Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Налькин Максим Евгеньевич. Методы и средства измерений волновых параметров устройств на основе ненаправленных датчиков : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 : Н. Новгород, 2003 126 c. РГБ ОД, 61:04-5/312-2

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Содержание 1

Принятые обозначения 5

Введение 6

ГЛАВА 1 Проблема измерений волновых параметров на СВЧ и обзор

существующих методов измерений 12

1Д Введение 12

1.2 Специфика измерений на СВЧ и анализ существующих
автоматических измерителей комплексного коэффициента отражения и
комплексного коэффициента передачи 13

  1. Измерение параметров нагрузок , 14

  2. Анализаторы цепей 19

13 Выводы и постановка задач исследования 25

ГЛАВА 2 Исследование и разработка малогабаритного широкополосного

рефлектометра 28

2Л Введение 28

2-2 Исходные соотношения. Постановка задачи 28

  1. Зондовая секция на основе датчика электромагнитного поля 30

  2. Зондовая секция с комбинацией зондов электрического и магнитного взаимодействия 36

  3. Анализ основных параметров зондовых структур 42

  4. Направленный датчик 46

  5. Методика разработки широкополосного рефлектометра на основе зондов электрического и магнитного взаимодействия 46

  6. Реализация зондового рефлектометра с рабочей полосой частот 1-4 ГГц 52

  7. Калибровка рефлектометра в полосе частот 59

2.9. Выводы 70

ГЛАВА 3 Исследование и разработка методов восстановления волновых
параметров рассеяния четырехполюсников с помощью многополюсных
рефлектометров 71

З Л Введение 71

  1. Анализ исходных соотношений, постановка задачи 71

  2. Разработка метода восстановления S-параметров при амплитудном детектировании 73

3.3Л Учет рассогласования тракта 73

33.2 Восстановление отношения падающих волн 73

  1. Режимы возбуждения для измерения четырехполюсников 74

  2. Процедура вычисления волновых параметров рассеяния 75

  3. Докалибровка анализатора цепей для измерения волновых

параметров рассеяния при амплитудном детектировании 80

Измерение коэффициента отражения от рефлектометра 80

Измерение отношения первичных падающих волн 81

3 Л Разработка метода восстановления S - параметров при гомодинном

детектировании 82

3 А 1 Разработка измерительной процедуры при гомодинном

детектировании 82

3.4.2 Докалибровка анализатора цепей для измерения коэффициента

передачи при гомодинном детектировании 85

3.5 Выводы , 86

ГЛАВА 4 Реализация и исследование характеристик анализатора СВЧ цепей
89

4 Л Введение 89

4,2 Особенности реализации и экспериментальные исследования
измерителя комплексного коэффициента отражения на основе
многополюсного рефлектометра 89

  1. Основные принципы построения измерителя комплексного коэффициента отражения 89

  2. Реализация и экспериментальное исследование измерителя комплексного коэффициента отражения 93

43 Особенности реализации и экспериментальные исследования

анализатора СВЧ цепей на основе многополюсных рефлектометров 98

  1. Основные принципы построения анализатора СВЧ цепей с многополюсными рефлектометрами в режиме амплитудного детектирования 98

  2. Экспериментальные исследования анализатора СВЧ цепей с амплитудным детектированием 101

  1. Особенности аппаратной реализации гомодинного режима измерений 105

  2. Перспектива промышленной реализации анализатора цепей с многополюсными рефлектометрами 107

4.6 Выводы 110

Заключение 111

Литература 113

Принятые обозначения

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

АЧХ - амплиту до-частотная характеристика

ДПР - двенадцатиполюсный рефлектометр

ЖИГ - железо-штриевый гранат

ИЛ - измерительная линия

НО - направленный ответвителъ

ПК - персональный компьютер

СВЧ - сверхвысокие частоты

СКО - среднеквадратическое отклонение

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты

ФЧХ - фазочастотная характеристика

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

Введение к работе:

Актуальность темы. Развитие САПР СВЧ, автоматизация производства СВЧ элементов, повышение качественных показателей разрабатываемых устройств, сокращение сроков разработки электронных изделий требуют создания новых точных и высокопроизводительных средств измерений. В настоящее время точность существующих анализаторов СВЧ цепей во многом достигается за счет использования дорогих высококачественных СВЧ узлов, которые в последнее время практически достигли своего совершенства, что, по всей видимости, вызвало определенный застой в области развития СВЧ измерений, наметившийся в последние несколько лет.

На протяжении длительного времени проблеме упрощения СВЧ тракта автоматических измерителей уделяется весьма пристальное внимание. Были разработаны методы калибровки тракта, направленные на повышение точности измерений при смягчении требований к качеству узлов. При этом широкое развитие получают такие методы, которые позволяют автоматизировать процесс калибровки и измерений.

В 1972 - 1973 гг. вышли в свет публикации Р. Калдекотта, Г. Энгена и К. Хоера, которые выдвинули принципиально новую идею многополюсного рефлектометра, один вход которого возбуждаегся от источника СВЧ сигнала, к другому подключается измеряемое устройство, к ост&іьньїм - детекторы СВЧ мощности. Рефлектометр может быть выполнен как на направленных ответвителях, так и на основе ненаправленных (зондовых) ответвителях (датчиков). Данный метод вызвал большой интерес и подвергся самым серьезным исследованиям как за рубежом (Д. Вудс, С. Ли, Дж. Хантер, П. Шомло, У. Штумпер, П, Проберт, Дж. Карролл, Г. Риблст, Е. Хансон, Р. Бозисио, Н. Эль-Дееб), так и в СССР и странах СНГ (СЮ. Латников, СМ, Никулин, А.Н. Салов, Ю.В. Рясный, СА. Колотыгин, В,3. Маневич, И.И, Чуприн, В.А. Яцкевич, Э.М. Шейнин, И.К. Бондаренко, Ю.Б. Гампилевич, Ю.И. Царик). Несмотря па значительные достигнутые успехи, никто из

исследователей не смог до конца преодолеть всех трудностей, связанных как с калибровкой датчиков рефлектометра, так и с созданием конкурентоспособного (по сравнению с приборами с преобразованием частоты) серийного анализатора СВЧ цепей - это либо высокая стоимость систем на основе широкополосных направленных ответвителей, либо узкая полоса потенциально недорогих зондовых структур.

Применение высокопроизводительной вычислительной техники позволяет коренным образом изменить характер проведения эксперимента, перенеся обработку большого количества измерительной информации на ЭВМ. Для эффективной реализации возможностей компьютера, данные должны претерпевать как можно меньше этапов предварительной обработки, В противном случае, компьютер имеет возможность лишь управлять процессом измерений, выполняя рутинные операции, а погрешность, внесенная в первичную измерительную информацию цепями аналоговой обработки, остается практически нескомпенсированной и по-прежнему определяется качеством СВЧ узлов. Таким образом, возникает задача разработки методов измерений, принципиально ориентированных на применение мощной современной вычислительной техники. Для удешевления прибора целесообразно ориентироваться на персональные компьютеры, стоимость которых в условиях массового производства существенно ниже, чем стоимость специализированной вычислительной системы такого же уровня вычислительной мощности.

В настоящее время в России сложилась такая ситуация, что находящиеся в эксплуатации скалярные и векторные анализаторы СВЧ цепей морально и физически устарели, новые образцы серийно не выпускаются и весьма недешевы, а приборы зарубежного производства имеют стоимость, делающую их практически недосягаемыми для отечественных потребителей. На этом фоне наиболее актуальной представляется задача создания принципиально нового прибора, не имеющего в своем составе дорогостоящих СВЧ компонент, обладающего достаточно широким спектром функциональных возможностей, пригодного для решения большого круга

инженерных задач. И, что очень важно, прибор должен быть максимально автоматизирован.

Цель работы состоит в разработке методов и средств измерений волновых параметров рассеяния четырехполюсников в стандартном канале, ориентированных на автоматизацию процесса измерения, оптимальную обработку' измерительной информации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

исследование и разработка малогабаритного широкополосного рефлектометра на основе ненаправленных (зондовых) датчиков;

разработка методов и алгоритмов калибровки рефлектометра для проведения измерений в режиме качания частоты;

разработка метода и эффективных алгоритмов измерения параметров взаимных и невзаимньтх четырехполюсников;

оценка требований к узлам и исследование достижимых погрешностей измерения*

Методы исследовании. При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Результаты теоретических исследований базируются на теории СВЧ цепей, теории функций комплексного переменного, методах аппроксимации числовых рядов, матричных методах, методах компьютерного моделирования (включая метод эквивалентных схем, имитационное моделирование). Для построения моделей и проверки их адекватности по большому числу параметров использовался эмпирический метод на основе натурного макетирования. Научная новизна

1. Предложена, исследована и разработана концепция синтеза малогабаритного широкополосного многополюсного рефлектометра. Разработанные алгоритмы и программное обеспечение позволяют проводить параметрический синтез рефлектометра на основе широкополосных зондов электрического и магнитного взаимодействия;

  1. Предложен и исследован метод калибровки многополюсного рефлектометра для проведения измерений при качании частоты;

  2. Предложен, исследован и разрабоган высокоэффективный метод измерения волновых параметров рассеяния взаимных и невзаимных четырехполтос никои;

  3. Предложен принципиально новый способ расширения динамического диапазона измерений коэффициента передачи методами многополюсной рефлектометрии, основанный на сочетании режимов амплитудного и гомодинного детектирования;

  4. Сформулированы основные требования к узлам прибора, приведены оценки достижимых пределов и погрешностей измерений

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований легли в основу разработки узлов и программного обеспечения для автоматизированного анализатора СВЧ цепей в стандартном коаксиальном канале.

Практическое использование. Работа выполнялась в соответствии с планом работы лаборатории СВЧ измерений кафедры "Компьютерные технологии в проектировании и производстве" при ФГУП "Специальное конструкторское бюро радиоизмерительной аппаратуры". Результаты работы внедрены в ФГУП "Специальное конструїсторское бюро радиоизмерительной аппаратуры" при разработке серийного автоматизированного анализатора СВЧ цепей с многополюсными рефлектометрами. Акт внедрения содержится в Приложении 1.

Обоснованность и достоверность результатов работы. Все положения, выносимые на защиту, прошли экспериментальную проверку-Адекватность предлагаемых в работе моделей подтверждается сравнением результатов теоретических и экспериментальных исследований. Основные результаты работы реализованы в экспериментальном макете анализатора СВЧ цепей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

"Методы и средства измерений физических величин", V Всероссийская научно-техническая конференция. Н. Новгород, HI'ГУ, 2000;

- Научно-техническая конференция факультета информационных
^ систем и технологий, Н. Новгород, НГТУ, 2001;

"Физика и технические приложения волновых процессов'1, Международная научно-техническая конференция, Самара, СГУ, 2001;

Научно-техническая конференция факультета информационных систем и технологий, Н. Новгород, НГТУ, 2002;

Новыс технологии в радиоэлектронике и системах управления", Международная паучно-техн. конф., Н. Новгород, 2002;

"Голубая Ока'1, 7-я Нижегородская сессия молодых ученых. Н. Новгород, 2002 г;

"Актуальные проблемы электронного приборостроения", VI Международная научно-техн. конф, Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет, 2002;

"Будущее технической науки Нижегородского региона", региональный молодежный научно-технический форум, Н Новгород, 2002;

- "Голубая Ока", 8-я Нижегородская сессия молодых ученых, Н.
Новгород, 2003.

Публикации. Но теме диссертации опубликовано 14 работ, получены 2 свидетельства на полезные модели.

*

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, библиографического списка из 124 наименований и приложения. Общий объем работы - 125 страниц.

На защиту вы постится:

1. Малогабаритный широкополосный многополюсный рефлектометр

  1. Метод калибровки многополюсного рефлектометра в полосе частот

  2. Способ реализации широкополосных зондов

  3. Метод измерения волновых параметров рассеяния

четырехполюсников с помощью многополюсных рефлектометров

  1. Способ измерения отношения падающих волн и собственного коэффициента отражения от рефлектометра

  2. Способ расширения динамического диапазона измерений коэффициента передачи за счет применения гомодинного детектирования

Подобные работы
Самигуллин Рустем Разяпович
Методы и средства улучшения метрологических характеристик датчиков контроля обводненности сырой нефти
Воронов Александр Сергеевич
Метод и оптико-электронное средство контроля качества пьезорезонансных датчиков по комплексному коэффициенту передачи
Тугушев Камиль Равильевич
Методы и средства измерения малых расходов газа с применением тепловых меток
Бахарев Михаил Самойлович
Разработка методов и средств измерения механических напряжений на основе необратимых и квазиобратимых магнитоупругих явлений
Курт Виктор Иванович
Аппаратно-методический комплекс метрологического обеспечения средств измерений и контроля параметров тепловизионных приборов
Ахметшина Людмила Георгиевна
Контроль технологических параметров композитов устройствами на основе диэлектрических волноводов
Ваньков Юрий Витальевич
Методы и устройства контроля технического состояния изделий по параметрам собственных колебаний на основе конечноэлементного моделирования и статистических критериев сравнения спектров
Зарипова Римма Солтановна
Быстродействующий метод контроля концентрации ионов металлов в водной среде на базе мембранного датчика
Сойко Алексей Игорьевич
Метод и средство для поверки измерителей артериального давления с применением генератора переменного расхода
Варгашкин В Я
Электрический метод и средство диагностирования подшипниковых опор качения с жидкостной смазкой

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net