автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.15, диссертация на тему:Разработка методов и способов для метрологического обеспечения анализаторов спектра электрических сигналов (последовательность действия)

РГВ од

¡ш 2000

^.£і^ІВСІ^Й ДЕрЖАВтТЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЬпЛі ¿0'0

- > ШЗІІ

Славінський Сергій Іванович

УДК 621.3.089.6

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ДЛЯ МЕТРОЛОГІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АНАЛІЗАТОРІВ СПЕКТРУ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ (ПОСЛІДОВНОЇ ДІЇ)

Спеціальність 05.11.15 - метрологія та метрологічне забезпечення

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному науково-дослідному інституті метрології Держстандарту України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Павленко Юрій Федорович,

Харківський державний науково-дослідний інститут метрології, завідувач науково-дослідного відділу

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Кравченко Володимир Іванович, Науково-дослідний проектно-конструкторський інститут "Молнія" Харківського державного політехнічноґ університету, директор інституту

кандидат технічних наук, доцент Черепков Сергій Тимофійович, Науковий метрологічний центр (військових еталонів), м. Харків, керівник центру

Провідна установа: Інститут електродинаміки

Національної Академії Наук України, м. Київ

Захист відбудеться “ ^ _____________ 2000 р. о годині на засідаш

спеціалізованої вченої ради Д64.050.09 у Харківському державному політе> нічному університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Харківського державног політехнічного університету.

Автореферат розісланий “ — (" 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Актуальність теми. Для розвитку багатьох областей науки і техніки, таких як радіотехніка і електроніка, радіомовлення і телебачення, радіолокація і радіонавігація, електромагнітна сумісність та ін., - необхідна наявність сучасних методів досліджень і вимірювальних засобів, що дозволяють реалізувати ці методи на практиці. Одним із основних методів є метод спектрального аналізу, тобто дослідження розподілу потужності сигналу в частотній області.

Давно пройшли часи, коли аналізатор спектру був приладом індикаторного типу. Високий рівень технічних та метрологічних характеристик сучасних приладів, здійснюючих спектральний аналіз, вимагав розробки ефективних методів їх атестації, випробувань і повірки. Виникло завдання забезпечення єдності вимірювань у даній області, з'явилась потреба вирішення низки методологічних питань, пов’язаних з уточненням нормування параметрів аналізаторів спектру (АС) та їх визначенням.

Існуючі методи випробувань та повірки АС у ряді випадків не дозволяли на необхідному рівні точності визначити параметри і характеристики даних приладів, зокрема такі, як похибка вимірювання відносного і абсолютного рівня спектральних складових досліджуваних сигналів в широкому динамічному діапазоні, нерівномірність амплітудно-частотної характеристики (АЧХ), параметри спотворень, внесених трактом АС.

В зв’язку з цим, важливою і актуальною є задача дальшого розвитку теоретичних питань повірки АС, вдосконалення методів повірки, а також створення відповідних технічних засобів для забезпечення необхідної точності і єдності вимірювань в області спектрального аналізу.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати, наведені в дисертаційній роботі, отримані у процесі виконання слідуючих НДР науково-дослідної тематики ХДНДІМ: “Пошук методів повірки аналізаторів спектру послідовної дії в діапазоні частот 0,1-1000 МГц” (1984 p.); “Розробка методів метрологічного забезпечення аналізаторов спектру НВЧ діапазону” (1987 p.); “Повірочна установка вищої точності для вимірювання параметрів спектру радіотехнічних сигналів” (1994 p.); “Розробка методик для періодичної повірки аналізаторів спектру послідовної дії” (1986 p.), виконаних у відповідності з планами наукових досліджень згідно з координаційними планами Держстандарту.

Автор дисертації приймав безпосередню участь у виконанні вказаних робіт і 5ув їх виконавцем та відповідальним виконавцем

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є подальше здосконалення метрологічного забезпечення аналізаторів спектру послідовної дії.

Досягнення поставленої мети потребує вирішення наступних задач:

- уточнення нормованих параметрів і характеристик аналізаторів спектру і їх зв’язків з загальноприйнятими (базовими) фізичними величинами та їх одиницями;

- встановлення критеріїв вибору виду і параметрів випробувального сигналу для повірки АС;

- розробки і дослідження методів вимірювання параметрів аналізаторів спектру;

- створення технічних засобів для повірки АС;

- розгляду принципів забезпечення єдності вимірювань в області спектрального аналізу;

- розробки необхідної нормативно-технічної документації.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в подальшому розвитку основних положень метрологічного забезпечення аналізаторів спектру, зокрема:

- розробці методики децентралізованого метрологічного забезпечення АС, яка полягає в уточнені зв'язків нормованих параметрів АС з базовими фізичними величинами (ФВ), розробці методів перетворення параметрів АС в ці величини з послідуючою опорою на існуючі еталони базових ФВ;

- формулюванні вимог до параметрів випробувальних сигналів і до умов проведення повірки;

- розробці нових модифікацій і удосконаленні відомих методів визначення параметрів і характеристик АС;

- розробці оптимальних принципів побудови повірочної апаратури в області спектрального аналізу, основаної на використанні серійних радіовимірювальних приладів (РВП) та окремих спеціальних вузлів та пристроїв.

Практичне значення одержаних результатів полягає в створенні методів повірки АС, технічних засобів повірки та необхідної нормативно-технічної документації на методи і засоби повірки, їх впровадженні в метрологічну практику, що дозволило підняти рівень метрологічного забезпечення АС;

Розроблена апаратура робочого еталону в області аналізу спектру радіотехнічних сигналів дозволяє забезпечити атестацію технологічного і випробувального обладнання використовуваного при випуску АС, а також проводити повірку самих АС.

Розроблено пакет програмного забезпечення для здійснення автоматизованого режиму роботи робочого еталона в області аналізу спектру, при повірці автоматизованих АС останнього покоління, який дозволяє більше як в 10 разів скоротити час, що використовується на повірку.

Результати досліджень можуть також служити основою для розробки метрологічного забезпечення таких груп приладів як аналізатори спектру у реальному масштабі часу, панорамні широкополосні вимірювальні приймачі, широкополосні селективні мікровольтметри.

з

Особистий внесок здобувача полягає у:

- проведенні аналітичного огляду і участі у роботах по обгрунтуванню та розвитку теоретичних питань метрологічного забезпечення АС;

- удоскосконаленні ряду відомих та розробці нових модифікацій методів повірки і засобів їх апаратурної реалізацій, а також у їх експериментальному дослідженні;

- керівництві розробкою апаратури робочого еталону в області аналізу спектру електричних сигналів, її дослідженням і атестацією, розробці алгоритмів і методик повірки;

- розробці нормативно-технічної документації на методи і засоби повірки.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної зоботи були повідомлені, обговорені і схвалені на науково-технічних конференціях, в тому числі: VI Всесоюзній конференції “Метрологія в радіоелектроніці” (Москва, 1984 p.), II і III Всесоюзних конференціях ‘Метрологічне забезпечення ІВС АСУ ТП” (Львів, 1988, 1990 p.p.), II і III Всесоюзних конференціях “Вимірювання параметрів форми та спектру радіотехнічних сигналів” (Харків, 1989, 1991 p.p.), V Всесоюзній конференції ‘Розвиток і впровадження нової техніки радіоприймальних пристроїв та обробки :игналів” (Горький, 1989 p.), Міжреспубліканській конференції “Аналіз сигналів га їх спектрів у радіовимірюваннях” (Н. Новгород, 1992 p.), І і II Міжнародних сонференціях “Метрологія в електроніці” (Харків, 1994, 1997 p.p.), II Міжнародній сонференції “Метрологія та вимірювальна техніка” (Харків, 1999 p.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 14 наукових робіт, у тому числі: 5 статей у центральних періодичних наукових журналах, що рецензуються, 1 стаття в науково технічному збірнику і 8 робіт у працях та тезисах міжнародних та всесоюзних конференцій.

Обсяг та структура дисертації. Дисертація містить вступ, 4 основних юзділи з таблицями і рисунками (ілюстрації займають 16 окремих стор.), шсновки, список використаних джерел з 98 найменувань, на 9 стор. та додатки на !0 стор. Повний обсяг роботи 154 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі розкрито сутність і стан наукової проблеми, обгрунтовано іктуальність обраної теми, сформульовані мета і основні завдання дисертації, іизначена наукова новизна та практична цінність одержаних результатів, іикладено стислий зміст роботи.

Перший розділ містить огляд літератури за темою і вибір напрямків юсліджекь.

Обгрунтовано необхідність подальшого удосконалення метрологічного абезпечення аналізаторів спектру електричних сигналів, оскільки існуюча

практика повірки АС мала ряд недоліків, пов'язаних, по-перше, з недостатньою точністю методів визначення їх параметрів, по-друге, із значною трудомісткістю.

Особливо це давалось взнаки при визначенні технічних характеристик приладів, виконаних на базі мікропроцесорних систем, оскільки виникала необхідність обробки великих масивів числових даних, а в ряді випадків, і створення спеціальних автоматизованих випробувальних стендів.

Аналіз існуючих методів та засобів повірки АС приводить до висновку, що з трьох груп параметрів АС (амплітудних, частотних і динамічного діапазону) група амплітудних параметрів в найбільшій мірі потребує додаткових досліджень для створення більш точних та вдосконалення існуючих методів повірки.

Було сформульовано такі основні завдання дисертаційної роботи:

• знаходження зв'язку нормованих параметрів АС з загальноприйнятими (базовими) фізичними величинами;

• визначення необхідної і достатньої сукупності параметрів аналізатора спектру, які необхідно контролювати при періодичній повірці;

• вдосконалення відомих та розробки ряду нових модифікацій методів визначення параметрів АС;

• вирішення питань апаратурного забезпечення повірки АС і, зокрема, автоматизованих АС з внутрішньою ЕОМ;

• вирішення організаційно-технічних питань забезпечення єдності вимірювань, розробка нормативно-технічної документації на методики повірки АС.

У другому розділі розглянуто питання які пов’язані з подальшим розвитком основних положень метрологічного забезпечення АС та вдосконаленням існуючих методик визначення їх характеристик і параметрів.

Розгляд існуючої системи нормування параметрів і характеристик АС і їх зв'язку з базовими величинами в галузі електрорадіовимірювань дає підстави зробити висновок про недоцільність розробки спеціального "еталона спектру" в даній області і про можливість побудови децентралізованої системи забезпечення єдності вимірювань, що спирається на еталони та вихідні засоби вимірювань з інших областей вимірювань. Точність та достовірність такої системи визначається точністю перетворення параметрів АС в базові ФВ, а саме: частоту (час), напругу (потужність), затухання, девіацію частоти, коефіцієнт амплітудної модуляції (АМ), коефіцієнт гармонік.

Дослідження щодо знаходження виду і параметрів випробувального сигналу дозволяє зробити висновок, що для повірки можуть бути використані, як гармонічні коливання, так і сигнали з складним спектральним складом. Однак повинні виконуватись такі основні вимоги: лінійності режиму роботи АС (недопущення "компресії" спектру) і безінерційності (відсутності динамічних спотворень).

В плані дослідження та удосконалення методів повірки АС були розглянуті такі методи: вимірювання відносного рівня спектральних складових з

використанням зразкового атенюатора; вимірювання абсолютного рівня спектральних складових і нерівномірності АЧХ з використанням ваттметра поглинутої потужності; визначення відносного рівня інтермодуляційних спотворень АС.

Суть запропонованих удосконалень полягає у наступному:

1) Точність найбільш широко використовуваного методу для визначення похибки вимірювання відносного рівня спектральних складових з використанням атенюатора типу ВМ 577А (ВМ 547А) (фірми "Tesla") значною мірою визначається характеристиками цього атенюатора, встановленими при його попередній атестації. Дослідження можливостей атестації даного атенюатора з більш високою точністю показують (див. Беккеров В.П. Метрологическая служба в СССР. - Вып. 5. - М. - 1984. - С.30-35), що він може бути атестований з похибкою не більше 0,003-0,16 дБ у діапазоні 0-90 дБ. Для зменшення неузгодженостей у вимірювальному тракті атенюатор вмикається з розвязуючими атенюаторами на вході і виході, що дозволяє зменшити складову похибки за рахунок неузгодженості до 0,002-0,007 дБ.

Використання вказаного атенюатора з зразковим вольтметром B3-63 (з атестованими діодами) дозволяє реалізувати основний метод визначення похибки вимірювання абсолютного і відносного рівня спектральних складових у діапазоні частот 10 Гц - 100 МГц.

2) Аналіз основного методу, що використовується для визначення похибки вимірювання абсолютного рівня сигналу та нерівномірності АЧХ АС у діапазоні частот 100 МГц - 40 ГГц з використанням ваттметра поглинутої потужності показує, що попередня атестація приймального перетворювача ваттметра за такими параметрами як коефіцієнт ефективності приймального перетворювача (Кэ) і коефіцієнт відбиття перетворювача (Гв) дозволяє атестувати ваттметр з похибкою не більше 0,6-1% у точках калібровки. Все ж для даного методу залишаються не до кінця вирішеними питання комутації у вимірювальному тракті і автоматизації процесу вимірювань. Цих недоліків можна позбутись шляхом використання ваттметра прохідної потужності.

3) Більшість методів визначення параметрів динамічного діапазону 'відносного рівня спотворень обумовлених впливом тракту АС) реалізується за допомогою спектрально чистих сигналів, формування яких є дуже складним завданням. При визначенні відносного рівня інтермодуляційних спотворень третього порядку, що проводиться за допомогою серійних промислових джерел :игнапів може існувати два джерела похибки: за рахунок недостатньої розв'язки зжерел сигналів і за рахунок присутності гармонік в сигналах генераторів.

Показано [5], що вклад обох складових похибки, при коректній побудові схеми зимірювань незначний і практично не впливає на точність вимірювань.

Необхідність підвищення точності визначення амплітудних характеристик сучасних автоматизованих АС вимагала розробки ряду нових модифікацій методів повірки. В цьому напрямку були розроблені такі методи:

1) Відтворення спектру з каліброваним відносним рівнем спектральних складових за допомогою джерел модульованих сигналів;

2) Вимірювання абсолютного рівня спектральних складових і вимірювання нерівномірності АЧХ АС за допомогою ваттметрів прохідної потужності;

3) Формування сигналу з каліброваним і змінюваним в широкому діапазоні абсолютним рівнем однієї з спектральних складових з використанням зразкових джерел модульованих сигналів та ваттметрів прохідної потужності.

Метод формування каліброваного рівня однієї з спектральних складових АМ сигналу з гармонійною модуляцією [1]:

полягає в тому, що спектральна складова цього сигналу з частотою со+СІ (або ю-О) лінійно залежить від коефіцієнта амплітудної модуляції щ і має вигляд:

При використанні високоякісних АМ сигналів (наприклад, від зразкової установки К2-34) точність відтворення каліброваного рівня вибраної спектральної складової буде залежати, в основному, від похибки низькочастотних (НЧ) атенюаторів, які застосовуються у тракті модулюючого сигналу. Таким чином, встановивши т=1 (за характерною осцилограмою АМ сигналу) і змінюючи т за допомогою атенюатора, можна відтворювати калібровані значення вибраної спектральної складової А0 = ит/ит(юо), які потім порівнювати з виміреним значенням послаблення тракту АС.

Систематичні похибки цього методу обумовлені нелінійністю модуляційної характеристики формувача АМ сигналу, коефіцієнтом гармонік модулюючого НЧ сигналу, похибками зразкового НЧ атенюатора та шумами АМ сигналу. Як показали проведені розрахунки, цей метод дозволяє формувати калібрований відносний рівень спектральної складової з частотою со+О з невиключеною систематичною похибкою (НСП) 0,004-0,015 дБ у діапазоні змінювання рівня 0-80дБ.

и(і) = Ц) (1+ш БІпШ) БІПШІ,

(1)

11(0 = 0,5ти0 соз(ю+П)1, 0 < т < 1

(2)

Інший метод формування каліброваного рівня однієї з спектральних складових сигналу полягає у використанні високоякісних ЧМ сигналів з гармонічною модуляцією виду [1]:

и(1)=ит{І0(Р)зіпсо0£+^ Іп(Р)[зіп(соо+пО)1+(-1 )п5Іп(со0-пГ2)І:]}. (3)

леї

У цьому методі використовується зв'язок амплітуд спектральних складових, пропорціональних функціям Бесселя ІП(Р) першого роду пго порядку, з індексом модуляції р (модулюючою напругою):

и„ = ит Ш- (4)

Аналіз складових похибки цього методу показує, що основний вклад вносять похибка, обумовлена нелінійними спотвореннями ЧМ сигналу та похибка зразкового атенюатора НЧ напруги. Як показують розрахунки, цей метод дозволяє формувати калібрований відносний рівень спектральної складової з частотою со+2Г2 (або со+Г2) з невиключеною систематичною похибкою (НСП), що не перевищує 0,004-0,054 дБ у діапазоні змінювання рівня 0-100 дБ.

Формування сигналів з необхідними параметрами може бути забезпечено зразковими установками типу К2-38, К2-44 або К2-54, причому,

пропорціональність функцій Бесселя і модулюючої напруги встановлюється за допомогою розрахункових таблиць, в яких наводяться значення девіації частоти (Д{), які відповідають необхідній зміні каліброваного рівня спектральної складової.

Метод вимірювання абсолютного рівня сигналу і нерівномірності АЧХ АС з використанням ваттметрів прохідної потужності грунтується на вимірюванні потужності (напруги) падаючого на вхід АС сигналу - Рпад [3]. Суть цього методу вимірювань полягає у використанні ватгметра прохідної потужності (калібратора потужності) для підтримання постійного рівня Рпад на вході АС (або для вимірювання зміни потужності сигналу на вході). Потужність сигналу, що падає на вхід АС, при використанні ваттметра прохідної потужності може бути подана у вигляді:

Ро = аРоп(1±2ІГ3| ІГпзІ). (5)

Складові сумарної похибки цього методу обумовлені: похибкою

вимірювання потужності Р0п в боковому плечі; похибкою атестації коефіцієнта а, для калібратора потужності; похибками неузгодження у вимірювальному тракті, що залежать від коефіцієнтів відбиття І Г3 І, І ГАс І, І Гго І • Розрахунки показують,

що похибка вимірювання абсолютного рівня сигналу цим методом не перевищу 1,5-2,5% у діапазоні частот ЮОМГц-ЗГГц і 8-9% у діапазоні частот 10ГГц-18ГТц.

Сукупність обох методів: з використанням зразкових модульовани:

сигналів та ваттметра прохідної потужності, дозволяє створити новий мето; формування спектру з каліброваним абсолютним рівнем спектральних складових За допомогою даного методу можна сформувати сигнал з каліброванил абсолютним рівнем спектральних складових, що змінюються у широком; динамічному діапазоні (до 80-100 дБ) і в частотному діапазоні 0,01МГЦ-9ГГц.

Таким чином, в результаті проведених досліджень було створено "арсенал1 методів визначення параметрів сучасних АС, уточнено області їх застосування похибки, тобто створено методичну базу для розробки робочого еталону в област аналізу спектру електричних сигналів.

Третій розділ присвячено аналізу шляхів побудови і синтезу структура робочого еталону в області аналізу спектру. Розгляд вимог до технічних характеристик робочого еталону, проведений у розділі 2, показує, що існує два альтернативних шляхи побудови цієї апаратури: розробка оригінальноі

спеціалізованої апаратури або створення комплексу апаратури на базі поєднання вимірювальних приладів, що випускаються серійно, засобів обчислювальної техніки (з відповідним програмним забезпеченням) та деяких додаткових пристроїв.

Проведений аналіз показує, що перший варіант її побудови недоцільний через високу вартість та технічну складність розробки при потребі в кілька екземплярів. Реалізація другого варіанту має ряд переваг, в числі яких висока гнучкість при реалізації різних методів повірки та пакетів програмрюго забезпечення, широке використання вже існуючих промислових приладів.

Розроблений комплекс апаратури робочого еталону в області аналізу спектру радіотехнічних сигналів включає в себе ряд функціонально завершених приладів та блоків, заснованих на використанні розглянутих вище методів іїовірки і виконує такі функції:

• формування гармонічних сигналів у діапазоні частот 10 Гц - 1000 МГц;

• формування гармонічних сигналів з малим рівнем гармонічних спотворень (мінус 80-100 дБ) в окремих ділянках робочого діапазону частот;

• формування зразкових ЧМ сигналів;

• формування зразкових АМ сигналів;

• визначення абсолютного рівня спектральних складових сигналу за допомогою зразкових вольтметра і атенюатора або ваттметра прохідної потужності;

• формування випробувальних сигналів для визначення параметрів динамічного діапазону АС.

З метою реалізації варіантів повірки, комутації елементів вимірювальних трактів та узгодження інтерфейсів різних приладів до складу робочого еталона включено ряд пристроїв, функціонально об’єднаних у блок управління.

На рис. 1 приведено структурну схему апаратури РЕ.

Рис. 1. Структурна схема апаратури робочого еталону.

Для функціонування апаратури робочого еталону в автоматизованому >ежимі повірки розроблено робочі алгоритми, об'єднані у загальне меню, створено відлагоджено пакети програмного забезпечення для повірки апаратури РЕ-2 та >яду робочих АС.

За розробленою структурною схемою робочого еталону в області аналізу :пектру виготовлено, досліджено і введено в експлуатацію відповідну апаратуру.

В четвертому розділі проведено експериментальне дослідження юзроблених методів та апаратури і проведено аналіз похибок.

Метою експериментальних досліджень вдосконалених та розроблених нових юдифікацій методів було підтвердження їх працездатності і правильності оцінок гохибок, одержаних розрахунково-теоретичним шляхом, а також кспериментапьне визначення метрологічних та експлуатаційних характеристик паратури.

Проведено експериментальне дослідження методів та апаратури для имірювання відносного рівня спектральних складових, зокрема, наступних іетодів:

• з використанням зразкового атенюатора,

• з використанням ЧМ сигналу,

• з використанням АМ сигналу,

а також проведено взаємне звірення результатів вимірювання різними методами.

Розрахункові оцінки границі НСП формування каліброваного відносног рівня спектральної складової ЧМ сигналу і результати експериментальнії досліджень показують, що ця похибка не перевищує значень, приведених в табл. 1

Таблиця

Послаблення спектральної складової, дБ Діапазон змінення девіації, кГц Границі НСП (бо). ДБ Складова похибки за рахунок шуму 5Ш, дБ

1,0 610-490 0,004

10 610-235 0,010 -

20 610-126,6 0,012 -

40 610-39,4 0,015 -

60 610-12,4 0,016 - .

80 610-3,94 0,033 (1-3) 10'2

100 610-1,24 0,054 (3-5) 10'2

Випадкова похибка відтворення спектральної складової в формі СКВ (5 визначається шляхом прямих вимірювань з багаторазовими спостереженням! Експериментальне дослідження цієї похибки проводилось за допомогою АС, підключеним до виходу його відеодетектора цифровим вольтметром, тобто з типовою схемою визначення номінальних значень послаблення відлікови пристроїв АС. На основі експериментальних даних встановлено, що СКВ н перевищує 4-Ю'4 для числа спостережень більше 10.

Проведено звірення результатів вимірювань методом з використання! зразкового атенюатора та методом з використанням ЧМ сигналу. Вимірюванн проведені за допомогою АС СК4-59, з цифровим вольтметром на виході йог відеодетектора, на частоті сигналу 50 МГц, при кількості спостережень п=1і Результати цих вимірювань приведені в табл.2.

Таблиця *

Д, ДБ 1 3 6 10 20 30 40 50 60

ДзП> дБ +0,005 +0,009 -0,011 +0,012 +0,013 +0,013 +0,015 +0,017 +0,0 К

З таблиці видно, що результати повірки АС обома методами добре згоджуються і розходження результатів не переважає НСП кожного з методів нмірювань.

При експериментальному дослідженні вимірювання абсолютного рівня пектральних складових сигналу проводилось визначення похибок вимірювань жими методами:

• з використанням атестованого ваттметра поглинаємої потужності,

• з використанням ваттметра прохідної потужності,

• формування каліброваного абсолютного рівня спектральних складових за допомогою ваттметра прохідної потужності та ЧМ сигналу.

Результати звірення методів з використанням ваттметрів поглинаємої та рохідної потужності, одержані при визначені нерівномірності АЧХ АС, риведені на рис.2.

:ер. АЧХ АС, %

Рис.2. Результати експериментального визначення нерівномірності АЧХ АС.

Результати звірення підтвердили теоретично-розрахункові оцінки похибок их методів.

У висновках наведено основні результати роботи.

Додатки до дисертації містять відомості про деякі характеристики найбільш іироко вживаних серійних АС (Додаток А), відомості про розроблену ормативно-технічну документацію (Додаток Б), деякі висновки про особливості імірювання параметрів широкополосних сигналів та про перевантаження АС на <оді (Додаток В), основні робочі алгоритми робочого еталону (Додаток Д), акти тровадження результатів роботи (Додаток Ж).

ВИСНОВКИ

1. Подальше вдосконалення системи метрологічного забезпечення сучасні аналізаторів спектру електричних сигналів привело до необхідності розвитку ря; теоретичних і методологічних питань, пов'язаних з визначенням їх основні метрологічних характеристик, створенням відповідних технічних засобів повіркг нормативно-технічної документації.

2. Уточнено функціональні зв'язки основних параметрів і характерне™ аналізаторів спектру з базовими фізичними величинами та їх одиницями, показан доцільність створення децентралізованої системи метрологічного забезпечення цій області, визначено основні вимоги до параметрів випробувальних сигналів і д умов проведення повірки.

3. Проведено удосконалення ряду існуючих методів визначенн амплітудних характеристик АС шляхом введення додаткової калібровк використовуваних вимірювальних приладів і прийняття заходів до зменшень! ряду складових сумарної похибки вимірювань, зокрема, таких методів:

- визначення абсолютного і відносного рівня сигналу з допомого! зразкового атенюатора і вольтметра у діапазоні частот 10 Гц - 300 МГц;

- визначення абсолютного рівня сигналу з використанням ваттметрі поглинутої потужності;

- визначення відносного рівня завад, обумовлених інтермодуляційнимі спотвореннями третього порядку і гармонічними спотвореннями;

4. Розроблено нові модифікації методів:

- визначення похибки вимірювання відносних рівнів спектральни: складових сигналу з використанням зразкових джерел ЧМ і АМ сигналів;

- визначення похибки вимірювання абсолютного рівня спектральни: складових сигналу і нерівномірності АЧХ АС за допомогою ваттметрів прохідно потужності;

- формування сигналу з каліброваним абсолютним рівнем однієї : спектральних складових з використанням зразкових джерел модульованш сигналів і ваттметрів прохідної потужності.

5. Розроблено принципи побудови повірочної апаратури в област спектрального аналізу. Показано, шо оптимальною являється побудова ціє апаратури на базі засобів вимірювання загального призначення і деяких додаткових пристроїв.

6. Розроблено, виготовлено і атестовано апаратуру робочого еталону е області аналізу спектру радіотехнічних сигналів, що дозволяє забезпечити атестацію технологічного і випробувального обладнання, яке використовується при випуску АС, а також проводити повірку робочих АС. Створено алгоритми

овірки, розроблені пакети програмного забезпечення і проведено випробування а ряді приладів.

7. Проведено експериментальні дослідження розробленої апаратури обочого еталону, які дозволили уточнити похибки і підтвердити результати зоретичних розрахунків.

Робочий еталон впроваджено в повірочну практику в системі Держстандарту.

8. Розроблено і впроваджено в метрологічну практику України і СНД НТД V04 1201-86. Методические указания. Анализаторы спектра последовательного гйствия. Методика поверки."

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1. Павленко Ю.Ф., Шпаньон П.А., Славинский С.И. Использование

одулированных радиосигналов для поверки анализаторов спектра: //

змерительная техника. - 1983.- №8. - С.57-60.

Автором проведено аналіз похибок вимірювань, уточнено робочі діапазони пропонованих методів, досліджено апаратуру і розроблено методику повірки.

2. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И., Соколовский Н.П. Вопросы испытаний поверки анализаторов спектра: // Измерительная техника. - 1990. - №9. -С.45-46.

Автором розроблено методики визначення частотних і амплітудних іраметрів АС, проведено дослідження розроблених засобів повірки.

3. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И., Байтурсунов В.К. Измерение

іплитудно-частотной характеристики широкополосного анализатора спектра: // етрология. - 1990. - №2. - С. 42-50.

Автором проведено аналіз похибок вимірювання, проведено :спериментальне дослідження апаратури.

4. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И. Вопросы метрологического

іеспечения анализаторов спектра: // Український метрологічний журнал. -1999. -in. З.-С. 35-42.

Автором розроблено нові модифікації методів визначення відносного та солютного рівня спектральних складових, проведено аналіз похибок.

5. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И. Вопросы метрологического

-еспечения анализаторов спектра: // Український метрологічний журнал. -1999. -ш. 4.-С. 23-26.

Автором проведено дослідження і удосконалення методик визначення раметрів динамічного діапазону, уточнено похибки вимірювань.

6. Павленко ІО.Ф., Славинский С.И. Использование сигналов сложного ектрального состава для калибровки анализаторов спектра // Измерение

параметров формы и спектра радиотехнических сигналов.- Сб. науч. трудов. Пс ред. д.т.н. Павленко Ю.Ф. - Харьков. - НПО "Метрология". - 1991. - С.117-123.

Автором проведено аналіз похибок методів калібровки і і експериментальне уточнення.

7. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И. Автоматизация поверки анализаторе спектра на базе микро-ЭВМ // Тезисы докл. II Всесоюзн. научно-техн. кон^ "Метрологическое обеспечение ИИС и АСУ ТП." - Львов. - 1988. - С.137.

Автором проведено аналіз шляхів реалізації автоматизованої повіркі розроблено алгоритми повірки, розроблено вимоги до програмного забезпечення.

8. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И., Соколовский Н.П. Некоторые вопросі использования ЧМ сигналов для поверки анализаторов спектра // Тезисы докл. 1 Всесоюзн. научно-техн. конф. "Измерение параметров формы и спектр радиотехнических сигналов." - Харьков, - 1989. - С. 129.

Автором розроблено методику повірки і проведено її експериментальн дослідження, уточнено вимоги до засобів повірки.

9. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И., Гончаров Г.А. Принципы построени: аппаратуры для испытаний и поверки анализаторов спектра // Тезисы докл. Л Всесоюзн. научно-техн. конф. "Развитие и внедрение новой технию радиоприемных устройств и обработки сигналов." - М.: Радио и связь. - 1989. - С 101.

Автором узагальнено вимоги до методів та апаратури для повіркі аналізаторів спектру, уточнено ряд методик повірки.

10. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И., Михаль О.Ф. Метрологическо« обеспечение вычислительных анализаторов спектра // Тезисы докл. Межреспубл научно-техн. конф. "Анализ сигналов и их спектров в радиоизмерениях." Н.Новгород. - 1992. - С.11.

Автором розроблено вимоги до програмного забезпечення, розроблене алгоритми повірки, проведено експериментальне вивчення апаратури.

11. Павленко Ю.Ф., Славинский С.И., Михаль О.Ф. Образцовая установкг для поверки анализаторов спектра последовательного действия // Тезисы докл Межреспубл. научно-техн. конф. "Анализ сигналов и их спектров е радиоизмерениях." - Н.Новгород. - 1992. - С. 18.

Автором запропоновано ряд принципів побудови засобів повірки, розроблено методики повірки, атестовано апаратуру.

12. Павленко 10.Ф., Славинский С.И., Шпаньон С.П. Метрологическое

обеспечение в области осциллографии и спектрального анализа // Тези доп. I Української наково-техн. конф. “Метрологія в електроніці 94.” Харків.-1994. С.109-110. .

Автором проведено аналіз метрологічного забезпечення в області аналізу спектру і показано перспективи його розвитку.

13. Славянский С.И. Об использовании ГТУВТ АС для измерения араметров электромагнитной совместимости // Праці II Міжнародної науково-зхн. конф. “Метрологія в електроніці 97.” Харків. -1997. -С. 251-252.

14. Славинский С.И. Возможные пути развития методов поверки іализаторов спектра // Праці II Міжнародної науково-техн. конф. “Метрологія та имірювальна техніка.” Харків. -1999.-С. 237-239.

Анотації

Славінський С.І. Розробка методів та засобів для метрологічного ібезпечення аналізаторів спектру електричних сигналів (послідовної дії). -укопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за теціальністю 05.11.15 - метрологія та метрологічне забезпечення. Харківський ;ржавний політехнічний університет, Харків, 2000.

Дисертацію присвячено проблемі розробки методів та засобів для гтрологічного забезпечення аналізаторів спектру електричних сигналів юслідовної дії). Розглянуто питання удосконалення існуючих та розробки нових здифікацій методів повірки АС і створення відповідних технічних засобів для безпечення необхідної точності і єдності вимірювань в області спектрального іалізу. Розроблено, атестовано і впроваджено в експлуатацію автоматизовану іаратуру робочого еталону в області аналізу спектру. Розроблено і введено в дію зрмативний документ на методики повірки аналізаторів спектру послідовної дії.

Ключові слова: аналізатор спектру, метрологічне забезпечення,

істематична і випадкова похибка, робочий еталон, методика повірки.

Slavinsky S.I. The elaboration of methods and means for the metrological surance of electric signal spectrum analysers (swept-tuned).- Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.11.15 - metrology and etrological assurance. - Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, 2000.

The dissertation is devoted to the problem methods and means elaboration for the 2trological assurance of electric signal spectrum analysers (swept-tuned) (SA). Is nsidered the problem of improvement and elaboration new modification of SA rification methods and elaboration suitable device for the guarantee the necessary curacy and traceability measurements in the field of spectrum analysis. An automatic )rking standard in the field of spectrum analysis has been elaborated, certificated and nowadays in employment. The normative document of sertification methods of ectrum analyser (swept-tuned) has been elaborated and introduced into practice.

Key words: spectrum analyser, metrological assurance, systematic and random •or, working standard, verification method.

Славянский С.И. Разработка методов и средств для метрологическо! обеспечения анализаторов спектра электрических сигналов (последовательно! действия).- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук г специальности 05.11.15 - метрология и метрологическое обеспечение.

Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена проблеме разработки методов и средств дг метрологического обеспечения анализаторов спектра электрических сигнале (последовательного действия).

В работе проведено дальнейшее развитие ряда теоретических методологических вопросов, связанных с определением основны метрологических характеристик современных анализаторов спектра, создание соответствующих технических средств и нормативно-технической документаци для их поверки. Уточнена связь основных параметров и характеристи анализаторов спектра с базовыми физическими величинами и их единицам! показана целесообразность создания децентрализованной систем метрологического обеспечения в этой области, определены основные требования параметрам испытательных сигналов и к условиям проведения поверки.

Существовавшие методы определения ряда амплитудных характеристи анализаторов спектра, а также характеристик динамического диапазона н позволяли на необходимом точностном уровне определять эти параметры. В связ с этим было усовершенствовано и разработано ряд новых модификаций методо определения таких параметров анализаторов, как погрешность измерени относительного и абсолютного уровня спектральных составляющих сигналов широком динамическом диапазоне, неравномерность амплитудно-частотно характеристики и параметры искажений, вносимых анализатором спектра. Путе! введения дополнительной калибровки используемых измерительных приборов принятия мер по уменьшению ряда составляющих погрешности измерени: проведено усовершенствование следующих методов определения характеристи анализаторов спектра:

- определения относительного и абсолютного уровня сигнала с помощи образцового аттенюатора и вольтметра в диапазоне частот 10 Гц - 300 МГц;

- определения абсолютного уровня сигнала с использованием ваттметр поглощаемой мощности;

- определения относительного уровня помех, обусловленны: интермодуляционными искажениями третьего порядка и гармоническим] искажениями.

Разработаны новые модификации следующих методов определени: характеристик анализаторов спектра:

- определения погрешности измерения относительных уровней спектральных составляющих с использованием образцовых источников ЧМ и АМ сигналов. В данном методе используется связь амплитуд спектральных составляющих, пропорциональных функциям Бесселя первого рода п-го порядка 1П(Р) (для ЧМ сигналов) или амплитуд боковых спектральных составляющих АМ сигнала, линейно зависящих от коэффициента АМ (т), от модулирующего ОТ напряжения, изменяемого с помощью образцового аттенюатора. Сущность методов с использованием модулированных сигналов заключается в том, что эти методы являются, по сути, методами корректного переноса с помощью модуляции калиброванного затухания с низкочастотного диапазона в диапазон ВЧ и СВЧ сигналов;

- определения погрешности измерения абсолютного уровня спектральных составляющих и измерения неравномерности АЧХ анализаторов спектра при помощи ваттметров проходящей мощности;

- формирования сигнала с калиброванным и изменяемым в широких пределах абсолютным уровнем одной из спектральных составляющих с использованием образцовых источников модулированных сигналов и ваттметров проходящей мощности.

Разработаны принципы построения поверочной аппаратуры в области спектрального анализа. Показано, что целесообразно создание децентрализованной системы метрологического обеспечения и построение этой аппаратуры на базе средств измерений общего применения и некоторых дополнительных устройств.

Разработана, исследована и аттестована аппаратура рабочего эталона в области анализа спектра радиотехнических сигналов, позволяющая обеспечивать аттестацию технологического и испытательного оборудования, применяемого при выпуске АС, а также проводить поверку рабочих АС. Созданы алгоритмы-поверки, разработаны пакеты программного обеспечения и проведены исследования на ряде приборов.

Проведены экспериментальные исследования разработанной аппаратуры рабочего эталона, которые позволили уточнить погрешности и подтвердить результаты теоретических расчетов.

Рабочий эталон внедрен в поверочную практику в системе Госстандарта.

Разработан и введен в действие нормативно-технический документ на методы и средства поверки анализаторов спектра последовательного действия 'МИ 1201-86), где нашли применение ряд усовершенствованных и разработанных методов поверки.

Ключевые слова: анализатор спектра, метрологическое обеспечение,

систематическая и случайная ошибка, рабочий эталон, методика поверки.