00 ГГц

January 3, 2013 by admin Комментировать »

Гурло Ю. Е., Ворошень А. В., Гусинский А. В., Кострикин А. М. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники г. Минск, 220013, Республика Беларусь Тел.: +375-17-2398496, e-mail:gusin@cit.org.by,web site: http://www.mwmlab.com

Аннотация – Приведены основные положения разработки измерителя мощности, который предназначен для работы в комплекте с термоэлектрическим измерительным преобразователем мощности в диапазоне от 0,01 ГГц до

20,0  ГГц.

I.                                       Введение

Одним из направлений деятельности испытательной лаборатории аппаратуры и устройств СВЧ БГУИР является разработка измерительных систем СВЧ и КВЧ диапазона. При измерении выходной мощности измерительных генераторов и других источников СВЧ сигналов [1], поверки измерителей мощности (ваттметров) классов 15 и 25, измерении ослабления четырехполюсников, измерении уровня излучения с применением калиброванных антенн и т.д. необходим измеритель поглощаемой мощности (ИМ).

Требования к современным измерителям мощности таковы: использование многоразрядного АЦП, цифрового управления и цифровой обработки информации; применение автоматической калибровки нуля, что позволяет получить высокую точность измерения мощности сигнала. Как правило, измеритель мощности должен обладать возможностью осуществления контроля и протоколирования результатов измерения, автоматически выполнять математические операции (находить максимум и минимум, их разброс, среднеарифметическое и среднеквадратическое), возможность управления по внешним интерфейсам типа RS232, USB, IEEE-488 (КОП).

Подобные измерители поглощаемой мощности, производства таких фирм, как Agilent Technologies, Rohde&Schwarz, Tektronix, как правило, достаточно дорогие. Это обуславливает актуальность разработки или модернизации отечественных аналогов.

II.                               Основная часть

Измеритель мощности МЗ-51 широко используется для решения различных радиотехнических задач, обладает достаточно надежным коаксиальным СВЧ измерительным трактом с сечением 7/3, работающий в диапазоне 0,01-17,85 ГГц [2]. Предварительный анализ показал, что, используя, термоэлектрический измерительный преобразователь МЗ-51 и проведя модернизацию систем управления и обработки информации, возможно, качественно улучшить характеристики измерителя мощности.

Измеритель мощности МЗ-51 был использован как прототип для разработки нового измерителя мощности.

В результате были разработаны: 24-разрядный блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП), устройство сопряжения с интерфейсами, источник питания, устройство ввода-вывода, процессорное устройство управления.

Структурная схема измерительного блока измерителя мощности (рисунок 1) вкпючает в себя: – усилитель постоянного тока малошумящий (УПТ); -24- разрядный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь (АЦП); – микропроцессорное устройство;

Рис. 1. Структурная схема измерительного блока измерителя мощности.

– жидкокристаллический индикатор (ЖКИ); – клавиатуру; – блок питания; – RS 232 интерфейс; – USB интерфейс; – IEEE-488 (КОП).

Fig. 1. Flowchart of the power meter measuring unit

Работа измерительного блока основана на принципе усиления и преобразования в цифровую форму напряжения постоянного тока, поступающего от преобразователя.

Сигнал с выхода преобразователя поступает на малошумящий усилитель постоянного тока, который усиливает его выходное напряжение до значения, необходимого для устойчивой работы АЦП. АЦП преобразует напряжение постоянного тока в цифровой код, значение которого пропорционально подводимой к преобразователю СВЧ мощности, с минимальной частотой 10 Гц и разрядностью до 24 Бит. В новый блок АЦП вкпючен встроенный улучшенный генератор опорного напряжения с изначальной точностью установки напряжения 0,01% (температурная нестабильность 4*10’®/1 °С). На плате АЦП размещены стабилизаторы напряжения питания для АЦП и для буферов, обеспечивающих цифровую развязку управляющих сигналов. Структурная схема АЦП представлена на рисунке 2.

Высокопроизводительный 32-разрядный микроконтроллер, входящий в состав микропроцессорного устройства, управляет работой всего прибора, производит обмен с платой АЦП и внешними устройствами. Внутренняя память процессора позволяет накапливать измеренные выборки и производить статистический анализ. На микросхеме программируемой логики реализована поддержка интерфейса IEEE 488.1. Поддержка интерфейса USB основана на использовании специализированной микросхемы. Микросхема обеспечивает согласование уровней для интерфейса RS-232, поддержка которого реализована в микроконтроллере. Информация выводится на графический индикатор.

Блок питания основан на малошумящем линейном преобразователе напряжения. На выходе трансформатора, после выпрямления, формируется постоянное напряжение (+8В). Раздельно осуществляется формирование аналогового и цифрового напряжения питания (+5 В). В блоке АЦП осуществляется последующая стабилизация напряжения до 3,3 В.

Рис. 2. Упрощенная структурная схема АЦП.

Fig. 2. The ADC sketch

Дополнительным элементом измерителя мощности является добавленная статистическая обработка измеренной мощности, данные накапливаются в буферной памяти, которая может накапливать до 1000 отсчетов, на их основе вычисляются параметры: минимальные значения мощности за период статистической обработки и максимальные, среднеарифметические и т.д. значения мощности.

При работе с прибором можно задавать частоту измерительного сигнала, по которой из калибровочной таблицы для каждого датчика автоматически вычисляется коэффициент преобразования, либо вводить коэффициент преобразования вручную, что позволило расширить диапазон измерений до 20 ГГц. В прототипе измерителя мощности МЗ-51 был сложный расчет коэффициента преобразования и производился вручную, при этом отсутствовали таблицы его зависимости от частоты.

Также реализована функция автоматической калибровки нуля. В МЗ-51 необходимо было периодически производить вручную калибровку нуля, т.к. из- за влияния внешних температурных факторов измеренное значение мощности могла уходить на единицы мкВт за несколько минут.

При типичном коэффициенте преобразования, который равен 1 мВт/мВ, измеритель мощности позволяет измерять на 3 пределах: -100 мВт, -1 мВт, – 100 мкВт. Данные могут быть отражены в дБм и дБ относительно выбранного уровня мощности.

Разработанный измеритель мощности предназначен для работы в комплекте с термоэлектрическим измерительным преобразова-телем мощности в диапазоне от 0,01 ГГц до 20,0 ГГц [3], получил название измеритель мощности РМ 0,01 – 20,00 ГГц.

III.                                   Заключение

Разработанный на базе МЗ-51 измеритель мощности РМ 0,01 -20,0 ГГц имеет ряд преимуществ и усовершенствований. Он изготовлен на принципиально новой элементной базе, работа его полностью автоматизирована и улучшены метрологические характеристики. АЦП позволяет осуществлять цифровую обработку информации; автоматизированную калибровку нуля; существенно упрощают работу введенные калибровочные таблицы для вычисления коэффициента преобразования. Связь измерителя мощности с внешними устройствами производится по интерфейсам типа RS232, USB, IEEE-488 (КОП).

IV.                                      Литература

[1]  Кукуш В. Д. Электрорадиоизмерения. – М.: Радио и связь, 1985. -368 с.

[2]  Измеритель мощности МЗ-51. Техническое описание и руководство по эксплуатации.

[3]  Измеритель мощности РМ 0.01-20. Техническое описание и руководство по эксплуатации.

РМ 0.01-^20.00 GHz POWER ABSORPTION METER

Hurlo Yu. Ye., Voroshen A. V.,

Gusinskiy A. V., Kostrikin A. M.

Belarusian State University of Informatics and Radio Electronics Minsk, 220013, Republic of Belarus Ph.: +375 17 2398496, e-mail: gusin@cit.org.by Web page: http://www.mwmlab.com

Abstract – Basic design of a power meter intended for operation with a thermoelectric measuring power converter in the 0.01-20.0GHz range is discussed.

I.                                        Introduction

Activities ofthe Testing Laboratory of Microwave Equipment and Devices, Belarusian State University of Informatics and Radio Electronics, cover the development of SHF and EHF instrumentation, equipment and devices. A power absorption meter is usually required to measure output power of test oscillators and other microwave sources, or radiation levels involving the use of calibrated antennas.

II.                                       Main part

The M3-51 power meter has been used as a prototype device to design the new power meter. As a result, the following units have been developed: a 24-bit analog-to-digital converter, interface unit, power supply unit, I/O unit, and processor-based control unit.

The flowchart of the power meter measuring unit (Fig. 1) comprises the following components: DC LNA; 24-bit sigma- delta ADC; microprocessor unit; LCD indicator; keyboard; PSU; RS 232 interface; USB interface; IEEE 488.1.

The design has basically involved the development of calibration tables for each transducer, as well as the implementation of automatically calculated conversion ratios and automatic zero calibration.

III.                                      Conclusions

The PM 0.01-20.0GHz power meter developed on the basis of the M3-51 meter has a number of advantages and improvements. It is manufactured using fundamentally new componentry, offers fully automatic operation and improved metrological features. Connection to external devices is provided via RS232, USB, and IEEE 488.1 interfaces.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты