Файл: Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения.pdf

Специальные

ра д и о -

технические

измерения

■ ■ ■ м Я і З м і і і і і м і м а а в в а п м м м н м а а в а и а в в м в в в в а м а і а н м а н в а а н м і і

19 7 4

О? //б

М И Н И С Т Е Р С Т В О О Б О Р О Н Ы СССР

В. 3. НАЙДЕРОВ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ

ИЗМЕРЕНИЯ

1974

В В Е Д Е Н И Е

Общее состояние современной радиоэлектроники, как и других

областей науки и техники, в значительной мере определяется уров­ нем развития методов измерений и оснащенностью измерительны­

ми средствами. Развитие таких отраслей радиоэлектроники, как радиотелеметрия, радиоуправление, телевидение, радиолокация,

космическая радиоэлектроника стало возможным лишь при одно­ временной разработке точных и надежных методов измерения и

измерительных приборов. Например, вывод искусственных спут­

ников Земли на орбиту и управление их полетом, автоматическая стыковка спутников на орбите, осуществление мягкой посадки ав­

томатических межпланетных станций на Венеру и Марс связаны с проведением большого числа разнообразных измерений, в том

числе измерений высокой точности, которые могут быть выполне­

в развитии и даже зарождении целых областей радиоэлектроники. Так, например, достижения в области прецизионных измерений

частоты и временных интервалов обусловили возможность разви­ тия системы единого времени. Поэтому между радиоизмерениями

и всеми отраслями радиоэлектроники и радиотехники существует тесная двусторонняя связь.

Наука о радиотехнических измерениях обеспечивает также

единство и правильность измерения радиотехничеоких величин пу­ тем осуществления связи радиотехнических средств измерений с

системой эталонов физических величин, т. е. является с этой точ­ ки зрения областью общей метрологии.

Коммунистическая Партия и Советское Правительство постоян­ но уделяют большое внимание развитию метрологии, теории и

практики радиотехнических измерений, развитию передовой при­ боростроительной промышленности.

3

Перспективы совершенствования измерительной техники были определены директивами XXIII съезда КПСС по восьмому пяти­ летнему плану развития народного хозяйства СССР, в соответст­ вии с которыми в стране расширена сеть метрологических учреж­ дений, номенклатура выпускаемых измерительных приборов причем особое внимание уделяется вопросам унификации аппара­ туры и улучшения ее технических характеристик.

В развитие науки о радиоизмерениях значительный вклад внес­ ли труды русских и советских ученых. Начало развития техники

ры, сам конструировал измерительные приборы. До открытия радио измерения развивались только в области техники постоянно­ го тока и тока низкой частоты.

Основоположником отечественной радиоизмерительной техники признан известный ученый в области радиотехники академик М. В. Шулейкин, который в 1913 году организовал первую завод­ скую лабораторию, изготовлявшую радиоизмерительные приборы. В первом десятилетии XX века академиком Л. И. Мандельшта­ мом был разработан наиболее универсальный измерительный прибор — электронный осциллограф.

Подлинный расцвет радиоэлектроники и, следовательно, ра­ диоизмерительной техники начался в нашей стране после победы Октябрьской революции. В 1918 году В. И. Ленин подписал декрет «О централизации радиотехнического дела» и Положение об орга­ низации Нижегородской лаборатории под руководством профес­ сора М. А. Бонч-Бруевича, которая стала первым научно-исследо­ вательским институтом в Советском Союзе. С этой лабораторией связаны крупнейшие достижения в области радиотехники. Веду­ щие сотрудники этой лаборатории Д. А. Рожанский, Татаринов, В. П. Вологдин значительно продвинули методику и технику радио­ измерений. В дальнейшем их развитие шло параллельно с разви іием радиотехники. Освоение новых диапазонов частот, разработ­ ка методов приема и передачи информации, создание новой радио аппаратуры требовали разработки новых методов радиоизмерений

инженеры Е. Г. Момот, Г. Д. Бурдун, А. Г. Покровский, В. Г. Дубенецкий, Р. А. Валитов, Г. Я. Мирский, Г. Г. Гинкин, В. Н. Сре­ тенский и другие.

Непрерывное развитие науки, исследование новых явлений и процессов, внедрение новой техники влекут за собой дальнейшее развитие радиоизмерительной техники, методов измерений, совер­ шенствование техники эксперимента, автоматизацию средств контроля.

Измерение любых физических величин является не самоцелью, а средством достижения цели. Целью же является обеспечение

4

правильности функционирования радиотехнической системы или устройства, испытание, настройка, проведение экспериментальных исследований и т. д.

Радиотехнические измерения имеют особо важное значение для военного инженера по радиотехнике, что вытекает, прежде всего, из основной задачи — обеспечения постоянной боевой готовности радиоэлектронных средств вооружения.

В настоящее время невозможно назвать область практической деятельности военного инженера по радиотехнике, в которой мож­ но было бы обойтись без радиотехнических измерений. Ни одно сложное радиоэлектронное устройство не может быть подготовле­ но к работе без измерительных приборов. Только при наличии необ­ ходимого количества достаточно точных приборов можно устано­ вить соответствие параметров настраиваемого устройства тактико­ техническим требованиям. Измерения занимают большой удельный вес в разработке и исследовании радиоэлектронной аппаратуры. Исследование вообще не мыслимо без измерительной аппаратуры, так как невозможен не только количественный, но и качественный анализ интересующих исследователя явлений.

Большую роль играют измерительные средства и при эксплуа­ тации радиоэлектронных систем. Контроль исправности различ­ ных устройств, проведение регламентных работ, поддержание вы­ соких технических показателей аппаратуры в процессе эксплуата­ ции, быстрое определение причин неисправности отдельных эле­

особенность — чрезвычайно широкий круг характеристик и пара­ метров, подлежащих измерению.

Вторая особенность — практически неограниченный диапазон частот, на которых необходимо измерять эти характеристики и параметры. В зависимости от частоты для измерения одной и той же физической величины используются различные методы измере­ ния, различные по конструкции и принципу действия приборы. Достижимая точность (погрешность) измерения также в значи­ тельной мере зависит от частоты.

Третья особенность — чрезвычайно широкие диапазоны воз­ можных значений измеряемых величин: частоты от долей герца до

сотен гигагерц; мощности — от долей микроватта (ІО-17 Вт) до де­

сятков мегаватт; временных интервалов — от наносекунд до со­ тен и более секунд и т. д.

Многочисленность измеряемых величин и большие диапазоны их значений обусловливают чрезвычайное разнообразие и много-

к особенностями объекта измерения, нужно хорошо знать различ­ ные методы измерений, измерительные приборы, четко представ­

5

лять, от чего зависит точность измерений, уметь применять аппара­ туру в конкретных условиях эксплуатации и учитывать источники погрешностей измерений.

Для успешного овладения материалом книги необходимо знать основы теории электрорадиоцепей, электронных приборов, элект­ ромагнитного поля, усилительных и импульсных устройств, элект­ рических измерений.

Книга является учебным пособием по дисциплине «.Электрора­ диоизмерения». За основу книги взят курс лекций по радиотехни­ ческим измерениям, читавшийся автором в высшем военно-учеб­ ном заведении в течение ряда лет.

6

Г Л А В А 1

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИИ

§ 1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

Радиоизмерительные приборы (РИП) классифицируются по ряду признаков: назначению, принципу действия, условиям эксп­ луатации, способу отсчета измеряемой величины и т. д.

По назначению радиоизмерительные приборы можно условно разделить на четыре большие группы.

Первая группа — измерительные генераторы. Эти приборы слу­ жат источниками сигналов (чаще всего напряжения) заданной формы с калиброванными значениями параметров. Примерами могут служить измерительный генератор низких частот, измери­ тельный генератор высоких частот, измерительный генератор им­ пульсов и др. Измерительные генераторы используются для иссле­ дования и настройки радиоэлектронной аппаратуры, для измере­ ния параметров сигналов методами сравнения, питания измери­ тельных схем и в других случаях.

Вторая группа — приборы для измерения параметров и харак­ теристик электрических колебаний. Действие этих приборов связа­ но с подачей измеряемых сигналов на их вход. Примерами могут служить электронный вольтметр, электроннолучевой осциллограф, измеритель частоты, анализатор спектра и т. д. Обобщенная струк­ турная схема приборов этой группы приведена на рис. 1.1.

Unßcicamof)

Рис. .11.

Входное устройство служит для передачи сигнала, параметр или характеристика которого должны быть измерены, от входных

7

зажимов ко входу преобразователя. Часто в состав входного уст­ ройства входит катодный повторитель для создания высокого вход­ ного сопротивления. В ряде приборов во входном устройстве име­ ются аттенюаторы (выполняющие роль ослабителей урозня сиг­ нала и развязывающих устройств), а в импульсных приборах — линии задержки. От схемы входного устройства зависит степень влияния РИП на режим работы объекта, параметры которого из­ меряются. В области НЧ и ВЧ это влияние характеризуется вход­ ным сопротивлением, а в области СВЧ — величиной поглощаемой прибором мощности.

Преобразователь «сигнал — значение параметра» служит для преобразования сигнала к тому или иному виду, сравнения изме­ ряемой величины с образцовой, для анализа измеряемого сигнала перед подачей его на индикатор. Преобразователь, «ак правило, наиболее сложная часть радиоизмерительных приборов.

Индикатор (стрелочный, цифровой, осциллографический, печа­ тающий, телефонный, самопишущий) служит для представления результата измерения в форме, удобной для восприятия органа­ ми чувств оператора или для ввода информации в устройство об­ работки.

Третья группа — приборы для измерения параметров и харак ­ теристик двухполюсников, четырехполюсников и различных элемен­ тов радиоэлектронных схем. К этой группе относятся приборы для измерения R, L, С, Q, коэффициента шума, рефлектометры, изме­ рители амплитудно-частотных и переходных характеристик, изме­ рители параметров транзисторов и ламп и т. д.

Обобщенные структурные схемы приборов для измерения ха­ рактеристик и параметров четырехполюсников и двухполюсников представлены соответственно на рис. 1.2,а и б. Характерной осо­ бенностью этих приборов является то, что в их состав входят как источники сигналов (встроенные в прибор измерительные генера­ торы), так и устройства, измеряющие параметры этих сигналов после прохождения их через исследуемую цепь (если она являет­ ся четырехполюсником), или параметры сигналов иа выходе изме­ рительной схемы (если исследуемая цепь является двухполюсни­ ком) .

Четвертая группа — элементы измерительных схем (преимуще­ ственно СВЧ), т. е. направленные ответвители, нагрузочные сопротивления, аттенюаторы, фазовращатели и другие измери­ тельные приспособления с калиброванными характеристиками.

Все радиоизмерительные приборы могут быть также разделены на приборы общего применения и приборы специальные. Первые предназначены для использования в различных радиотехнических устройствах независимо от назначения последних, вторые являют­ ся приборами узкого назначения и пригодны для использования только в определенных объектах; специальные приборы часто

встраиваются непосредственно в аппаратуру в виде отдельных блоков.

8

В настоящее время в Союзе действует система наименований и обозначений РИГГ общего применения, охватывающая все серий­ но выпускаемые средства из-

ты-буквой Ч, измерительные генераторы—буквой Г. Каждая груп­ па делится на подгруппы, обозначаемые арабскими цифрами (на­ пример, вольтметры постоянного тока—В2, вольтметры переменно­ го тока — ВЗ, измерительные генераторы импульсов — Г5). Внут­ ри подгруппы конкретные приборы имеют свои порядковые номе­

универсальный).

Полная классификация РИП общего применения приведена в нормали НО.019.000. Располагая каталогом приборов, составлен­ ным согласно этой классификации, можно подобрать тот прибор, который необходим для проведения конкретного измерения.

§ 1.2. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

Каждый РИП, выпускаемый промышленностью, снабжается техническим описанием, содержащим сведения о схеме и конструк­

9