программного обеспечения измерителя флуктуаций

2.2 Разработка методов и алгоритмов калибровки измерителя 46 флуктуаций сигнала СВЧ по функциональным частям

2.2.1 Разработка методики определения значения коэффициента, 48 характеризующего форму детекторной характеристики диода

2.2.2 Разработка методики определения значения крутизны 49 преобразования частотного дискриминатора

2.3 Разработка метода, средства и алгоритма автоматической 50 калибровки измерителя флуктуаций сигналов устройств миллиметрового диапазона длин волн

2.3.1 Разработка формирователя образцового сигнала 51 миллиметрового диапазона длин волн с калиброванными параметрами амплитудной или угловой модуляции

2.3.2 Разработка методики калибровки формирователя образцового 53 сигнала миллиметрового диапазона длин волн

2.3.3 Разработка методики калибровки измерителя флуктуаций с 57 помощью формирователя образцового сигнала СВЧ

2.4 Выводы

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕРЕНИЯ 60 ФЛУКТУАЦИЙ СИГНАЛОВ СВЧ УСТРОЙСТВ И КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ФЛУКТУАЦИЙ

3.1 Уточнение математической модели измерения флуктуаций 60 сигналов устройств миллиметрового диапазона длин волн

3.2 Разработка математической модели калибровки измерителя 66 флуктуаций сигналов устройств миллиметрового диапазона длин волн

3.3 Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОПЕРАЦИЙ КАЛИБРОВКИ 71 НА МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ ФЛУКТУАЦИЙ СИГНАЛОВ УСТРОЙСТВ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

4.1 Исследование метрологических характеристик формирователя 71 образцового сигнала СВЧ

4.1.1 Результаты экспериментальных исследований формирователя 71 образцового сигнала СВЧ

4.1.2 Неопределенность установки параметров модуляции 75 образцового сигнала СВЧ

4.2 Исследование методов калибровки функциональных частей 80 измерителя флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

4.2.1 Исследование методов определения коэффициента, 81 характеризующего форму детекторной характеристики диода

4.2.2 Исследование методов определения значения крутизны 87 преобразования частотного дискриминатора

4.3 Исследование неопределенности результата измерений 88 амплитудных флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

4.3.1 Результаты экспериментальных исследований измерителя 88 амплитудных флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

4.3.2 Неопределенность результата измерений амплитудных 96 флуктуаций сигнала СВЧ при калибровке ИФ по функциональным частям

4.3.3 Неопределенность результата измерений амплитудных 101 флуктуаций сигнала СВЧ при калибровке ИФ с помощью формирователя образцового сигнала СВЧ

4.4 Исследование неопределенности результата измерений 103 частотных флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

4.4.1 Результаты экспериментальных исследований измерителя 103 частотных флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

4.4.2 Неопределенность результата измерений частотных 107 флуктуаций сигнала СВЧ при калибровке ИФ по функциональным частям

4.4.3 Неопределенность результата измерений частотных 110 флуктуаций сигнала СВЧ при калибровке ИФ с помощью формирователя образцового сигнала СВЧ

4.5 Исследование неопределенности результата измерений 112 вносимых фазовых флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

4.5.1 Результаты экспериментальных исследований измерителя 112 вносимых фазовых флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах

4.5.2 Неопределенность результата измерений вносимых фазовых 116 флуктуаций сигнала СВЧ при калибровке ИФ по функциональным частям

4.5.3 Неопределенность результата измерений вносимых фазовых 118 флуктуаций сигнала СВЧ при калибровке ИФ с помощью формирователя образцового сигнала СВЧ

4.6 Выводы

5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Измеритель флуктуаций MNM 25

5.2 Измеритель флуктуаций MNM 78

5.3 Перспективы и развитие измерителей флуктуаций 1 127 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 130 ПРИЛОЖЕНИЯ 147 П 1. Акты о внедрении результатов диссертационной работы 147 П.2. Результаты экспериментальных исследований относительной спектральной плотности мощности амплитудных флуктуаций источников сигналов миллиметрового диапазона длин волн П.З. Результаты экспериментальных исследований относительной 157 спектральной плотности мощности частотных флуктуаций источников сигналов миллиметрового диапазона длин волн П.4. Результаты экспериментальных исследований относительной 163 спектральной плотности мощности вносимых фазовых флуктуаций усилителей мощности миллиметрового диапазона длин волн

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

AM - амплитудная модуляция;

АС - анализатор спектра;

Атт. - аттенюатор;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;

БОИ - блок обработки измерительной информации;

БПФ - быстрое преобразование Фурье;

Ф БСм. - балансный смеситель;

ВАХ - вольт-амперная характристика;

Вент. - ферритовый вентиль;

ДБШ - диод с барьером Шотки;

ДВТ - двойной волноводный тройник;

Дет. - детектор;

ДМ - делитель мощности;

ЖИГ - железо-ирридиевый гранат;

ИФ - измеритель флуктуаций; ф ИФА - измеритель амплитудных флуктуаций суммарно-разностного типа;

КЗ - короткозамыкатель;

JI3 - линия задержки;

МШУ - малошумящий усилитель;

НО - направленный ответвитель;

НЧ - низкая частота;

ОР - объемный резонатор;

ОСПМ - относительная спектральная плотность мощности;

ПО - программное обеспечение;

ПЧ - промежуточная частота;

СБПФ - схема, реализующая быстрое преобразование Фурье;

СВЧ - сверхвысокая частота;

СКО - среднеквадратическое отклонение;

СН - согласованная нагрузка;

СПЧФ - схема преобразования частотных флуктуаций в фазовые;

УНЧ - усилитель низкой частоты;

УПЧ - усилитель промежуточной частоты;

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты;

ФВЧ - фильтр высоких частот;

ФД - фазовый детектор;

ФМ - фазовая модуляция;

ФНЧ - фильтр низких частот;

ФПН - фильтр подавления несущей;

ФЧХ - фазо-частотная характеристика;

ЧМ - частотная модуляция. а - коэффициент, характеризующий форму детекторной характеристики СВЧ детектора;

Af - эквивалентная флуктуационная девиация частоты;

ДРэфф - эффективная полоса анализа;

F - частота анализа (частота отстройки от несущей);

FK - значение частоты модуляции при калибровке измерителя флуктуаций;

Fd - частота дискретизации АЦП; f0 - частота несущего колебания СВЧ; p(t) - флуктуации фазы, внесенные активным СВЧ устройством;

Kj(F) - амплитудно-частотная характеристика канала обработки переменной составляющей выходного напряжения детектора;

K=(F) - амплитудно-частотная характеристика канала обработки постоянной составляющей выходного напряжения детектора; m(t) - флуктуации амплитуды СВЧ сигнала; тАм - коэффициент эквивалентной флуктуационной амплитудной модуляции (амплитудное значение);

Шлм.к ~ калиброванный коэффициент амплитудной модуляции; тСвч ~ коэффициент амплитудной модуляции калибровочного сигнала, измеренный с помощью анализатора спектра СВЧ;

Шфм - индекс эквивалентной флуктуационной фазовой модуляции ф (амплитудное значение);

Щфмк - калиброванный коэффициент фазовой модуляции; тчм - индекс эквивалентной флуктуационной частотной модуляции (амплитудное значение); тчм.к ~ калиброванный коэффициент частотной модуляции;

N - количество информационных точек; v(t) - флуктуации частоты СВЧ сигнала;

Qh - нагруженная добротность резонатора;

Sam(F) - относительная спектральная плотность мощности амплитудных ф флуктуаций СВЧ сигнала на частоте анализа;

Sam. min - чувствительность измерения амплитудных флуктуаций СВЧ сигнала;

Snn - степень подавления несущей;

S0m(F) - относительная спектральная плотность мощности внесенных фазовых флуктуаций СВЧ устройства на частоте анализа F\ бфм. min - чувствительность измерения вносимых фазовых флуктуаций СВЧ устройством;

Shm(F) - относительная спектральная плотность мощности частотных флуктуаций СВЧ сигнала на частоте анализа F;

S4M. min - чувствительность измерения частотных флуктуаций СВЧ сигнала;

- крутизна частотного дискриминатора в рабочей точке;

- амплитуда переменной составляющей напряжения СВЧ детектора;

- амплитуда переменной составляющей выходного напряжения СВЧ детектора при калибровке;

- постоянная составляющая выходного напряжения СВЧ детектора;

- постоянная составляющая выходного напряжения СВЧ детектора при калибровке;

- уровень собственных шумов измерительной системы;

- мощность исследуемого СВЧ сигнала на частоте несущей;

- мощность шумов в полосе частот анализа ЛРэфф, обусловленная амплитудными флуктуациями СВЧ сигнала;

- мощность шумов в полосе частот анализа ЛРЭФФ, обусловленная фазовыми флуктуациями, внесенными СВЧ устройством;

- мощность шумов в полосе частот анализа^ РЭФФ, обусловленная частотными флуктуациями СВЧ сигнала.

Последние два десятилетия радиочастотные средства коммуникации, радиометрии, радиолокации интенсивно развиваются во всем мире. Наиболее существенные технологические достижения получены в СВЧ диапазоне. Дальнейшее развитие устройств и систем миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн связано с двумя основными направлениями: 1) повышение чувствительности и пропускной способности систем, повышение рабочих частот; 2) разработка конструкций СВЧ устройств и систем для серийного производства. Перечень направлений, где применение миллиметровых волн из-за присущих им особенностей перспективно, все более расширяется. В радиолокации это высокоточные радиолокационные измерения, сопровождение целей, PJIC анализа и классификации целей, РЛС картографирования местности, скрытные РЛС, радиолокационная астрономия, i обнаружение препятствий, дистанционный контроль вибраций, навигационные и посадочные средства, РЛС ближнего действия, головки наведения ракет, малогабаритные (носимые) РЛС, измерение характеристик рассеяния объектов; в области связи - сверхширокополосная связь, связь без замираний, связь Земля - Космос, связь с космическими кораблями сквозь слой плазмы, межспутниковая связь, связь через пассивные отражатели, скрытная связь; в области радиометрии — радиоастрономия, дистанционный контроль природной среды, контроль загрязнений, обнаружение объектов на фоновых поверхностях, радиосекстанты, медицинская и ветеринарная диагностика, радиоспектроскопия, разогрев и контроль плазмы, воздействие на биохимические и биофизические реакции и т.д.

Чувствительность приемников СВЧ играет ключевую роль при реализации преимуществ миллиметрового диапазона длин волн. Как известно, чувствительность гетеродинных приемников, анализаторов спектра, разрешающая способность средств связи с частотным разделением каналов, дальность действия PJIC и целого ряда радиотехнических устройств, электромагнитная совместимость СВЧ устройств и систем в целом определяется уровнем флуктуаций задающих генераторов или гетеродинов, которые в данной аппаратуре используются. Фазовые и амплитудные характеристики электрически управляемых фазовращателей и делителей мощности в системах распределения мощности и фазирования определяют параметры диаграммы направленности антенной решетки. Бурное развитие техники миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн ужесточило требования к электромагнитной совместимости СВЧ и КВЧ систем и устройств, к «качеству» используемых устройств и сигналов СВЧ и КВЧ. В частотной области под «качеством» активного СВЧ устройства (применительно к усилителям СВЧ, смесителям, детекторам, умножителям или делителям частоты, модуляторам, источникам СВЧ сигналов, электрически управляемым аттенюаторам, фазовращателям СВЧ и т.д.) понимают уровень дополнительных паразитных фазовых или амплитудных флуктуаций сигнала, определяющих вблизи несущей чистоту спектра сигнала, и, следовательно, влияющих на электромагнитную совместимость активного устройства КВЧ. Как правило, в современных СВЧ устройствах уровень амплитудных флуктуаций много меньше уровня вносимых фазовых флуктуаций. На практике вносимые фазовые флуктуации могут определяться по измеренным частотным флуктуациям.

В хорошо освоенном сантиметровом диапазоне длин волн к метрологическим и техническим характеристикам современных измерителей флуктуаций сигналов предъявляются очень высокие требования. Поэтому в сантиметровом диапазоне длин волн для измерения амплитудных, частотных или вносимых фазовых флуктуаций СВЧ устройств и СВЧ сигналов используются отличающиеся по структуре схемы измерения, так как практически любые комбинации измерительных схем ухудшают характеристики системы в целом.

Особенности миллиметрового диапазона длин волн не позволяют просто перенести известные методы построения измерителей флуктуаций, эффективно работающие в сантиметровом диапазоне, на более высокие частоты. Практически все известные измерители флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн построены по супергетеродинному принципу. Это приводит к очень сложной структуре построения таких измерителей и значительному повышению их стоимости. Поэтому в настоящее время целесообразна разработка таких методов измерения флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн, которые обеспечивали бы упрощение структуры построения измерителей флуктуаций, совместное измерение амплитудных, частотных, вносимых фазовых флуктуаций сигналов и автоматизацию процесса измерений. Актуальной является также задача исследования и разработки метрологического обеспечения измерения параметров флуктуаций сигналов и устройств СВЧ при решении задач анализа, синтеза, оптимизации, конструирования, производства новых и совершенствования существующих активных СВЧ и КВЧ устройств.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Как известно, чувствительность гетеродинных приемников, анализаторов спектра, разрешающая способность средств связи с частотным разделением каналов, дальность действия PJIC, электромагнитная совместимость СВЧ устройств и систем в целом определяются уровнем флуктуаций задающих генераторов и гетеродинов, используемых в данной аппаратуре. А управляемые фазовые и амплитудные характеристики элементов фазирования и распределения мощности определяют параметры диаграммы направленности антенной решетки. Интенсивное освоение миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн и связанное с этим проектирование, производство и эксплуатация различных систем и устройств СВЧ и КВЧ определяют ужесточение требований к электромагнитной совместимости КВЧ систем и устройств, к качеству используемых сигналов КВЧ, и ставят задачу разработки методов и средств измерений параметров, определяющих качество сигналов и устройств КВЧ. В частотной области под качеством активного устройства КВЧ (применительно к усилителям, смесителям, умножителям частоты, электрически управляемым аттенюаторам, фазовращателям и т.д.) понимают уровень дополнительных паразитных фазовых или амплитудных флуктуаций сигнала, определяющих вблизи несущей чистоту спектра сигнала, и, следовательно, влияющих на электромагнитную совместимость активного устройства КВЧ. Особенности миллиметрового диапазона длин волн (а именно жесткие допуски на геометрические размеры элементов тракта и фланцевых соединений, большая крутизна и изрезанность АЧХ, ФЧХ элементов тракта, и нестабильность параметров сигналов КВЧ) не позволяют просто перенести известные методы построения измерителей флуктуаций, эффективно работающие в сантиметровом диапазоне, на более высокие частоты. В связи с этим становятся актуальными задачи исследования методов измерения флуктуаций сигналов в миллиметровом диапазоне длин волн; разработки автоматических измерителей флуктуаций сигналов КВЧ и активных устройств КВЧ; задачи калибровки измерителей флуктуаций сигналов КВЧ.

Ключевыми задачами являются получение обобщенных математических моделей для процессов измерения и калибровки, разработка на базе этих моделей алгоритмов измерения и калибровки, обеспечивающих высокую степень автоматизации и точность измерения, исследование и разработка метрологического обеспечения измерения параметров флуктуаций сигналов и устройств КВЧ при решении задач анализа, синтеза, оптимизации, производства новых и совершенствования существующих КВЧ устройств.

Целью работы является разработка методов измерения флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн, создание на их основе автоматических измерителей амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов КВЧ и разработка методов калибровки этих измерителей.

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

- исследование методов измерения амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов в СВЧ и КВЧ устройствах; разработка и анализ обобщенной математической модели при измерении флуктуаций сигналов СВЧ и КВЧ и структурной схемы измерителя;

- исследование и разработка методов калибровки измерителей флуктуаций сигналов в СВЧ и КВЧ устройствах; исследование и разработка способов обеспечения возможно более полной автоматизации процессов калибровки и измерений; практическая реализация измерителей амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов КВЧ и систем их калибровки;

- исследование точностных характеристик КВЧ измерителей флуктуаций.

Методы исследования носят теоретический и экспериментальный характер, с использованием общей теории цепей (матричных методов), теории ориентированных графов, теории преобразования сигналов, теории спектрального анализа, общей теории погрешностей и выражения неопределенности результата измерений.

Научная новизна работы определяется следующими результатами:

- предложен метод автоматического измерения флуктуационных параметров сигналов в СВЧ устройствах, необходимый для обеспечения электромагнитной совместимости СВЧ устройств;

- предложены аналитические выражения для определения относительной спектральной плотности мощности трех видов флуктуаций, учитывающие в явном виде параметры измерителя, алгоритмы калибровки и измерения флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах;

- предложен метод калибровки измерителей флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах, позволяющий метрологически, обеспечить проектирование, производство и эксплуатацию СВЧ устройств;

- проведен теоретический анализ, оценены источники и результирующие неопределенности результатов измерения флуктуационных параметров сигналов СВЧ, предложены пути повышения точности измерений. Предложенный метод калибровки измерителей флуктуаций также позволяет на (20 - 50)% уменьшить погрешность измерения прибора.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные в диссертационной работе методы измерения, калибровки и математические модели являются основой для создания в миллиметровом диапазоне длин волн автоматических измерителей флуктуаций сигналов. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволили создать автоматические измерители амплитудных и частотных флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн, фазовых флуктуаций, вносимых активными устройствами миллиметрового диапазона длин волн.

Реализация в промышленности и внедрение. Результаты диссертационной работы внедрены в Институте молекулярной и атомной физики НАН Беларуси; в испытательной лаборатории аппаратуры и устройств СВЧ БГУИР, аккредитованной в системе испытательных, поверочных и калибровочных лабораторий Республики Беларусь; в ЗАО ПФ «Элвира» (Россия). Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами. Поданы две заявки на патент.

Положения, выносимые на защиту:

Разработанный метод измерения флуктуаций сигналов в устройствах миллиметрового диапазона длин волн, использующийся для обеспечения электромагнитной совместимости СВЧ устройств, и позволяющий проводить измерение трех видов флуктуаций сигналов с помощью единого измерительного тракта, автоматизировать и существенно упростить проведение измерений флуктуаций.

Полученные аналитические выражения, учитывающие в явном виде собственные параметры измерителя флуктуаций и блока его калибровки, и позволяющие определить относительную спектральную плотность мощности трех видов флуктуаций сигналов в устройствах миллиметрового диапазона длин волн.

Разработанный метод калибровки измерителей флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах, использующийся для метрологического обеспечения проектирования и изготовления устройств миллиметрового диапазона длин волн, позволяющий автоматизировать и упростить проведение калибровки и улучшить метрологические характеристики измерителя флуктуаций.

Личный вклад соискателя. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на 17 международных конференциях (2000 - 2006 годы):

V Международная научно-техническая конференция «Современные средства связи», Республика Беларусь, Нарочь, сентябрь 2000.

Международная научно-техническая конференция Академии Наук Республика Беларусь, Республика Беларусь, Минск, октябрь 2000.

XI Международная научно-техническая конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, сентябрь 2001.

VI Международная научно-техническая конференция «Современные средства связи», Республика Беларусь, Нарочь, октябрь 2001.

I Международная специализированная выставка-конференция военных и двойных технологий «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления», Россия, Нижний Новгород, апрель 2002.

XII International traveling summer school on microwaves and lightwaves, National Academy of Sciences of Belarus, July 2002.

XII Международная научно-техническая конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, сентябрь 2002.

VII Международная научно-техническая конференция «Современные средства связи», Республика Беларусь, Нарочь, сентябрь - октябрь 2002.

IV Всероссийская научно-техническая конференция «Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации», Россия, Московская область, г.Поведники, ноябрь 2002.

VIII Международная научно-техническая конференция «Современные средства связи», Республика Беларусь, Нарочь, сентябрь - октябрь 2003.

II Международная научно-техническая конференция «Технические средства защиты информации», Республика Беларусь, Минск-Нарочь май 2004.

XIV Международная научно-техническая конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, сентябрь 2004.

III Белорусско-российская НТК «Технические средства защиты информации», Минск-Нарочь, май 2005.

II Международная научно-техническая конференция «Военно-технические проблемы, проблемы обороны и безопасности, использование технологий двойного применения», Республика Беларусь, Минск, май 2005.

XV Международная научно-техническая конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, сентябрь 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы, из них: глава в монографии, 2 заявки на патент, 16 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК Беларуси и России, 11 статей в сборниках трудов МНТК, 3 тезиса доклада. Результаты работы отражены в 4 отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из перечня условных обозначений, введения, общей характеристики работы, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем диссертации составляет 167 страниц, из них 97 страниц текста, 53 рисунка на 26 страницах, 10 таблиц на 6 страницах, библиографический список из 182 наименований на 17 страницах и 4 приложения на 21 странице.

19

4.6 Выводы

1) Исследованы характеристики разработанного формирователя образцового сигнала СВЧ. Определены условия формирования сигнала СВЧ с амплитудной, частотной или фазовой модуляцией. Параметры настройки блока калибровки едины для широкого диапазона значений частот модуляции. С помощью поляризационного аттенюатора возможна точная установка значения коэффициента амплитудной модуляции в пределах от -22 дБ до -78дБ. Степень подавления амплитудной модуляции в режиме формирования угловой модуляции составляет от -49,3 дБ до -53,5 дБ. Погрешность, связанная с воспроизведением образцовых СВЧ сигналов с амплитудной, частотной или фазовой модуляцией, составила не более ±1,5 дБ.

2) Исследованы три метода определения значения коэффициента а, характеризующего форму детекторной характеристики диода. Сравнение трех методов определения коэффициента а показало, что в области больших сигналов результаты измерения а хорошо согласуются друг с другом и результатами, полученными в ряде работ. Определены условия проведения измерения амплитудных флуктуаций с помощью разработанных ИФ при минимальных погрешностях.

3) Проведены исследования параметров измерителей флуктуаций сигналов СВЧ в режимах измерения амплитудных, частотных или вносимых фазовых флуктуаций при двух методах калибровки прибора. Результаты измерения параметров флуктуаций сигнала СВЧ, полученные с помощью разработанных измерителей и анализатора спектра СВЧ, отличаются друг от друга не более чем на ±3 дБ, среднеквадратическое отклонение (СКО) результатов измерения составило (0,5.0,7) дБ. Погрешности измерения параметров флуктуаций при калибровке измерителя с помощью блока калибровки определяются погрешностью установки и измерения значений коэффициента AM, индексов ЧМ или ФМ образцового СВЧ сигнала спектральными методами.

4) Использование предложенного формирователя образцового сигнала СВЧ и методики калибровки ИФ позволяет практически исключить систематическую погрешность измерителя, зависящую от частоты сигнала (частоты анализа), и существенно уменьшить случайную составляющую погрешности измерения (в 1,5.3,5 раза), зависящую от величины входного сигнала. Дополнительно уменьшить значение СКО результата измерения можно при использовании многократных измерений и методов статистической обработки результатов измерения.

5) Определены пределы измерения параметров амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигнала СВЧ с помощью разработанного измерителя флуктуаций MNM 78-118.

6) В соответствии с современными требованиями и европейскими метрологическими нормами [138] проведение калибровки средства измерения предусматривает нахождение неопределенности результата измерения. Основываясь на «Руководстве по выражению неопределенности измерения» [97] и ряде других нормативных документов [37, 68-69, 98, 106-107, 138-139], впервые были разработаны методики оценки неопределенности результатов измерения ОСПМ амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций СВЧ сигнала с помощью разработанного измерителя.

В случае калибровки измерителя по отдельным функциональным частям, получены следующие результаты измерения с учетом неопределенности

SAM(F)±2.7) дБ/Гц (к=2.0; Р=0.95);

S4M(F)±3.5) дБ/Гц (к=2.0; Р=0.95);

S0M(F)±2A) дБ/Гц (k=2.0; P=0.95).

В случае калибровки измерителя с использованием блока калибровки (Sam(F)±2.1) дБ/Гц (к=2.0; Р=0.95)~ (SiIM(F)±2.3) дБ/Гц (к=2.0; Р=0.95); (S0M(F)±2.0) дБ/Гц (к=2.0; Р=0.95).

7) Анализ составляющих неопределенности результата измерений, проведенный в бюджетах неопределенности, выявил, что основной вклад (более 90%) в значение результирующей неопределенности результата измерения вносят: 1. неопределенность измерения коэффициента, характеризующего форму характеристики диода, и неопределенность измерения крутизны преобразования частотного дискриминатора;

2. неопределенность измерения АЧХ каналов блока обработки информации;

3. неопределенности измерения выходного напряжения детектора;

4. неопределенность, обусловленная корреляционной связью измерения напряжений детектора.

8) По результатам расчетов при использовании разработанного формирователя образцового сигнала СВЧ, неопределенности результатов измерения флуктуаций СВЧ сигнала уменьшаются на (20-50)% по сравнению со случаем калибровки ИФ по функциональным частям и составляют от ±2,0 дБ до ±2,3 дБ.

9) Проведенный анализ неопределенностей результатов измерения выявил пути повышения точности разработанных приборов. В первую очередь повышение точности определения: 1. коэффициента, характеризующего форму диода детектора; 2. крутизны преобразования частотного дискриминатора; 3. индекса калибровочной модуляций образцового СВЧ сигнала; 4. измерения выходных напряжений детектора необходимо проводить с помощью АЦП с большим количеством разрядов и прецизионным НЧ блоком обработки аналогового сигнала. При выполнении данных рекомендаций можно ожидать значение суммарной неопределенности результата измерений параметров флуктуаций СВЧ сигнала менее ±1 дБ [20-А, 24-А - 27-А].

10) Приведенные методики могут служить основой для разработки нормативного документа: рекомендаций по оценке неопределенности результатов измерений флуктуаций сигналов СВЧ диапазона. В настоящее время в данном диапазоне частот используется только один аналогичный нормативный документ: рекомендации по оценке неопределенности результатов измерений амплитудных параметров СВЧ устройств [100].

124

ГЛАВА 5

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 5.1 Измеритель флуктуаций MNM 25-37

Результатом проведения ряда научно-исследовательских работ стала разработка и изготовление измерителей флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн на основе предложенных в диссертационной работе методов и принципов [25-А - 27-А]. В частности, автоматический измеритель амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций диапазона частот 25.86 - 37.5ГГц и алгоритмы его калибровки использовались в Институте молекулярной и атомной физики НАН Беларуси в лаборатории физики газового разряда на установке «Гранит» при исследовании взаимодействия СВЧ излучения с замагниченной плазмой. Акт о внедрении результата данной диссертационной работы в Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси приведен в Приложении П 1. Внешний вид измерителя флуктуаций MNM 25-37 приведен на рисунке 5.1 (на рисунке не показан персональный компьютер, входящий в состав измерителя флуктуаций).

Рисунок 5.1 - Внешний вид измерителя флуктуаций MNM 25-37

5.2 Измеритель флуктуаций MNM 78-118

Также был разработан и изготовлен измеритель амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов диапазона частот 78.33-118.1 ГГц MNM 78-118. Данный прибор используется в испытательной лаборатории аппаратуры и устройств СВЧ БГУИР, аккредитованной в системе испытательных, поверочных и калибровочных лабораторий Республики Беларусь. Измеритель флуктуаций MNM 78-118 был разработан при выполнении задания 2.08 «Разработать и изготовить прибор для измерения флуктуаций амплитудных и фазовых параметров устройств в 3 мм диапазоне длин волн» в рамках ГНТП «Приборы для научных исследований». Акт о внедрении результатов данной диссертационной работы также приведен в Приложении П 1. Внешний вид измерителя флуктуаций MNM 78-118 приведен на рисунке 5.2 (на рисунке не показан персональный компьютер, входящий в состав измерителя флуктуаций).

Рисунок 5.2 - Внешний вид измерителя флуктуаций MNM 78-118

Внешний вид разработанного формирователя образцового сигнала СВЧ MSCM 78-118 для калибровки измерителя флуктуаций MNM 78-118 приведен на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Внешний вид формирователя образцового сигнала СВЧ MSCM 78-118 для калибровки измерителя флуктуаций MNM 78-118

Основные технические характеристики разработанных измерителей флуктуаций приведены в таблице 5.1 [25-А - 27-А].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге выполненной работы получены следующие результаты:

1. Проведен анализ и сравнение современных методов и средств измерения амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов в устройствах миллиметрового диапазона длин волн и выявлено, что измерение различных видов флуктуаций сигнала осуществляется по отдельным схемам, базируясь, главным образом, на детектировании сигналов, выделении постоянной и переменной составляющих с использованием низкочастотного анализатора спектра. Калибровка измерителей флуктуаций СВЧ сигналов, как правило, сводится к определению действительных значений характеристик отдельных функциональных частей прибора. В миллиметровом диапазоне длин волн нерешенными являются задачи комплексной калибровки измерителя, его метрологическое обеспечение, разработка алгоритмов автоматизации процессов калибровки и измерения. Наиболее перспективным путем построения измерителя флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн, с точки зрения автоматизации процесса измерения и калибровки, является разработка единого СВЧ измерительного тракта с использованием высокодобротного резонатора в качестве частотного дискриминатора [1-А, 4-А, 5-А, 14-А, 26-А, 28-А].

2. Предложена математическая модель проведения измерений амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов с учетом специфики миллиметрового диапазона длин волн. Данная модель применима при объединении трех различных СВЧ трактов в единый измерительный комплекс, и учитывает особенности используемых в нем устройств миллиметрового диапазона длин волн. Опираясь на математическую модель измерений, предложены аналитические выражения для расчета относительной спектральной плотности мощности трех видов флуктуаций по измеренным значениям выходных напряжений тракта [4-А, 6-А, 7-А, 13-А, 14-А,16-А,31-А].

3. Разработан единый СВЧ измерительный тракт, объединяющий в себе особенности схемы непосредственного детектирования амплитудных флуктуаций, двухканальной схемы измерения частотных флуктуаций со схемой подавления несущей, и двухканальной схемы измерения вносимых фазовых флуктуаций. Разработана низкочастотная система обработки измерительной информации на базе персонального компьютера. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение автоматического функционирования всей измерительной системы прибора в различных режимах (калибровка измерителя и измерение трех видов флуктуаций СВЧ сигналов). При этом достигнута высокая степень автоматизации процессов калибровки и измерения флуктуаций, что существенно упрощает эксплуатацию прибора и повышает его характеристики (надежность, точность и повторяемость результатов измерения) [3-А, 4-А, 17-А, 20-А, 26-А-28-А, 30-А, 33-А].

4. Разработан комплексный блок калибровки измерителя флуктуаций, позволяющий свести измерение флуктуаций СВЧ сигнала к измерению отношения уровней образцового и измерительного сигналов, при этом отпадает необходимость в трудоемком определении некоторых параметров СВЧ измерительного тракта. Предложены методы определения и нормализации всех параметров измерителя флуктуаций сигналов миллиметрового диапазона длин волн [2-А,5-А,9-А,16-А-19-А,21-А,25-А,30-А]

5. Проведен теоретический анализ, оценены и выражены неопределенности результатов измерения относительных спектральных плотностей мощности амплитудных, частотных и вносимых фазовых флуктуаций сигналов в СВЧ устройствах с помощью разработанных измерителей. Использование разработанного блока калибровки позволяет существенно упростить процедуры проведения калибровки и измерения флуктуаций [6-А, 7-А, 11 -А - 15-А, 18-А, 22-А - 24-А, 31 -А, 32-А].

6. Изготовлены и исследованы экспериментальные образцы автоматических измерителей флуктуаций сигналов в диапазонах частот 25,86-37,5 ГГц и 78,33-118,1 ГТц [7-А - 10-А, 23-А, 26-А - 29-А].

1. А.с. 1322166 А1. Устройство для измерения флуктуаций квазисинусоидальных сигналов / Щербина А.С. Опубл. 01.06.1984, Бюл. № 1 // Открытия. Изобретения. - 1984. -№1. - С. 14.

2. А.с. 1402958 А1. Анализатор фазовых флуктуаций генераторов / Бальчюнайтис А.В., Гилис А.-А.А. Опубл. 04.11.1986, Бюл. № 3 // Открытия. Изобретения. - 1986. -№ 3. - С. 34.

3. А.с. 1499260 А1. Измеритель частотных флуктуаций генераторов / Попельнюк В.Д., Знаменский А.Д., Минина Г.П. Опубл. 12.01.1988, Бюл. № 12 // Открытия. Изобретения. - 1988. -№12. - С. 82.

4. А.с. 1368794 А1. Измеритель частотных флуктуаций СВЧ генераторов / Сошенко В .А., Чумак В.Г., Шкодин В.И. Опубл. 07.07.1986, Бюл. № 11// Открытия. Изобретения. - 1986. - №11. - С. 43.

5. Альтман И.А. Экспериментальное исследование флуктуационных процессов амплитуды и фазы в автогенераторах с высокодобротным контуром//Вопросы радиоэлектроники.-М., 1991.-Выпуск 12.-С.49-60.

6. Анализ спектра фазовых флуктуаций методом измерения временных интервалов / Г.Л. Абрамян, Ю.А. Аптэк, И.Н. Конкин, П.Г. Смелов, Б.П. Фатеев, В.В. Якимов // Техника средств связи, Серия Радиоизмерительная техника. 1991. - Выпуск 3. - С. 59-64.

7. Анализатор спектра опорных сигналов высокостабильных генераторов / Ю.Э. Аптэк, A.M. Кудрявцев // Техника средств связи, Серия Радиоизмерительная техника. М., 1990.- Выпуск 5. -. - С. 58-64.

8. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Радио и связь, 1982. - 175 с.

9. Андреев Г.А., Агратин С.Г., Хохлов Г.И. Метод подповерхностного зондирования JI4M сигналом // Радиотехника. 1992. - № 12.-С.46-48.

10. Андреев Г. А., Гладышев Г.А., Журавлев А.В. Моделирование голограммы и восстановление изображения при подповерхностном зондировании. // Радиотехника, -2007, №7, - С. 17-26.

11. Андреев Г.А., Заенцев JI.B., Яковлев В.В. Радиоволновые системы подповерхностного зондирования // Зарубежная радиоэлектроника -1991. №2. - С.3-22.

12. Андреев Г.А., Зражевский А.Ю., Кутуза Б.Г. Распространение миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн в тропосфере. Проблемы современной радиотехники и электроник.-1980.-С.139-163.

13. Андреев Г.А., Огарев С.А., Хохлов Г.И. Частотные характеристики в миллиметровом диапазоне волн турбулентного тропосферного радиоканала над хаотической подстилающей поверхностью. // Радиотехника и электроника, 1994, т. 39, №11, С. 1741-1750.

14. Базас Ю.Н. О классификации методов измерения девиации частоты // М.: Измерительная техника, 1980. №7. - С. 59-61.

15. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989. - 624 с.

16. Богнер Р., Константинидис А. Введение в цифровую фильтрацию. М.: Мир, 1976.-214 с.

17. Болмусов Ю.Д. Измерение малых значений паразитной девиации частоты в генераторах сигналов // М.: Измерительная техника, 1987. -№10.-С. 50-51.

18. Буевич Е.А., Воробьев Ю.П., Дорогов А.Ю., Наумович Н.М. Методы и результаты экспериментальных исследований электровакуумных генераторных устройств миллиметрового диапазона // Материалы 28-ой НТК. С. 409-414.

19. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. М.: Мир, 1986.- 125 с.

20. Ван дер Зил А. Единое представление шумов типа 1/f в электронных приборах: фундаментальные источники // ТИИЭР. 1988. - Т. 76, №3. -С. 28-57.

21. Ван дер Зил А. Флуктуационные явления в полупроводниках. М.: Иностранная литература, 1961. 219 с.

22. Ван дер Зил А. Шум: Источники, описание, измерение. М.: Советское радио, 1973.-237 с.

23. Влияние барьерной емкости диода Шоттки на низкочастотные шумы детектора сверхвысоких частот / В.М. Малышев, В.Г. Усыченко // Известия высших учебных заведений, Радиофизика. Нижний Новгород, 1992. - Том 35, №5. - С. 407-420.

24. Влияние высокочастотной связи между детекторами на точность корреляционного метода измерений флуктуаций генераторов СВЧ / С.С. Каратецкий, А.Ф. Емельянов // М.: Радиотехника и электроника, 1962.-№11.-С. 1896-1900

25. Влияние шероховатости поверхности на вольт-амперную характеристику барьера Шоттки Ni-n-GaAs / А.В. Марченко, В.Ф. Туз, В.А. Цендровский, А.С. Артемов // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. Киев, 1988. - Вып. 14. - С. 48-51.

26. Возможности когерентного метода измерения низкочастотных флуктуаций маломощных СВЧ генераторов / С.С. Каратецкий, С.А. Корнилов, Е.И. Хацкевич // Радиотехника. 1963. - Т. 10, № 6 - С.62.

27. Вольт-амперные характеристики и нелинейные свойства диодов Ганна из фосфида индия в сильных полях / В.И. Борисов, A.JI. Галанин, В.Е. Лобченко, А.С. Ригашков, А.А. Телегин // М.: Радиотехника и электроника, 1988. Вып. 4. - С. 2211-2214.

28. Ганзий Д.Д., Белкин Н.А., Гайнутдинов Т.А. Актуальные вопросы исследований распространения радиоволн, электромагнитной совместимости, антенно-фидерных устройств средств радиосвязи и радиовещания : Учебное пособие. / -М.: Сайнс-пресс, 2002, - 128с.

29. Ганзий Д.Д., Ганцевич М.М., Касаткин В.В. Антенна Кассегрена с дополнительными облучателями для парциальных адаптивных каналов. // Радиотехника и электроника, т.49, № 5, 2004, - С. 17-23.

30. Ганзий Д.Д., Егоров И.П., Русаков П.В. Проблемы и принципы построения систем. // Радиотехника, №11,- 2007, С.5-9.

31. Ганзий Д.Д., Трошин Г.И. Адаптивная компенсация помех в каналах радиосвязи / -М.: Сайнс-пресс, 2002,- 54с.

32. Гольденберг JI.M., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1985. - 315 с.

33. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1977. - 179 с.

34. ГОСТ 13317-89. Элементы соединения СВЧ трактов радиоизмерительных приборов. Присоединительные размеры. Введ. 01.01.89. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 78 с.

35. ГОСТ 20271.1-91 Государственный стандарт Союза ССР. Изделия электронные СВЧ. Методы измерения электрических параметров. М., 1991.- 121 с.

36. ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Общие положения. 2002. - 130 с.

37. Григорьев Т.Е. Измерение паразитной частотной и фазовой модуляций // Вопросы радиоэлектроники. 1963. - Сер. X. - С. 105-109.

38. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. Санкт-Петербург, 1995. 48 с.

39. Естественные шумы диодного амплитудного детектора / И.П. Бережняк, В.Н. Кулешов // Радиоэлектронные устройства. М.: Радиотехника, 1978. - Том 33, №11. - С. 34-38.

40. Измерение параметров фликкерного шума смесительных и варакторных диодов / П.Т. Зубов, Б.Е. Лещуков, Ю.Л. Хотунцев // М.: Радиотехника и электроника, 1986. Вып. 10. - С. 2104-2105.

41. Измерение спектральной плотности мощности твердотельных генераторов шума на автоматизированной аппаратуре с применением микро-ЭВМ / В.Е. Паняев, Б.Н. Швецов // Электронная техника, Серия 1 : Электроника СВЧ. 1986. - Вып. 10 (394). - С. 28-31.

42. Измерение стабильности частоты. Ф.Л. Уоллс, Д.У. Аллен // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. 1986. -Т.74, №1. - С. 182-188.

43. Измерение флуктуаций фазы сигнала методом фазового детектирования с использованием двухканального анализатора спектра Фурье / Г.Л. Абрамян, Ю.А. Аптэк // Техника средств связи, Серия Радиоизмерительная техника. 1991. - Выпуск 3. - С. 64-71.

44. Измерение флуктуаций частоты методом задержки сигнала во времени / Радиотехника. 1957. - Т. 12, № 5. - С. 67-72.

45. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах. Методы и техника / Под ред. Р.А. Валитова, Б.И. Макаренко. М.: Радио и связь, 1984.-294 с.

46. Исследование вольт-амперных характеристик полевых транзисторов с барьером Шоттки при низких температурах / А.К. Балыко, Д.А. Ковтунов, А.С. Тагер // Электронная техника, Серия 1: Электроника СВЧ. 1989.-Вып. 1(415). -С. 16-17.

47. Исследование и разработка методов измерения шумов источников колебаний СВЧ; диапазона: Отчет о НИР / БГУИР; Рук. Гусинский

48. A.В;; № 90/162.- Минск, 2002. 119 с.

49. B.Н., Перфильев В.И. //М.: Радиотехника и электроника, 1982. №11.1. C. 2191-2196.

50. Карпин Ю.А. Учет неидеальности детектора СВЧ при измерении коэффициента амплитудной модуляции и амплитудно-модулированных шумов // Электронная техника^ Серия 1: Электроника СВЧ. М., 1986. - Вып. 8(392). - С. 36-37.

51. Климов А.И. Амплитудно-частотная характеристика германиевого СВЧ детектора на горячих носителях. // Приборы и техника эксперимента. М., 1999. - №6. - С. 86-88.

52. КМ. Вёлкер. Программный метод повышения точности и гибкости системы измерения фазовых шумов // Электроника. 1983. - Вып. 6. -С. 57-63.

53. Комплект высокодобротных резонаторов в диапазоне 17,44 25,95 ГГц / В.Н; Копусов, В.Н. Родионова // Техника средств связи, Серия Радиоизмерительная техника. - 1983.- Выпуск 5. - С. 38-44.

54. Корнилов С.А. Методы измерения флуктуаций частоты малошумящих СВЧ генераторов // Научные труды, Московский энергетический институт. 1989. - Выпуск 200: - С. 67-81.

55. Корнилов С. А. Сравнение методов измерения амплитудных флуктуаций СВЧ приборов // Электроника. Вопросы радиоэлектроники. 1965. - Сер. 1, вып. 9. - С. 101-119.

56. Корнилов С.А., Павлов B'.Mf. О специфических погрешностях двухканального (корреляционного) метода измерений флуктуаций амплитуды сигнала СВЧ-генераторов // Электронная техника, Серия: Электроника СВЧ. М.,1982. - Вып. 8 (344). - С. 51-54.

57. Корнилов С.А-., Савшинский В.А., Уман, С.Д. Шумы, клистронных генераторов малой мощности. -М:: Советское радио; 1972'. 202 с.

58. Левин В.А. Методы измерения* фазовых и частотных шумов радиосигналов // Электросвязь. 1996. - №12. - С. 14-15.

59. Липатников В.П. Численный анализ работы диода с барьером Шоттки в СВЧ- диапазоне в детекторном режиме // Техника средств связи, Серия: Радиоизмерительная техника. М., 1985. - Вып. 5. - С. 30-37.

60. Лисицын А.А., Родионов А.Д. Обзоры по электронной технике: Широкополосные диодные смесители СВЧ-диапазона. Серия** 1*. -Электроника СВЧ. 1988. - Выпуск 20 (1413). - 45-67 с.

61. Малахов А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М.: Наука, 1968.-321 с.65* Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. -М.: Мир. 1990. 570 с.

62. Мецнер Е.П. Исследование характеристик амплитудного диодного СВЧ детектора // М.: Радиотехника, 1991. №3. - С. 20-23.

63. Мецнер Е.П. Исследование характеристик резонаторного СВЧ дискриминатора при различных режимах СВЧ детектора. // М.: Радиотехника, 1992. №5. - С. 19-24.

64. МИ 2174-91 ГСИ. Аттестация алгоритмов и программ обработки данных при измерениях. Основные положения. 1991. - 123 с.

65. МИ' 222-80 "Методика расчета метрологических характеристик измерительных каналов информационно-измерительных систем по метрологическим характеристикам компонентов". -Москва, 1980. -53с.

66. Модуляционное воздействие низкочастотных флуктуаций концентрации электронов на проводимость диода Ганна / А.В. Мещеряков, C.JI. Румянцев // Электронная техника, Сер.1: Электроника СВЧ. М., 1984. - Вып. 11(371). - С.19-22.

67. Мусаелян С.А., Безруков В.Г. Отечественные радиорелейные станции // Вестник Связи, № 9, - 1998, - С.45-53.

68. Мусаелян С.А., Безруков В.Г., Рыжков А.В. Радиорелейное оборудование на рынке России. Состояние и перспективы. / Самара: Экран. Аналитика, 2004, - 124с.

69. Мусаелян С.А., Рощин В.В., Безруков В.Г. 155 Мбит/с отечественное радиорелейное оборудование. // Материалы XI МНТК "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", 2001, - С.243-245.

70. Мусаелян С.А., Федоров Е.И. Сельская связь: проблемы и решения/ // Технологии и средства связи. 2001, - № 6, - С. 14-21.

71. Низкочастотные флуктуации в генераторах гармоник миллиметрового диапазона на диодах Ганна / И.А. Кравцов, А.В. Мещеряков // Радиотехника и электроника. 1993. - Вып.2. - С. 334-341.

72. Новоженин В.М. Исследование флуктуаций частоты генератора Ганна // Известия вузов СССР. Радиоэлектроника. 1980. - T.XXIII, № 10 -С.75-77.

73. О некоторых особенностях шумовых характеристик диодов Ганна / Э.Д. Прохоров, С.Н. Скоробогатова // М.: Радиотехника и электроника, 1983.-Вып. 1.-С. 203-204.

74. Об измерении малых коэффициентов амплитудной модуляции на сверхвысоких частотах / А.И. Горелов, С.Н. Зобков // Вопросы радиоэлектроники, сер. РИТ. 1965. - Вып. 2. - С. 68-85.

75. Одноканальный метод для измерения шумов генераторов миллиметрового диапазона волн / С.А. Корнилов, С.Н. Шулепов // Электронная техника, Серия 1 : Электроника СВЧ. 1988. - Вып. 5 (409). - С. 48-52.

76. Оппенгейм Э. Применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1980. - 547 с.