Исследование работы измерителя мощности М3М-18 непосредственно и на компьютере

Министерство образования и  науки РФ

 

Новосибирский государственный  технический университет

 

Кафедра РП и РПУ

 

Пояснительная записка  к курсовой работе на тему:

 

 «Исследование работы измерителя мощности М3М-18 непосредственно и на компьютере»

 

по дисциплине

Электронные приборы  и цепи сверхвысоких частот.

 

 

Факультет радиотехники и электроники

Группа: РТВ 14-81

Студент: Чебунина М.С.

Преподаватель: Садовой  Г.С.

Дата защиты:

 

Новосибирск, 2010.

Содержание.

1. Описание измерителя и принципа его работы
1. Области применения ---------------------------------------------------стр.3
2. Внешний вид прибора -------------------------------------------------стр.3
3. Технические характеристики-----------------------------------------стр.4
4. Органы управления и индикации-----------------------------------стр.5
5. Устройство и работа измерителя------------------------------------стр.7
6. Структура меню-----------------------------------------------------------стр.8
2. Порядок проведения измерения мощности шума-------------------стр.9
3. Порядок проведения измерения мощности принятого антенной сигнала в условиях лаборатории------------------------------------------стр.10
4. Порядок проведения измерения мощности принятого антенной сигнала с помощью компьютера------------------------------------------стр.18
5. Выводы по работе-------------------------------------------------------------стр.27
6. Приложение---------------------------------------------------------------------стр.28
7. Литература-----------------------------------------------------------------------стр.30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание измерителя и принципа его работы [1,2].

Измеритель мощности СВЧ М3М-18 предназначен для измерения мощности непрерывно генерируемых СВЧ колебаний в диапазоне частот от 0,01 до 18,00 ГГц.

1.1 Области применения: производство и контроль ВЧ и СВЧ устройств и оборудования, исследование, настройка и испытание СВЧ узлов, используемых в радиоэлектронике, связи, приборостроении, измерительной технике.

1.2 Внешний вид измерителя представлен на рис. 1.

 

 

Рис. 1. Внешний вид измерителя.

 

 

 

 

 

 

1.3 Технические характеристики:

Диапазон рабочих частот, ГГц	0,01 – 18,00
Диапазон измерений  мощности	– 10 мВт -40 – 10 дБм
Предел допускаемого СКО случайной составляющей погрешности  измерений, нВт, не более	2,5
Нелинейность амплитудной характеристики в диапазоне рабочих частот, дБ, не более	0,6
Время установления рабочего режима, с, не более	10
Продолжительность непрерывной  работы, ч, не менее	16
Габаритные размеры, мм   Длина   Ширина   Высота	177,0 48,0 32,5
Масса, кг	0,35
Волновое сопротивление, Ом	50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Органы управления и индикации:

 

Рис. 2. Передняя панель измерителя.

1. Вход СВЧ - разъём для подключения к источнику сигнала.
2. Индикатор. В режиме измерений на индикаторе отображается значение уровня входной мощности СВЧ в выбранных единицах измерения с учётом калибровочных данных, а также дополнительная информация о режиме и состоянии измерителя; в режиме меню – параметр, значение которого может быть установлено или изменено при помощи клавиш управления.
3. Меню/отмена – переход в режим меню или выход из него без сохранения изменений.
4. Подсветка.
5. Клавиши навигации. Выполняют функции клавиш быстрого доступа в режиме измерений и навигации по пунктам меню в режиме меню.
6. Ввод – клавиша выбора пунктов меню и подтверждения введённых данных.
7. Вкл./выкл. – Клавиша включения/выключения измерителя.

Рис. 3. Боковая стенка измерителя.

 

 

8. Шпилька крепления ремешка для ношения измерителя на запястье.

 

 

 

 

Рис. 4. Вид справа.

 

9. Разъем USB – для подключения измерителя к ЭВМ либо к зарядному устройству для зарядки аккумулятора.

 

 

1.5 Устройство и работа измерителя:

В основу работы положен  принцип преобразования мощности синусоидального  СВЧ сигнала на диодном амплитудном  детекторе в напряжение постоянного  тока.

Измеритель мощности М3М-18 состоит из следующих основных блоков:

1. Детекторная секция
2. Блок аналого-цифрового преобразования (АЦП)
3. Блок центрального процессорного управления (ЦПУ)
4. ЖК индикатор
5. Клавиатура
6. Интерфейс USB
7. Аккумулятор

 

 

Структурная схема измерителя приведена на рисунке 5.

 

Рис. 5. Структурная схема  измерителя.

 

 

1.6 Структура меню.

                    

         

Рис. 6. Структура меню.

2. Порядок проведения измерения мощности шума (эксперимент 1).

 

В эксперименте использовался  измеритель мощности СВЧ М3М-18 ЗАВ № 07090207.

Для измерения мощности шума (при неподключенном приборе) следует выполнить следующий порядок действий:

 

1. Включить прибор с помощью кнопки «Вкл.», удерживая её некоторое время.
2. Установить параметры измерения:

• частотная коррекция – 100 МГц
• компенсация ослабления – 0 дБ
• единицы измерения – Вт
• усреднение – авто

3. Зафиксировать значение мощности шума на экране измерителя мощности в режиме измерений. Записать максимальное и минимальное значение мощности шума.

 

 

P_шума=4.590 нВт

 

P_{шума max} = 6.10 нВт

 

P_{шума min} =100 пВт

 

 

 

 

 

 

3. Порядок проведения  измерения мощности принятого  антенной сигнала в условиях лаборатории (эксперимент 2).

В эксперименте использовался  измеритель мощности СВЧ М3М-18 ЗАВ  № 07090208.

 

Исследование приема сигнала, поступающего с телебашни с помощью антенны.

Антенна  телевизионная  эфирная всеволновая комнатная, в активном исполнении (с усилителем) «Интер-Плюс-A-DX».

Рис. 7. Изображение антенны с сайта www.remoltd.com [3].

Антенна предназначена для приема сигналов телевизионных программ в диапазонах 1-12 каналов (МВ) и 21-69 каналов (ДМВ) или в диапазонах частот 48,5-100 МГц, 174-230 МГц и 470-862 МГц.

Антенна может применяться  как для аналогового, так и  для цифрового приема.

Технические характеристики антенны.

Коэффициент усиления по каналам, дБ	1-5	32
	6-12	33
	21-69	36
Неравномерность АЧХ, не более, дБ	+/- 2
Коэффициент бегущей  волны по каналам, не менее	1-5	0.2
	6-12	0.35
	21-69	0.5
Поляризация электромагнитной волны	Горизонтальная
Волновое сопротивление, Ом	75
Масса, не более, кг	0.8

 

Добиться максимального  качества изображения (максимально  точного приема) можно, изменяя направление  антенны путем поворота вокруг собственной  оси, изменяя длину телескопических  МВ-вибраторов и поворачивая их, а также вращая ручку регулятора коэффициента усиления.

Рис. 8. Структурная схема  эксперимента 2.

 

 

 

Условные обозначения [5]:

- антенна

- усилитель

- измеритель мощности (ваттметр)

 

Переходник с антенны  на измеритель мощности [6,7]

Стандартное волновое сопротивление выхода антенны Z1= 75 Ом

Волновое сопротивление  входа измерителя мощности Z2=50 Ом

Для решения  задачи широкополосного согласования активных сопротивлений применяют  ступенчатые переходы (трансформаторы), представляющие собой каскадное соединение четвертьволновых трансформаторов – ступенчатых изменений размеров поперечного сечения волноводной трубы с соответствующими скачкообразными изменениями волновых сопротивлений Z1, Z2 и т.д.

Рис. 9. Внутренняя структура переходника.

При согласовании двух разных волноводов переменными могут быть один или оба размера поперечного сечения волноводной трубы трансформатора.

Для перехода используется последовательно подключенный резистор сопротивлением 25 Ом. В этом случае

(50+25)=75 Ом.

Коэффициент ослабления в переходнике определяется соотношением сопротивлений как:

К = - = -1.5 (дБ)

 

Модуль коэффициента отражения (|Г|) рассчитывается с учётом коэффициента ослабления К=-1.5 дБ:

K = 20lg(|Г_вх|)

lg(|Г_вх|) = K/20

|Г_вх| = 10^K/20 = 10^-1.5/20 = 0.841

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика проведения эксперимента.

1. Собрать антенну.
1. Вставить основную часть антенны фиксатором в отверстие основания.
2. Блок телескопических МВ-вибраторов вставить до упора в гнездо кронштейна основной части антенны.
2. Включить измеритель мощности М3М-18, удерживая кнопку «Вкл».

3. Установить параметры измерителя мощности

• частотная коррекция – 5 ГГц
• компенсация ослабления – 0 дБ
• единицы измерения – Вт
• усреднение – авто

4. Измерить зависимость мощности входного сигнала от:

1. Положения антенны;
2. Коэффициента усиления;
3. Длины телескопических МВ-вибраторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Результаты проведения эксперимента.

1. Мощность шума без антенны

 

P_ш = 2.200 нВт

P_{ш max}=6.10 нВт

P_{ш min}=100 пВт

 

 

 

2. Подсоединяем провод, имитирующий антенну.

Длина провода – 43 см, в изоляции.

 

P=680.400 нВт

Р_max=1.59 мкВт

P_min=100 пВт

 

3. Подсоединяем антенну к измерителю мощности с помощью переходника.

 

1. При повороте антенны вокруг своей оси зафиксируем максимум мощности принятого сигнала. Когда антенна направлена ровно на телебашню, измеритель мощности показывает максимальное значение, которое почти не колеблется. По полученным данным построим диаграмму направленности.

 

Угол, ⁰	P, мкВт
0	150
30	110
45	43
60	37
90	64
105	75
120	115
150	130
180	237
210	135
240	85
270	59
300	30
330	43
360	200

 

 

 

Рис. 10. Диаграмма направленности антенны.

 

 

2. Зависимость мощности принимаемого сигнала от коэффициента усиления антенны.

 

К, дБ	Р, мкВт
32	2.440
33	6.188
36	20.555

Рис. 11. Зависимость мощности принимаемого сигнала от коэффициента усиления антенны.