Сверхточный измеритель мощности

Специалисты ВНИИФТРИ в рамках развития линейки измерителей мощности разработали коаксиальные ваттметры поглощаемой мощности электромагнитных сигналов в диапазоне высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот, от 10 МГц до 40 ГГц. В новом поколении устройств применены новые подходы к обработке результатов измерений.

Ключевой элемент прибора — высококлассный первичный преобразователь. Эта новая разработка ВНИИФТРИ существенно повышает точность измерений. Преобразователь создан на основе совокупности передовых измерительных технологий, таких как изготовление электромеханических систем на тонких мембранах и формирование СВЧ-электроники на пластинах кремния. В результате улучшена стабильность технических параметров — теплопередачи и термоэлектродвижущей силы: как долговременная, так и в диапазоне рабочих температур. Кроме того, внедрены измерения СВЧ-параметров непосредственно на пластинах в процессе серийного производства.

Благодаря этим уникальным технологиям ваттметр отличается высокой точностью, стабильностью, линейностью (то есть показания растут ровно пропорционально мощности) и способностью нормально работать в разных условиях.

«Выбор ваттметров на отечественном рынке долгое время был представлен либо устаревшими советскими моделями, либо зарубежными аналогами. Ситуация изменилась с появлением ваттметров нового поколения, созданных во ВНИИФТРИ, которые уже завоевывают российский рынок благодаря своим передовым характеристикам и соответствию современным требованиям. Новые российские технологии производства ключевых СВЧ-компонентов вывели отечественные приборы на новый уровень, обеспечив им лидерство как на национальном, так и на мировом уровне», — отметил начальник центра разработки СВЧ-приборов и технологий — заместитель начальника научно-исследовательского отделения радиотехнических и электромагнитных измерений ФГУП «ВНИИФТРИ» Игорь Чирков.

На уровне мировых аналогов

ВНИИФТРИ с самого начала своей работы создает эталоны и средства измерений мощности СВЧ. Специалисты института постоянно улучшают технологии и внедряют новые решения, чтобы измерения становились точнее, а приборы — надежнее.

Игорь Чирков рассказал «Стимулу», почему первичный преобразователь является ключевым элементом ваттметра нового поколения и с чем связаны особенности измерений на сверхвысоких частотах.

Оказывается, в этом диапазоне перестают работать привычные подходы (волновой характер процессов, распределенные параметры). А первичный преобразователь — это часть прибора, реализующая связь с объектом измерений.

«В ваттметре СВЧ-преобразователь поглощает СВЧ-мощность и превращает ее в пропорциональное электрическое напряжение. При этом в самых точных ваттметрах реализуется преобразование мощности СВЧ в тепловую энергию, чувствительный элемент нагревается и вырабатывает электрическое напряжение постоянного тока. Новое поколение приборов использует современные технологические решения для конструктивного улучшения — более полного использования физических возможностей: увеличение поглощаемой мощности, увеличение выходного сигнала, снижение чувствительности к изменениям внешних условий и так далее», — пояснил эксперт.

Благодаря таким возможностям ваттметр, разработанный во ВНИИФТРИ, обладает точностью на уровне лучших мировых образцов.

Там, где критически важна точность

Ваттметры предназначены для настройки и проверки точности различных устройств (генераторов, усилителей, анализаторов спектра и сигналов, анализаторов цепей, аттенюаторов, передающих устройств СВЧ-систем радиосвязи, радиолокации, телевидения) в промышленном производстве, испытательных лабораториях компаний, в научно-исследовательских институтах, занимающихся разработкой, испытаниями и производством радиоэлектронной и микроэлектронной аппаратуры СВЧ-диапазона.

В основном измерение мощности необходимо в сфере радиоэлектронной промышленности (радиолокация, навигация, связь) и научных исследованиях. Главная задача — узнать, сколько мощности излучилось и сколько дошло до пользователя.

Как пояснил Игорь Чирков, самый распространенный пример — сотовая связь. Оператор связи должен точно знать, сколько мощности выдает базовая станция. Если сигнал у абонента слишком слабый, связь будет плохой: появятся помехи, обрывы разговора, медленный интернет.

Такие измерения нужны и в промышленности — например, при работе установок плазменного напыления, где СВЧ-энергия участвует в технологических процессах. Или в науке: радиотелескопы измеряют очень слабые СВЧ-сигналы, приходящие из космоса, и тут тоже критически важна точность.