Индикатором равенства или кратности частот может быть осциллограф или нелинейный преобразователь частоты;

Рис. 5. К определению кратности частот

в соответствии с этим метод сравнения для  измерения частоты реализуют двумя способами: осциллографическим и гетеродинным.

Методы  измерения мощности

Калориметрический метод.

 Метод  состоит в преобразовании измеряемой  энергии в тепловую и измерение теплового эффекта в рабочем теле преобразователя .  Калориметрические ваттметры  состоят из калориметра и измерительного блока . В калориметре мощность СВЧ преобразуется в напряжение ,  а измерительный блок предназначен для измерения этого напряжения , калибровки и управления калориметром . Различают статические и проточные калориметры . В первых мощность  рассеивается на поглощающей нагрузке , мерой мощности является изменение ее температуры . Во вторых непрерывно циркулирует жидкость , нагреваемая в приемном преобразователе рассеиваемой мощности СВЧ о которой судят по приращению температуры жидкости . Статические калориметры применяются с твердотельными объемными или пленочными поглотителями – сухие калориметры . Сухие калориметры преимущественно используют для измерения малых и средних мощностей . Тепловая постоянная времени составляет порядка секунд и более . В проточных калориметрах мощность СВЧ подводят к приемному преобразователю, который обеспечивает согласование слинией передачи  и передачу тепловой энергии теплоносителю - охлаждающей приемный  преобразователь жидкости . Обычно используют дистиллированную волу или кремнийорганическую жидкость . Общая погрещность этого калориметра может составлять 10…20 %  
 

Термоэлектрический метод .

Для измерения  мощности применяют полупроводниковые  термопары и термопары из разных металлов . Обычно ветви термопары выполняют в виде пленок , напыленных на плоской диэлектрической подложке . Ветви термопары соединяют резистивным слоем который в основном определяет общее сопротивление термопары . Измеряемая мощность рассеивается преимущественно в резистивном слое , поэтому температура в резистистивном слое возрастает и увеличивается чувствительность термопары .  Термопары помещают в термоэлектрический приемный преобразаватель и непосредственно подводят    СВЧ мощность .

Постоянная  времени пленочных термопар составляет десятки миллисекунд , а чувствительность – порядка одного милливольта на милливатт .  

Метод терморезисторов .

В основе лежит метод замещения мощности СВЧ известной мощностью постоянного тока .Термисторные (имеют отрицательный температурный  коэфффициент стабилизации ) преобразователи должны допускать подведение к термистору постоянного тока и возможность измерения сопротивления . Поскольку сопротивление термисторов сильно зависит от температуры окружающей среды , то приемные преобразователи помещают в термоизолирующий экран , применяют сбалансированные четырехплечие или более сложные мосты для измерения мощности на частотах 28 МГц - 78 ГГц .

Метод вольтметра .

Этот  метод заключается в измерении  поглощаемой мощности по напряжению на согласованной нагрузке и может  применяться при измерении средней  и импульсной мощности . При измерении используют диодные детекторы , которые позволяют измерить  мощность на частотах до 17 ГГц .  Так , как для малых сигналов вольтамперную характеристику  описывают полиномом :

i=a₀+a₁(u-U₀)+a₂(u-U₀)²+...,

где а₀,а₁,а₂ - постоянные коэффициенты , U₀- напряжение в рабочей точке . Под влиянием переменного напряжения u=U_m coswt+U₀ возникнет постоянная составляющая :

I₀=a₀+a₂U²_m/2+3a₄ U_m²/8+… .

При малых  амплитудах  из-за малости третьего слагаемого ток можно представить в виде I₀=a₀+a₂U_m² /2 . Следовательно при малых сигналах детектор является квадратичным.[1]

Радиометрический  комплекс с акустооптическим анализатором спектра

Рассмотрены устройство и основные характеристики малошумящего радиометрического комплекса  миллиметрового диапазона волн с  широкополосным акустооптическим спектроанализатором  и особенности его применения для измерений. Приведены результаты измерений параметров комплекса и его основных узлов, а также результаты пробных измерений[2]

Анализатор  спектра и АЧХ SNA-12

В статье представлены возможности и основные технические характеристики прибора SNA-12 – многофункционального измерительного прибора, объединяющего в себе функции широкополосного анализатора спектра, измерителя АЧХ, КСВН и генератора СВЧ. Это вторая модель серии SNA компании «Бета ТВ ком» (Украина), серийный выпуск которой планируется начать в феврале 2007 года (первая модель SNA-4 серийно выпускается уже год). 
 
SNA-12 создавался как многофункциональный прибор для разработки, наладки, контроля и ремонта радиоэлектронной аппаратуры любого типа в диапазоне частот от 5 МГц до 12 ГГц, обладающий достаточно хорошими техническими характеристиками, но в то же время доступный по цене даже для бюджетных организаций. Области применения данного прибора определяются его широким диапазоном измеряемых частот, компактностью и многофункциональностью.Благодаря компактным размерам (240x250x100 мм), встроенной аккумуляторной батареи (более двух часов непрерывной работы) и, одновременно, достаточно высокой точности измерения, прибор можно применять как в полевых условиях, для настройки средств мобильной связи, беспроводных коммуникаций (GSM, WCDMA, DECT, W-LAN), радиорелейных станций, цифрового телевидения, антенн и т.д., так и в лабораториях, где пользователь получает практически полный набор измерительных средств, необходимых для разработки и наладки СВЧ устройств любой сложности.Как можно видеть из блок-схемы прибора SNA-12, по своей структуре он подобен анализаторам спектра импортного производства. Но благодаря применению широкополосных СВЧ коммутаторов, многие узлы измерителя используются в разных режимах работы. Тем самым увеличивается функциональность измерителя, уменьшаются габаритные размеры, стоимость и повышается надежность.[3]

Классификация измерителей мощности

В зависимости  от целевого назначения и способа  включения в передающий тракт  различают две основные группы измерителей мощности:  
— проходящей мощности (условное обозначение М1-хх, М2-хх, ВПО-хх, Я2М-хх);  
— поглощаемой мощности (условное обозначение МЗ-хх, М5-хх).  
Кроме того их делят:  
— по виду используемых первичных измерительных преобразователей на тепловые (калориметрические, термоэлектрические, термисторные и болометрические), пондеромоторные, электронные (диодные, на эффекте Холла и др.), ферритовые и др.;  
— по характеру измеряемой мощности на измерители мощности среднего значения мощности непрерывных и (или) импыульсно-модулированных сигналов, импульсной мощности (мощности в импульсе);  
— по уровню средних значений измеряемых мощностей на ваттметры малой мощности (до 10 мВт), средней мощности (свыше 10 мВт до 10 Вт), большой мощности (свыше 10 Вт до 10 кВт);  
— по точности на классы 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 15,0; 25,0;  
— по типу СВЧ тракта на коаксиальные и волноводные. [4]

Анализатор  спектра GSP-827

Современная сложная  радиоэлектронная аппаратура должна проходить  стадии разработки, наладки, контроля и ремонта, что требует использования измери-тельной техники соответствующего назначения. Одним из классов таких приборов являются анализаторы спектра (АС), которые нашли широкое применение при радиоизмерениях. Спектр АС очень разнообразен: низкочастотные и высокочастотные, портативные и стационарные, последовательного действия и реального времени. Так что очень часто пользователю приходится приобретать несколько различных АС, каждый из которых выполняет ограниченный круг задач. Например, портативные АС могут применяться в полевых условиях для настройки антенн или определения уровня радиосигнала, но не пригодны для выделения информации из каналов связи с цифровой кодировкой или прецизионных метрологических измерений. В тоже время применение сложных дорогостоящих АС в качестве индикаторов при этом просто не рационально. Теперь, с появлением нового цифрового АС GSP-827 потребителю не надо выбирать между простым и сложным. Отличительной чертой этого анализатора спектра фирмы "GoodWill" является разумный баланс между габаритами и автономностью работы с одной стороны и высокими функциональными возможностями с другой. Прибор имеет малые габариты, массу около 4,5 кг, работает как от сети, так и от батарей. Удобство в наблюдении результатов достигается путем применения высококонтрастного ЖКИ с разрешением 640Х480, а сохранение данных и дистанционное управление прибором возможно через компьютер с использованием интерфейсов RS-232 или КОП.

Коротко остановимся на параметрах и функциональных возможностях GSP-827 Анализатор обеспечивает работу в наиболее востребованном в телекоммуникациях диапазоне до 2,7 ГГц, при этом обеспечивая высокую точность определения частоты. На задней панели прибора есть вход для внешнего опорного источника частоты с различными номинальными значениями, в том числе и с общепринятыми в связи частотами 1 МГц, 2,048 МГц, 5 и 10 МГц. Такая возможность позволяет легко уменьшить погрешность частоты на два и более порядка.[5]

                                            Анализаторы сигналов

Эта категория  наиболее многочисленна. Относящиеся  к ней приборы выполняют функции  спектральных анализаторов, параметрических  анализаторов модуляции, анализаторов искажений, анализаторов сигнала на базе динамического быстрого преобразования Фурье (БПФ), анализаторов модуляции, анализаторов фазовых помех, анализаторов мощности импульса и многих других. В целом, все анализаторы сигнала нацелены на исследование компонентов и систем с точки зрения их характеристик по передаче сигналов. Поскольку целый ряд этих характеристик критичен для функционирования всей системы, соответствующие контрольно-измерительные приборы в большинстве случаев должны обеспечивать повышенную точность и чувствительность при исследовании таких тонких параметров, как фазовые помехи и флюктуационные помехи.Анализатор спектра является осциллографом для измерения частотных характеристик. Для инженера, работающего в радиочастотной/микроволновой областях, они также важны, как и временные характеристики. Возможно, такой прибор необходим на каждом рабочем месте проектировщика. Он представляет собой супергетеродинный приемник с собственным генератором развертки, обеспечивающим визуальное представление зависимости амплитуды от частоты в широком динамическом диапазоне и большой набор удобных приспособлений для измерений, таких как маркеры, вычисление относительных значений. Большинство современных анализаторов спектра далеко ушли от простых узкополосных фильтров, позволяя детектировать полную ширину интервала модуляции и обеспечивая пользователя информацией (с достаточно высокой точностью) о других параметрах сигнала, таких как огибающая модулированного сигнала или величина помех. Наиболее многофункциональные анализаторы спектра включают программный “персональный модуль”, который позволяет конфигурировать базовый анализатор для выполнения специализированных функций, таких как тестирование радиопомех, для кабельного телевидения, сотовой и цифровой связи. При выполнении таких функций на дисплей прибора выводятся пояснения, соответствующие исследуемой предметной области. Так, при тестировании компонентов абонентского телевидения на экране показаны пределы регулирования сигнала, установленные Федеральной комиссией по связи (США).Анализаторы модуляции являются настраиваемыми приемниками, которые позволяют с высокой точностью получить характеристики модуляции сигнала. В дополнение к данным по амплитудной, частотной и фазовой модуляции, они обеспечивают точное определение уровня сигнала, поэтому их называют также измерительными приемниками. Это позволяет применять их в метрологических лабораториях и лабораториях стандартизации для выполнения таких функций, как калибровка генераторов сигналов. Другой прибор этой категории нацелен на тестирование высокоскоростной цифровой векторной модуляции. Он называется векторный анализатор модуляции и определяет такие параметры модуляции цифрового радиоустройства микроволнового диапазона, как QPSK, 64QAM, глазковые диаграммы, “звездчатые” диаграммы и другие. Эти типы модуляций используются в новых спутниковых системах с цифровым видеоканалом. 
Векторные анализаторы сигнала объединяют в единое целое измерение частотных и временных параметров для описания наиболее сложных и изменяющихся во времени системных сигналов. Типичные системные сигналы включают пакеты, импульсы, сигналы переходных процессов, скачки частоты и аналого-цифровые модулированные сигналы. Эти приборы снабжаются известными “каскадными” и спектрографическими дисплеями, которые показывают на экране последовательные временные спектральные срезы с высоким разрешением и в широком динамическом диапазоне, обеспечивая также высокоскоростную обработку данных. Так как приборы этого типа обрабатывают векторную информацию о сигнале, они прекрасно подходят для численного анализа параметров модуляции на базе индикаторных и “звездчатых” диаграмм. Во многих случаях они позволяют осуществить восстановление несущей для когерентного анализа коммуникационных сигналов в реальных условиях. Устройства базовой конфигурации покрывают диапазон частот до 10 МГц, а прецизионные понижающие преобразователи расширяют зону действия до 1,8 или 2,65 ГГц. Автоматизированные анализаторы спектра в дополнение к описанным возможностям увеличивают вычислительную мощь устройства для осуществления широкого ряда углубленных и специализированных измерений. Например, система контроля спектра, соединенная с широкополосными антеннами, может дать полную спектральную характеристику пространства у вершины горы, на которой предполагается установка антенн новой системы. Другие автоматизированные анализаторы сигнала контролируют каналы спутниковых транспондеров под нагрузкой и искажения, вызванные перегрузкой. Еще одна специализированная измерительная функция — исследование электромагнитной совместимости (ЭМС) при квалификационном тестировании образцов продукции. В настоящее время почти каждое электронное изделие и устройство обработки данных должно соответствовать установленным требованиям по уровню радиопомех, поэтому метрологические лаборатории нуждаются в автоматизированном оборудовании для испытания на соответствие стандартам, обеспечивающем контроль эффективности, воспроизводимость результатов и всесторонний анализ данных. 
\Микроволновые анализаторы спектра применяются и в оптической части спектра с использованием оптических преобразователей. Они позволяют получить многие аналогичные спектральные характеристики. 
Анализаторы на базе динамического БПФ являются мощными уникальными измерительными приборами, использующими математический алгоритм, известный как преобразование Фурье. Это означает, что по отдельному аналоговому сигналу или событию можно получить полную информацию о частотных характеристиках. Приборы на базе БПФ используют методику дискретизации и мощные математические процедуры для анализа спектральных параметров во многих областях. Эти приборы наиболее эффективны при низких частотах, и поэтому они находят наибольшее применение при изучении вибрации и в акустике. Обычные области применения включают теорию машин и механизмов, структурный анализ, сейсмологию, анализ вибрации двигателей, а также большинство звуковых, ультразвуковых и гидролокационных измерений. Технология БПФ используется в упомянутых выше Векторных анализаторах сигнала.Параметрические анализаторы модуляции (ПАМ) отличаются от анализаторов модуляции своей архитектурой. Можно рассматривать параметры модуляции в качестве третьего измерения в дополнение к временным и частотным параметрам. Временные параметры — это зависимость амплитуды (тока или напряжения) от времени, частотные параметры — зависимость амплитуды от частоты. Параметры модуляции описывают зависимость частоты от времени. Эти анализаторы базируются на комплексной обработке данных с использованием электронных счетчиков. Эти приборы производят исключительно быстрые последовательные периодические измерения характеристик сигнала. ПАМ упрощают изучение ступенчатого отклика генераторов, управляемых напряжением, и характеристик скачкообразной перестройки частоты передатчиков с маневренной частотной перестройкой. Они позволяют диагностировать степень линейности импульсов с линейной частотной модуляцией, а также фазовые переключения в радарных системах. Эти приборы обеспечивают мощные средства анализа неустойчивой синхронизации сигнала в системах связи, компонентах чтения/записи дисковых накопителей и в механических системах. Существуют также приложения в устройствах синхронизации цепей и анализе системы синхронизированной оптической сети (SDH).Анализаторы мощности импульса предназначены для полного описания 13 параметров формы огибающей импульсов в таких приложениях, как радарные и навигационные системы. Семь временных параметров — это время нарастания и спада, ширина импульса, PRI, частота повторения импульсов (PRF), коэффициент заполнения и задержка. Пять амплитудных параметров включают максимальную и среднюю мощность, разность амплитуд между вершиной и основанием импульса и выброс на заднем фронте импульса. Анализаторы мощности импульса детектируют огибающую импульса и затем усиливают сигнал усилителями со сдвоенным каналом видеочастотного диапазона для анализа таких его искажений, как выброс на заднем фронте импульса, затухающие колебания и паразитные колебания. Прибор строится на базе цифрового стробоскопического осциллографа. Оцифрованная информация об импульсе может быть обработана с помощью цифрового процессора сигналов (DSP) для предоставления его характеристик в статистической форме и для сравнения временной диаграммы видео- и микроволновых систем. Существует вариант для форматов цифровой модуляции в микроволновом диапазоне.Анализаторы фазовых шумов вблизи несущей, специализированные анализаторы сигнала, предназначенные для обнаружения и обработки любых фазовых шумов сигналов местных гетеродинов (LO). При использовании в системах с супергетеродинным смешением, шумы вблизи несущей LO, даже будучи на 150 дБ слабее сигнала, могут вызвать рассогласование канала с передаваемым сигналом. Анализаторы фазовых шумов обычно функционируют в полосе частот до 40 МГц. Для измерения фазовых шумов неизвестных источников с частотами до 18 ГГц используется специальная установка тестирования фазовых шумов, функционирующая как супергетеродинный понижающий преобразователь, созданный на базе LO, снабженного специальными фильтрами и имеющего чрезвычайно низкий уровень собственных фазовых шумов.Анализаторы искажений впервые появились как приборы для тестирования аппаратуры для записи и воспроизведения звука, предназначенные для измерения суммарных нелинейных искажений неидентифицированного тестового аудиосигнала. С помощью настраиваемого узкополосного фильтра можно подавить основную гармонику несущей, в то время как остальные гармонические, паразитные сигналы и шум можно измерить с помощью широкополосного детектора. Эти суммарные искажения сигнала следует затем сравнить в процентном отношении к основной гармонике. Аудиоанализаторы отличаются от анализаторов искажений тем, что они являются анализаторами спектра развертки, предназначенными для звукового диапазона спектра, покрывая диапазон частот до 100 кГц.Измерители коэффициента шума относятся к средней категории. Хотя в действительности коэффициент шума — параметр, характеризующий обычно усилители и преобразователи частоты, эти приборы измеряют также и параметры схемы, такие как усиление и затухание. Коэффициент шума является критичным параметром для усилителей и преобразователей частоты, используемых в тракте высокой частоты приемников, так как каждый усилитель добавляет собственные нежелательные шумы при усилении полезного сигнала — чем ниже коэффициент шума, тем лучше усилитель. Коэффициент шума в 3 дБ означал бы, что усилитель добавляет помехи, равные полезному сигналу — это был бы плохой элемент схемы. Современные измерители коэффициента шума объединяют измерение этой величины с выявлением степени усиления/ослабления сигнала для того, чтобы разработчики могли подобрать оптимальное соотношение коэффициента усиления и коэффициента шума. При использовании понижающих преобразователей можно производить измерения при частоте вспомогательного генератора шума до 50 ГГц и выше.[6] 
 
 
 

1.Лебедев И.  В. Техника н приборы СВЧ.  Ч. 1. - М.: Высшая школа, 1970. - 440 с.

2. Журнал «Успехи  современной радиоэлектроники»  №1 за 2003 г.

3.Журнал «Теле-Спутник»- 2(136) Февраль 2007 г.

4.Каталог продукции НПК «Стандарт».

5. Журнал «радио» № 7 2004 г.

6. Журнал "Специальная  Техника" №9 2008 г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   2. Анализ патентной  литературы.

1.Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле различных СВЧ четырехполюсников, содержащих преобразование частоты. Предлагается для измерения амплитудночастотных и фазочастотных характеристик дополнительно ввести в устройство измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников управляемый аттенюатор, автобалансный терморезисторный мост переменного тока, состоящий из резонансного усилителя и резисторного моста, в одно плечо которого включен термистор, источник эталонной мощности, амплитудный детектор, схема вычитания, два управляемых переключателя, двойная RC-цепь, состоящая из двух резисторов и конденсатора, и схема их управления. Изобретение обеспечивает расширение измерительных возможностей устройства и повышение точности измерения за счет стабилизации абсолютной величины мощности гетеродина и возможности ее регулирования в каждой частотной точке. 2 з.п. флы, 1 ил.

2. Сущность изобретения: формируют три независимые импульсные последовательности из отсчетов измеренных мощностей путем их перестановок во времени, путем дискретного преобразования Фурье определяют аргументы первого коэффициента разложения этих последовательностей Ψ₁ Ψ₂, Ψ₃ и расчитывают реальную и мнимую части комплексного параметра Г по соответствующим формулам.

3. Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам по измерению нагруженной добротности сверхвысокочастотного резонатора, используемого для определения параметров материалов радиоволновым резонансным методом, например тангенса угла потерь диэлектрических подложек интегральных схем. Техническим результатом является повышение точности измерения нагруженной добротности резонатора при определении параметров материалов резонансным методом. Устройство содержит ваттметр и последовательно соединенные генератор, направленный ответвитель, ферритовый вентиль, резонатор, первую согласованную нагрузку. В него введены вторая согласованная нагрузка и две пластины - неподвижная и подвижная, наложенные одна на другую, с отверстиями, равными сечению волновода на выходе резонатора, при этом выход резонатора подсоединен к первому отверстию неподвижной пластины, а боковой канал направленного ответвителя - ко второму отверстию этой же пластины, ваттметр подсоединен к среднему из трех отверстий подвижной пластины, а к двум другим отверстиям подсоединены первая и вторая согласованные нагрузки, и расстояния между отверстиями на обеих пластинах равны, при этом подвижная пластина может принимать два фиксированных положения, в которых отверстия на обеих пластинах совпадают.