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.

 

3. Зависимость мощности принимаемого сигнала от длины телескопических МВ-вибраторов.

 

Длина, см	Р, мкВт
21	60.718
42	112.833
60	127.305
84	298.17

Рис. 12. Зависимость мощности принимаемого сигнала от длины телескопических МВ-вибраторов.

4. Порядок проведения измерения мощности принятого антенной сигнала с помощью компьютера (эксперимент 3).

 

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

 

Рис. 13. Структурная схема эксперимента 3.

Условные обозначения:

- компьютер

 

 

Установка программного обеспечения.

При необходимости обеспечения  дистанционного управления измерителем  с ЭВМ требуется установить драйвер измерителя. Если установка драйвера измерителя или драйвера для виртуальных COM-портов от FTDI на ЭВМ уже производилась, повторная установка не нужна. Установку драйверов  может  выполнить пользователь,  обладающий  администраторскими  правами  на  ЭВМ.

Установка производится в следующей последовательности:

– подключить измеритель к USB порту ЭВМ при помощи кабеля USB 2.0 (A-B). При подключении к USB порту измеритель включается автоматически;

– через  несколько секунд ЭВМ  сообщит  об  обнаружении  нового  устройства  и  предложит пользователю  установить  драйвер  устройства  с помощью  «Мастера нового  оборудования»  (рис. 14, а).

Рис. 14. Установка драйверов для измерителя на ЭВМ.

П р и м е ч  а н и е - если окно «Мастера нового оборудования» не отобразилось, возможно, у  пользователя  отсутствуют  права  администратора,  либо  драйвера  измерителя  или  драйвера  для

виртуальных COM-портов от FTDI уже установлены на данной ЭВМ;

– после  появления  начального  диалогового  окна  «Мастера  нового  оборудования»  нажать кнопку «Отмена»;

– открыть файл «CDM 2.02.04.exe», расположенный на CD в папке «FTDI»;

– через  несколько  секунд  появится  окно  «Предупреждения системы  безопасности»  (рис.14, б);

– после появления  окна  «Предупреждения системы  безопасности» нажать  кнопку «Выполнить»;

– через несколько  секунд ЭВМ сообщит о том, что новое оборудование установлено и готово к использованию.

 

Методика проведения эксперимента.

1. Установить на компьютер программное обеспечение (см. выше).
2. Собрать антенну.
3. Подключить измеритель мощности к антенне.
4. Установить параметры измерителя мощности

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

5. Измерить зависимость мощности входного сигнала от:

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

Измерение мощности с использованием ЭВМ производится в рабочем окне.

Рис. 15. Рабочее окно программы управления измерителя.

1. Список СОМ-портов (USB Serial Port) ЭВМ, к которым подключены измерители.
2. Список номеров СОМ-портов.
3. Графическая область, где отображаются графические результаты измерений.

«Автопоиск» - автоматическое обнаружение подключенных к ЭВМ  измерителей с определением параметров соединения;

«Протокол» - вызывает окно «Протоколирование» (рис. 16), в котором устанавливается интервал между считыванием результата измерений в непрерывном режиме (флажок «Непрерывно»), выбирается файл протокола и параметры, которые требуется сохранить;

«Состояние» - запрос об установленных параметрах измерений;

«ССПУ» - включение функции считывания результатов измерений с предварительным  усреднением;

«Мощность» - единичный  запрос результата измерений;

«Установить связь» - соединение с измерителем.

Рис. 16. Диалоговое окно «Протоколирование».

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты проведения эксперимента.

Протокол:

ЗАО НПФ "МИКРАН"

Измеритель мощности СВЧ М3М-18 № 07090208

Динамический диапазон: -60/+20 дБм

Частотный диапазон: 0,01..18ГГц

 

 

Мощность шума
P, нВт	Время измерения	Дата
2.2	16:14:30	16.11.2010

 

 

Зависимость мощности принимаемого сигнала от длины телескопических  МВ-вибраторов
Длина, см	Р, мкВт	Время измерения	Дата
21	6.1	15:33:28	16.11.2010
42	14.3	15:34:48	16.11.2010
60	21.1	15:35:24	16.11.2010
84	37.6	15:36:30	16.11.2010

 

 

Зависимость мощности принимаемого сигнала от коэффициента усиления
К, дБ	Р, мкВт	Время измерения	Дата
32	39,8	15:39:10	16.11.2010
33	47,8	15:40:39	16.11.2010
36	50,1	15:41:15	16.11.2010

 

Зависимость мощность принимаемого сигнала от поворота антенны.
Угол, ⁰	Р, мкВт	Время измерения	Дата
0	29.6	15:44:20	16.11.2010
15	38.8	15:44:37	16.11.2010
30	40.4	15:45:59	16.11.2010
45	39.5	15:45:18	16.11.2010
60	46.3	15:45:30	16.11.2010
75	48.5	15:45:39	16.11.2010
90	44.2	15:46:25	16.11.2010
105	40.4	15:46:35	16.11.2010
120	37.7	15:47:00	16.11.2010
135	26.7	15:47:39	16.11.2010
150	26.9	15:48:25	16.11.2010
165	29.6	15:48:21	16.11.2010
180	34.9	15:48:42	16.11.2010
195	50.1	15:48:53	16.11.2010
210	37.5	15:49:49	16.11.2010
225	45.7	15:49:22	16.11.2010
240	47.1	15:49:37	16.11.2010
255	56.4	15:49:47	16.11.2010
270	55.7	15:50:02	16.11.2010
285	59.1	15:50:13	16.11.2010
300	57.6	15:50:33	16.11.2010
315	53.9	15:50:45	16.11.2010
330	69.8	15:50:56	16.11.2010
345	51.6	15:51:06	16.11.2010
360	37.3	15:51:25	16.11.2010

Рис. 17. Графическое представление зависимости мощности от коэффициента усиления.

5.  Выводы по работе.

В данной курсовой работе мы исследовали универсальный прибор для измерения мощности – измеритель мощности М3М-18, его характеристики, возможности, принцип работы, функции. Универсальность прибора в том, что он способен измерять мощность не только любых ВЧ и СВЧ устройств и оборудования, СВЧ узлов, используемых в радиоэлектронике, связи, приборостроении, измерительной технике, но даже мощность принимаемого антенной сигнала.

К недостаткам измерителя мощности можно отнести невозможность  измерения мощности импульсного сигнала (последовательности одиночных импульсов), т.к. в основу работы прибора положен принцип преобразования мощности синусоидального СВЧ сигнала на диодном амплитудном детекторе в напряжение постоянного тока.

В ходе проведения экспериментов были получены навыки работы с измерителем мощности, изменением его параметров в зависимости от ситуации и требуемых результатов, дистанционной работы (с помощью ЭВМ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Приложение.

Частоты телевизионных каналов, используемых в России

 

Номер канала	Частотные границы  канала, МГц	Несущая частота  изображения, МГц	Несущая частота  звукового сопровождения, МГц
Метровые волны
1	48,5-56,5	49,75	56,25
2	58-66	59,25	65,75
3	76-84	77,25	83,75
4	84-92	85,25	91,75
5	92-100	93,25	99,75
6	174-182	175,25	181,75
7	182-190	183,25	189,75
8	190-198	191,25	197,75
9	198-206	199,25	205,75
10	206-214	207,25	213,75
11	214-222	215,25	221,75
12	222-230	223,25	229,75
Дециметровые  волны
21	470-478	471,25	477,75
22	478-486	479,25	485,75
23	486-494	487,25	493,75
24	494-502	495,25	501,75
25	502-510	503,25	509,75
26	510-518	511,25	517,75
27	518-526	519,25	525,75
28	526-534	527,25	533,75
29	534-542	535,25	541,75
30	542-550	543,25	549,75
31	550-558	551,25	557,75
32	558-566	559,25	565,75
33	566-574	567,25	573,75
34	574-582	575,25	581,75
35	582-590	583,25	589,75
36	590-598	591,25	597,75
37	598-606	599,25	605,75
38	606-614	607,25	613,75
39	614-622	615,25	621,75
40	622-630	623,25	629,75
41	630-638	631,25	637,75
42	638-646	639,25	645,75
43	646-654	647,25	653,75
44	654-662	655,25	661,75
45	662-670	663,25	669,75
46	670-678	671,25	677,75
47	678-686	679,25	685,75
48	686-694	687,25	693,75
49	694-702	695,25	701,75
50	702-710	703,25	709,75
51	710-718	711,25	717,75
52	718-726	719,25	725,75
53	726-734	727,25	733,75
54	734-742	735,25	741,75
55	742-750	743,25	749,75
56	750-758	751,25	757,75
57	758-766	759,25	765,75
58	766-774	767,25	773,75
59	774-782	775,25	781,75
60	782-790	783,25	789,75

 

http://rf.atnn.ru/s4/tv-kanal.html [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

1. http://www.micran.ru/
2. Руководство по эксплуатации измерителя мощности.
3. http://www.remoltd.com/
4. http://rf.atnn.ru/s4/tv-kanal.html/
5. Садовой Г.С. Микроволновая и квантовая электроника. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. 2010. – 156 с.
6. http://www.eurointech.ru/
7. Семенов Н.А. Техническая электродинамика: Учебное пособие для электротехн. ин-тов связи – М: Связь, 1973. – 479 с.