Гурлі Ю Є, ворошіння А В, Гусинський А В, Кострикін А М Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки м Мінськ, 220013, Республіка Білорусь Тел: +375-17-2398496, E-mail : gusin@citorgby, web site: http://wwwmwmlabcom

Анотація – Наведено основні положення розробки вимірювача потужності, який призначений для роботи в комплекті з термоелектричним вимірювальним перетворювачем потужності в діапазоні від 0,01 ГГц до

20,0 ГГц

I                                       Введення

Одним з напрямків діяльності випробувальної лабораторії апаратури та пристроїв НВЧ БДУІР є розробка вимірювальних систем НВЧ і КВЧ діапазону При вимірі вихідної потужності вимірювальних генераторів та інших джерел НВЧ сигналів [1], перевірки вимірників потужності (ватметрів) класів 15 і 25, вимірі ослаблення чотириполюсників, вимірюванні рівня випромінювання з застосуванням каліброваних антен і тд необхідний вимірник поглинається потужності (ІМ)

Вимоги до сучасних вимірювачів потужності такі: використання многоразрядного АЦП, цифрового управління і цифрової обробки інформації застосування автоматичного калібрування нуля, що дозволяє отримати високу точність вимірювання потужності сигналу Як правило, вимірювач потужності повинен володіти можливістю здійснення контролю і протоколювання результатів вимірювання, автоматично виконувати математичні операції (знаходити максимум і мінімум, їх розкид, середньоарифметичне і среднеквадратическое), можливість управління по зовнішніх інтерфейсів типу RS232, USB, IEEE-488 (КОП)

Подібні вимірювачі поглинається потужності, виробництва таких фірм, як Agilent Technologies, Rohde & Schwarz, Tektronix, як правило, досить дорогі Це обумовлює актуальність розробки або модернізації вітчизняних аналогів

II                               Основна частина

Вимірювач потужності МЗ-51 широко використовується для вирішення різних радіотехнічних завдань, має досить надійним коаксіальним СВЧ вимірювальним трактом з перетином 7/3, що працює в діапазоні 0,01-17,85 ГГц [2] Попередній аналіз показав, що, використовуючи, термоелектричний вимірювальний перетворювач МЗ-51 і провівши модернізацію систем управління та обробки інформації, можливо, якісно поліпшити характеристики вимірювача потужності

Вимірювач потужності МЗ-51 був використаний як прототип для розробки нового вимірювача потужності

У результаті були розроблені: 24-розрядний блок аналого-цифрового перетворювача (АЦП), пристрій сполучення з інтерфейсами, джерело живлення, пристрій введення-виведення, процесорний пристрій управління

Структурна схема вимірювального блоку вимірювача потужності (рисунок 1) вкпючает в себе: – підсилювач постійного струму малошумящий (УПТ) -24 – Розрядний сигма-дельта аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – Мікропроцесорний пристрій

Рис 1 Структурна схема вимірювального блоку вимірювача потужності

– Рідкокристалічний індикатор (РКІ) – Клавіатуру – Блок живлення – RS 232 інтерфейс – USB інтерфейс – IEEE-488 (КОП)

Fig 1 Flowchart of the power meter measuring unit

Робота вимірювального блоку заснована на принципі посилення і перетворення в цифрову форму напруги постійного струму, що надходить від перетворювача

Сигнал з виходу перетворювача надходить на малошумящий підсилювач постійного струму, який посилює його вихідна напруга до значення, необхідного для стійкої роботи АЦП АЦП перетворює напругу постійного струму в цифровий код, значення якого пропорційно подводимой до перетворювача НВЧ потужності, з мінімальною частотою 10 Гц і розрядністю до 24 Біт У новий блок АЦП вкпючен вбудований покращений генератор опорного напруги з початковою точністю установки напруги 0,01% (температурна нестабільність 4 * 10 ® / 1 ° С) На платі АЦП розміщені стабілізатори напруги живлення для АЦП і для буферів, що забезпечують цифрову розвязку керуючих сигналів Структурна схема АЦП представлена ​​на малюнку 2

Високопродуктивний 32-розрядний мікроконтролер, що входить до складу мікропроцесорного пристрою, управляє роботою всього приладу, проводить обмін з платою АЦП і зовнішніми пристроями Внутрішня память процесора дозволяє накопичувати виміряні вибірки і виробляти статистичний аналіз На мікросхемі програмованої логіки реалізована підтримка інтерфейсу IEEE 4881 Підтримка інтерфейсу USB заснована на використанні спеціалізованої мікросхеми Мікросхема забезпечує узгодження рівнів для інтерфейсу RS-232, підтримка якого реалізована в мікроконтролері Інформація виводиться на графічний індикатор

Блок живлення заснований на малошумні лінійному перетворювачі напруги На виході трансформатора, після випрямлення, формується постійна напруга (+8 В) Роздільно здійснюється формування аналогового і цифрового напруги живлення (+5 В) У блоці АЦП здійснюється подальша стабілізація напруги до 3,3 В

Рис 2 Спрощена структурна схема АЦП

Fig 2 The ADC sketch

Додатковим елементом вимірювача потужності є додана статистична обробка виміряної потужності, дані накопичуються в буферній памяті, яка може накопичувати до 1000 відліків, на їх основі обчислюються параметри: мінімальні значення потужності за період статистичної обробки і максимальні, середньоарифметичні і тд значення потужності

При роботі з приладом можна задавати частоту вимірювального сигналу, по якій з калібрувальної таблиці для кожного датчика автоматично обчислюється коефіцієнт перетворення, або вводити коефіцієнт перетворення вручну, що дозволило розширити діапазон вимірювань до 20 ГГц У прототипі вимірювача потужності МЗ-51 був складний розрахунок коефіцієнта перетворення і вироблявся вручну, при цьому були відсутні таблиці його залежності від частоти

Також реалізована функція автоматичного калібрування нуля У МЗ-51 необхідно було періодично робити вручну калібрування нуля, тому що з-за впливу зовнішніх температурних чинників виміряне значення потужності могла йти на одиниці мкВт за кілька хвилин

При типовому коефіцієнті перетворення, що дорівнює 1 мВт / мВ, вимірювач потужності дозволяє вимірювати на 3 межах: -100 мВт, -1 мВт, – 100 мкВт Дані можуть бути відображені в дБм і дБ щодо обраного рівня потужності

Розроблений вимірювач потужності призначений для роботи в комплекті з термоелектричним вимірювальним перетворень-телем потужності в діапазоні від 0,01 ГГц до 20,0 ГГц [3], отримав назву вимірювач потужності РМ 0,01 – 20,00 ГГц

III                                   Висновок

Розроблений на базі МЗ-51 вимірювач потужності РМ 0,01 -20,0 ГГц має ряд переваг і удосконалень Він виготовлений на принципово новій елементній базі, робота його повністю автоматизована і поліпшені метрологічні характеристики АЦП дозволяє здійснювати цифрову обробку інформації автоматизовану калібрування нуля істотно спрощують роботу введені калібрувальні таблиці для обчислення коефіцієнта перетворення Звязок вимірювача потужності із зовнішніми пристроями здійснюється по інтерфейсах типу RS232, USB, IEEE-488 (КОП)

IV                                      Література

[1] Кукуш В Д Електрорадіоізмеренія – М: Радіо і звязок, 1985 -368 С

[2] Вимірювач потужності МЗ-51 Технічний опис та посібник з експлуатації

[3] Вимірювач потужності РМ 001-20 Технічний опис та посібник з експлуатації

РМ 001-^ 2000 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@citorgby Web page: http://wwwmwmlabcom

Abstract – Basic design of a power meter intended for operation with a thermoelectric measuring power converter in the 001-200GHz 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 4881

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 001-200GHz 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 4881 interfaces

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р