Классификация тестируемых устройств

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 9Следующая ⇒

Прежде чем установить набор подлежащих тестированию устройств, перечислить измеряемые характеристики этих устройств, необходимые для этого аппаратные и алгоритмические методы измерений и их техническое воплощение, необходимо дать классификацию тестируемых устройств (цепей). Всякая классификация может быть выполнена на различную глубину, в зависимости от цели, ради которой она проводится. В нашем случае классификация цепей должна охватывать лишь те признаки, которые существенны для структуры анализатора цепей, технических решений его компонент, алгоритмов обработки сигналов и управления прибором, эффективности его работы и т.д. Ниже предлагается вариант такой классификации.

1. Цепь может быть линейной, или нелинейной. Этот важнейший классификационный признак основан на отношении цепи к фундаментальному принципу суперпозиции:

выражающему линейность системного оператора ( – произвольные скаляры). Строго говоря, все физические системы, встречающиеся в радиотехнике, в той или иной степени нелинейны. Термин «линейная» означает всего лишь, что степень нелинейности цепи такова, что ею можно пренебречь с точки зрения принятых нами критериев, которые сами могут нами меняться в разных приложениях и ситуациях. В свою очередь, констатировав нелинейность в рамках этих критериев, мы можем углубить классификацию, например, разделив нелинейности на два вида: существенные и малые. Заметим также, что нелинейность не является имманентным свойством цепи, ее степень и само наличие могут меняться в зависимости от условий работы цепи, уровня сигналов и т.д. Например, усилитель можно считать линейным в области «малых» входных сигналов, слабо нелинейным – в области небольших «сжатий» усиления, существенно нелинейным – в области предельно больших сигналов. Другой пример – устройство может демонстрировать нелинейность пропускания на одной паре портов, и линейность – на другой.

2. Цепь называется стационарной (инвариантной во времени), если ее выходные отклики не меняются при сдвиге в целом входных воздействий во времени. То есть цепь стационарна, если из равенства

следует, что

при любом . С известной осторожностью можно считать, что стационарная система имеет постоянные во времени параметры. Обратное, вообще говоря, неверно, из-за трудности интерпретации выражения «все параметры». Например, рассмотрим линейную цепь, у которой параметры, в том числе – ширина импульсной характеристики, постоянны во времени, но форма импульсной характеристики меняется во времени; очевидно, это не стационарная цепь.

3. Нестационарные цепи, в свою очередь, можно разбить на несколько категорий. В частности, нестационарная цепь может иметь детерминированное временное поведение параметров (то есть в виде заданной функции времени; условимся такую цепь называть детерминированной), или стохастическое поведение параметров (то есть в виде случайных процессов некоторой структуры; условимся такую цепь называть стохастической). Более сложный случай возникает, когда одни параметры нестационарной цепи ведут себя детерминированно, другие – стохастически.

4. Параметры нестационарной цепи (или часть из них) могут управляться извне (детерминированно или стохастически) – такие цепи называются параметрическими, или их изменение может быть предопределено. Примером параметрической цепи является смеситель в блоке преобразователя частоты (конвертора) супергетеродинного приемника: мгновенные характеристики смесителя в тракте ВЧ-ПЧ управляются сигналом гетеродина.

5. Элементы цепи могут быть сосредоточенными или распределенными. Вся цепь также может классифицироваться по этому признаку. Понятно, что отнесение цепи или элемента к тому или иному классу зависит от соотношения характерного размера с длиной волны. Четкой границы здесь нет: объект считается сосредоточенным, если его размер много меньше длины волны, и распределенным в ином случае.

6. Цепь может считаться безынерционной или инерционной. Строго говоря, все физические системы, с точки зрения отношения их реакций ко входным сигналам, инерционны. Термин «безынерционная» означает всего лишь, что инерционность системы, выраженная через такие параметры, как «мертвое время», ширина импульсной характеристики и т.п., пренебрежима с точки зрения принятых нами критериев, которые сами могут нами меняться в разных приложениях и ситуациях.

7. В пределах заданного частотного диапазона цепь может считаться частотно селективной или частотно не селективной. Например, такие цепи, как нагрузка холостого хода (ХХ), нагрузка короткого замыкания (КЗ), резистор часто для упрощения анализа считаются неселективными в пределах некоторого частотного диапазона. Строго говоря, всякая цепь частотно селективна в любом частотном диапазоне. Выражение «частотно не селективна» означает всего лишь, что вариации параметров цепи с частотой в данном диапазоне пренебрежимы с точки зрения принятых нами критериев, которые сами могут нами меняться в разных приложениях и ситуациях.

8. В свою очередь, частотно селективные цепи можно классифицировать по типу частотной зависимости важнейших параметров. Например, коэффициент пропускания двухпортовой линейной стационарной цепи может меняться по частоте как у фильтра нижних частот (ФНЧ), фильтра верхних частот (ФВЧ), полосового фильтра (ПФ), различных видов запирающих фильтров, вырезывающего фильтра и т.п.

9. Общеизвестно деление цепей на активные и пассивные. Устройство СВЧ называется пассивным, если в его состав не входят активные преобразующие или усиливающие элементы, например, транзисторы. В противном случае устройство СВЧ называется активным

10. С электродинамической точки зрения устройства СВЧ делятся на взаимные и невзаимные. К сожалению, четкие и достаточно строгие общие интерпретации свойства взаимности возможны только на базе не введенных пока понятий, таких как матрица рассеяния, тензоры диэлектрической и магнитной проницаемости, а также на базе таких свойств, как лемма Лоренца в дифференциальной или интегральной форме и т.п. Часто поясняют свойство взаимности на примерах цепей. Например, если в радиолинии, включающей передающую и приемную антенны и атмосферный канал, приемную антенну сделать передающей, а передающую – приемной, параметры радиолинии не изменятся.

11. Цепи можно разделить на частото-неизменяющие и частото-преобразующие. К первым относятся цепи, на выходе которых несущие (опорные) частоты те же, что на входе. Типичный пример частото-преобразующей цепи – преобразователь частоты (конвертор), состоящий из смесителя, гетеродина и выходного фильтра. При подаче на вход конвертора узкополосного сигнала с несущей на выходе отфильтровывается узкополосный сигнал с несущей, равной модулю разности частот и гетеродина . Другие примеры: делитель частоты, умножитель частоты и т.д.

Примеры тестируемых цепей

Анализаторы цепей (АЦ) как измерители параметров рассеяния ( -параметров) (скалярные АЦ – измерители модулей -параметров, векторные АЦ – измерители модулей и фаз -параметров) способны производить:

· Измерение амплитудных характеристик – усиления, ослабления, развязки, потерь на отражение, неравномерности АЧХ.

· Измерение фазовых характеристик – фазового сдвига коэффициента передачи, фазового сдвига коэффициента отражения, группового времени запаздывания, нелинейности фазочастотной характеристики, непостоянства группового времени запаздывания.

· Измерение комплексных характеристик – коэффициента передачи, коэффициента отражения, полного сопротивления, полной проводимости.

· Измерение параметров сигналов – отношения уровней, разности фаз.

Необходимость измерения амплитуд параметров рассеяния очевидна. Знание фазовых соотношений в радиотехнических цепях позволяет:

- создавать узкополосные фильтры;

- выделять полосы модуляции;

- улучшать свойства генераторов СВЧ, антенн, усилителей и других устройств.

Измерение фазы имеет большое значение в устройствах и системах определения пространственного положения объектов и повышения достоверности передачи сообщений в условиях естественных и организованных помех.

Количество различных видов устройств (цепей) СВЧ, которые можно анализировать с помощью АЦ, огромно и увеличивается по мере развития приложений радиоэлектроники и самих АЦ. Чтобы как-то упорядочить примерный перечень возможных тестируемых цепей, в [1.2] предложено располагать его по степени активности и по степени интегрированности устройства. В этом случае примерный перечень имеет вид [1.2]:

А) Пассивные устройства (в порядке убывания интегрированности):

· Антенные переключатели (дуплексеры, триплексеры и т.д.).

· Блоки частотной развязки (диплексеры).

· Фильтры.

· Направленные ответвители.

· Мосты (в том числе ответвительные).

· Расщепители, делители мощности.

· Объединители.

· Развязывающие устройства.

· Циркуляторы.

· Аттенюаторы.

· Адаптеры (переходные устройства).

· Нагрузки на отрезках линий передачи: короткозамкнутые, холостоходные, с произвольным КСВ.

· Сосредоточенные элементы. Конкретные конструкции в диапазоне СВЧ в ряде случаев используют сосредоточенные элементы, то есть элементы с физическими размерами, много меньшими длины волны во всем диапазоне рабочих частот (резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды и т.д.). Эти элементы на СВЧ имеют паразитные параметры, которые нельзя игнорировать:

– Резистор кроме основного параметра характеризуется постоянной времени , учитывающей влияние индуктивности соединительных проводников и емкости корпуса , равной большей из величин или .

– Вследствие влияния потерь в проводниках и диэлектрике конденсатор характеризуется, кроме основного параметра , тангенсом угла потерь , равным большей из величин или . Еще один паразитный параметр – индуктивность соединительных проводников.

– Катушка индуктивности из-за влияния сопротивления проводников и других потерь, емкости корпуса дополнительно характеризуется добротностью , равной меньшей из величин или .

– Кроме основных параметров диод характеризуется паразитными параметрами: емкостью корпуса и перехода (последняя в ряде случаев может быть полезным параметром), индуктивностью выводов , сопротивлением потерь .

Рассмотренные выше параметры достаточно полно характеризуют элементы и позволяют предсказать их поведение в схемах, работающих на низких и высоких частотах (до единиц и десятков мегагерц). Но представление элементов в СВЧ диапазоне в виде эквивалентной схемы, состоящей из элементов с сосредоточенными параметрами, затруднительно, поэтому их представляют как многополюсники и анализируют с помощью векторных анализаторов цепей.

Б) Устройства, имеющие признаки пассивного и активного (в порядке убывания интегрированности):

· Антенны.

· Переключатели.

· Коммутаторы (мультиплексеры).

· Смесители.

· Отборщики.

· Умножители.

· Диоды.

В) Активные устройства (в порядке убывания интегрированности):

· Интегральные схемы.

· Монолитные интегральные схемы.

· Трансмиссионно-рефлексионные модули.

· Приемо-передатчики.

· Приемники.

· Настройщики.

· Конвертеры.

· Адаптеры оцифровки видеоизображений.

· Усилители.

· Генераторы, управляемые напряжением (ГУН) или током (ГУТ).

· Генераторы.

· Модуляторы.

· Аттенюаторы, регулируемые напряжением.

· Транзисторы.

Аппаратный анализ столь различных устройств требует различных зондирующих совокупностей (например, один монохроматический сигнал, с частотной панорамой или без нее, с мощностной панорамой, или без нее; два одновременных монохроматических сигнала, амплитудно или частотно модулированный сигнал; импульсный сигнал и т.д.), различных типов измеряемых характеристик, различной архитектуры измерителя, различных протокола и алгоритмов обработки сигналов, различных дополнительно подключаемых измерительных приборов и т.д.

Возможно тестировать пассивные и активные устройства, а также те, что имеют признаки того и другого; линейные и нелинейные устройства; одни и те же устройства в их линейной области и нелинейной области; определять характеристики устройств в частотной и временной областях.

Последовательность действий при тестировании устройств (см. Осн анал цепей, с. 66) (подготовка, калибровка, измерение, с. 70-74, уход за кабелями и разъемами, с. 67-69)

Подготовка: включение, прогрев, подключение и проверка разъемов и кабелей, подключение адаптеров, подключение тестируемого устройства для проверки функционирования прибора.

Калибровка: Отключение тестируемого устройства, измерительная калибровка, верификация, сохранение состояния прибора.

Измерение: Подключение ТУ, измерение.

Факторы эффективности

Некоторые метрологические понятия

Измерение физической величины это нахождение ее значения экспериментальным путем с помощью специальных технических средств – средств измерений. По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные. Прямые измерения основаны на методе сравнения измеряемой величины с мерой этой величины или на методе непосредственной оценки значения измеряемой величины по отсчетному устройству средства измерений, шкала которого проградуирована в единицах измеряемой величины. Косвенные измерения являются более сложным видом измерений, результат которых получают после прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Косвенные измерения в ряде случаев позволяют получить более точные результаты, чем прямые, а иногда являются единственно возможными для данной физической величины. Совокупные измерения представляют собой неоднократные, обычно прямые измерения одной или нескольких одноименных величин (при различных сочетаниях этих величин) с получением общего результата измерений путем решения системы уравнений, составляемых по частным результатам измерений. Совместные измерения состоят в одновременном измерении двух или нескольких не одноименных величин с последующим вычислением результата путем решения системы полученных при измерениях уравнений. Средство измерений – техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. К средствам измерений относятся меры, измерительные приборы и измерительные установки (системы). Кроме того, к средствам измерений относят измерительные преобразователи, измерительные принадлежности, служащие для расширения диапазона измерений, повышения точности измерений, дистанционной передачи результатов измерений, питания средств измерений высокостабильной электрической энергией и т. д. Иногда необоснованно расширяют применение понятия средства измерений на самостоятельно функционирующие, имеющее конкретное техническое назначение сложные устройства, хотя и решающие измерительные задачи. Например, радиолокационная станция является также измерительным устройством, но не средством измерения. Средство измерений не предназначено для выполнения самостоятельных функций, а выполняет их совместно с источниками измеряемых физических величин. Этими источниками являются другие технические устройства, явления, тела и т. д.

Не следует относить к средствам измерений и многочисленные виды испытательных установок, несмотря на то что многие из них также имеют нормированные метрологические характеристики. Например, барокамеры, термокамеры, вибростенды, центрифуги должны обеспечивать определенный диапазон и поддержание условий испытаний с заданной точностью. Но указанные средства не измеряют, а воспроизводят с теми или иными точностями и диапазонами условия испытаний (в том числе и условия измерений).

Мерой называется средство измерений в виде тела или устройства, предназначенное для хранения и (или) воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся нормальные элементы, измерительные магазины емкостей, генераторы стандартных сигналов и др. В нашем случае к мерам относятся калибровочные элементы (прецизионные нагрузки холостого хода, короткого замыкания, нагрузки с заданным КСВ и т.д.).

Измерительная установка представляет собой комплекс средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечивающий получение измерительной информации на исследуемом объекте в заданном объеме и заданных условиях. Обычно в измерительную установку входят приборы, меры, а также устройства их сопряжения, питания, обеспечения режимов измерений. Такая установка может быть с ручным управлением или автоматизированная. В нашем случае измерительная установка включает непосредственно АЦ, набор калибровочных мер, соединительные кабели, оборудованные разъемами, переходные соединители (адаптеры), дополнительные подключаемые по мере необходимости извне устройства, например, усилители, аттенюаторы и т.п.

Измерительная система – понятие, обязанное усложнению измерительных задач, решаемых в интересах проверки работоспособности многопараметрических электронных систем в условиях их функционирования. В настоящее время, как правило, измерительные системы создаются автоматизированными и называются автоматизированными измерительными системами (АИС), автоматизированными системами контроля (АСК) и т. д. Объединение измерительных приборов в измерительную систему облегчается принятым в большинстве случаев управлением от (внешнего или внутреннего) компьютера, согласованным интерфейсом и открытостью матобеспечения к перепрограммированию.

Все большую роль в средствах измерений, особенно автоматизированных, играют измерительные преобразователи (датчики), предназначенные для преобразования измерительного сигнала в форму, удобную для передачи, дальнейшего преобразования, хранения и обработки. Измерительные преобразователи имеют нормированные метрологические характеристики, конструктивно они, как правило, оформлены в самостоятельное средство измерений, но иногда являются встроенной составной частью измерительного прибора. Основное требование, предъявляемое к измерительным преобразователям: их унификация и стандартизация с целью сопряжения со средствами измерений, использования в измерительных системах, встраивания в объект измерения. Многие датчики выполняются не только для передачи преобразованной информации в отсчетное устройство, как, например, в случае дистанционного измерения давления, но и для передачи измерительного сигнала в соответствующие каналы управления.

По метрологическому иерархическому принципу признаку все средства измерений делятся на рабочие, образцовые и эталоны.

Рабочие средства измерений – не предназначены для воспроизведения и хранения единиц физических величин, а также для передачи их размеров другим средствам измерений.

Образцовые средства измерений – меры, измерительные приборы (установки) или измерительные преобразователи, применяемые для поверки по ним других средств измерений (рабочих или образцовых меньшей точности). Образцовые средства измерений обычно специально разрабатываются и аттестуются. В радиоизмерительной технике, особенно при высокоточных измерениях, иногда не удается создать образцовые приборы, и в качестве их используются специально отобранные и аттестованные приборы из числа рабочих.

Эталоны – средства измерений (обычно комплекс средств измерений), предназначенные для воспроизведения и (или) хранения единицы физической величины с целью передачи ее размера низшим по точности средствам измерений (как правило, образцовым). Эталон должен быть официально утвержден Госстандартом в качестве такового. Эталон может быть государственным – исходным для страны. При этом государственный эталон является первичным, воспроизводящим или хранящим единицу физической величины, специальным, заменяющим первичный эталон для воспроизведения единицы в особых условиях. Для обеспечения нужд отраслевых метрологических служб применяются вторичные эталоны, размер единицы которым передается от первичного (специального) эталона.

В некоторых случаях, когда не представляется возможным создать эталонное средство измерений, допускается применение так называемого группового эталона, состоящего из группы однотипных средств измерений (например, образцовых или даже рабочих). Размер единицы физической величины, хранимой групповым эталоном, определяется в соответствии с принятым алгоритмом обработки значений физической величины, воспроизводимых отдельными средствами измерений, входящими в состав группового эталона. В настоящее время применяются достаточно сложные алгоритмы обработки, вплоть до применения методов «самообучения».

Анализатор цепей (АЦ) СВЧ предназначен для совокупных косвенных измерений S-параметров (параметров рассеяния) различных устройств и цепей СВЧ в лабораторных условиях. Он является средством измерения, более точно – измерительным прибором.

Всем средствам измерений присущи основные свойства: метрологические, эксплуатационные, информационные и др. Наиболее важными являются метрологические свойства (характеристики) средств измерений. К ним относятся: точность и диапазон измерений, чувствительность, разрешающая способность, стабильность, метрологическая надежность, неинформативные параметры средства измерений (например, диапазон частот, в котором возможно измерять значения нужного параметра) и т.п.

Все свойства, и в частности, метрологические так или иначе отражаются на эффективности средства измерения. Эффективность – общий условный итог качества достижения поставленной перед средством измерения цели. Количественная оценка эффективности возможна, если сформулирован комплексный критерий эффективности, такой, что большему значению критерия соответствует большая эффективность. Если комплексный критерий эффективности сформулирован, появляется возможность не только сравнивать различные измерительные приборы, но и оптимизировать их. Комплексный критерий учитывает веса различных свойств средства измерения, в частности, метрологических. Несмотря на сугубую условность и гибкость количественного исчисления весов, очень редко удается подобрать приемлемый комплексный критерий эффективности радиоэлектронной системы, в частности, измерительного прибора. Уменьшение же комплексности критериев увеличивает число частных критериев, а в пределе разрушает саму идею исчисления эффективности и оптимизации на ее основе.

Тем не менее, по опыту оптимизации различных радиоэлектронных систем, можно утверждать, что возможно сформулировать ряд частных критериев невысокой комплексности, позволяющих сравнивать измерительные приборы по отдельным направлениям и оптимизировать приборы по этим направлениям. Примерами таких направлений являются комплексы точность-разрешение-оперативность, цена-многофункциональность, точность-цена-надежность и т.д.

ВАЦ или САЦ

При выборе архитектуры и схемотехнического решения АЦ перед разработчиком стоит ряд дилемм, в частности:

· измерение амплитуд и фаз, или только амплитуд;

· использовать широкополосные детекторные приемники, или узкополосные супергетеродинные приемники;

· использовать простую однопортовую калибровку, или сложную многопортовую калибровку;

· использовать дорогие и сложные направленные ответвительные приборы с максимальной направленностью, или недорогие с умеренной направленностью;

· использовать анализ в частотной области, во временной области, в обеих областях;

· использовать для получения анализа во временной области импульсные зондирующие сигналы, или только частотно-сканирующие сигналы.

На первый взгляд, решение этих дилемм порождает многочисленные типы и подтипы АЦ, например, скалярный АЦ (САЦ) с широкополосным или узкополосным детектором, с простой или сложной калибровкой, с прецизионными сверхширокополосными направленными ответвителями (НО) или с направленными мостами с «вшитыми» диодными детекторами и т.д. На самом деле, в результате логических, технических, маркетинговых соображений и использования здравого смысла, для АЦ диапазона СВЧ в подавляющем большинстве случаев остаются только два основных типа и несколько мало различающихся подтипов.

Первый основной тип – скалярный анализатор (измеряет только модули параметров рассеяния) с широкополосными детекторными приемниками, с простой однопортовой калибровкой (т.н. нормированием), с ответвительными устройствами умеренной направленности (например, с направленными мостами с «вшитыми» диодными детекторами), с анализом в частотной области. Сложные многопортовые методы калибровки в САЦ недоступны, т.к. требуют измерения не только модулей, но и фаз параметров рассеяния. Использование в САЦ узкополосных супергетеродинных приемников, хотя и снизило бы уровень шума и расширило динамический диапазон измерения модулей параметров рассеяния, но увеличило бы цену САЦ до сравнимых с векторным АЦ (ВАЦ) величин, что резко сузило бы рынок таких приборов. Использование дорогих прецизионных НО нецелесообразно по той же причине, а также потому, что уменьшение измерительной ошибки за счет дефицита направленности на фоне сравнительно больших (из-за ущербности калибровки) ошибок за счет многих других факторов – не имеет смысла.

Второй основной тип – векторный анализатор (измеряет модули и фазы параметров рассеяния) с узкополосными супергетеродинными приемниками, с набором методов измерительной калибровки по выбору, в том числе т.н. «полные» калибровки, рассчитанные на различные наборы калибровочных эталонов, а также (возможно, опционально) с «электронной» калибровкой, с прецизионными НО, с использованием частотного сканирования зондирующих сигналов, с анализом в частотной и (по крайней мере, опционально) во временной областях. Такой прибор имеет значительную стоимость, но обеспечивает высокие (а по некоторым факторам – наивысшие) измерительные точности, динамический диапазон, универсальность, чувствительность и другие факторы эффективности.

Фактически гипотетический спектр типов АЦ выродился в два типа: недорогой малоэффективный, с узкой областью применения, и дорогой высокоэффективный универсальный.

Несомненно, что в ближайшее время, с развитием субнаносекундной импульсной техники и увеличением быстродействия АЦП появится третий основной тип АЦ – импульсный анализатор цепей (ИАЦ), с импульсными зондирующими сигналами (в виде короткого импульса определенной формы или короткого скачка), с прямым анализом во временной области и косвенным – в частотной области. В настоящее время такие приборы выпускаются или разрабатываются с ограничением верхней частоты спектра анализа до сотен МГц.

Точностные характеристики

Вокруг понятия точность измерения группируется комплекс параметров и характеристик, так или иначе характеризующих степень приближения результатов измерений к истинным значениям измеряемых величин. Важнейшая из таких характеристик – погрешность измерения (погрешность прибора) – отражает отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Рассмотрим сначала случай измерения скалярной величины ; (абсолютная) погрешность измерения

где – измеренное и истинное значения.

Заметим прежде всего, что независимо от типа, характера и т.п. погрешности измерения, она не может стать известной точно как величина. Действительно, мы исходим из того, что никакая физическая величина никаким измерительным прибором не может быть измерена абсолютно точно (следовательно, всегда ). Но если в результате какого-то измерения получено значение и каким-то способом найдено точное значение погрешности , то это означает, что стало известно точное значение измеряемой величины:

что невозможно.

Далее, необходимо различать погрешность измерения и погрешность прибора (в нашем случае погрешность АЦ), первое понятие шире.

В общем плане погрешность измерений обусловливаются многими факторами, в частности:

- погрешностью метода измерения (методическая погрешность); в нашем случае методическая погрешность обязана неточности перехода от электродинамического представления линий передачи и их сочленений к модели эквивалентных линий и устройств; неточности портового представления цепей СВЧ; неточности предположения о линейности элементов трактов; некоторой неадекватности модели матрицы рассеяния; и т.п.;

- несовершенством средства измерения; этот многосторонний фактор будет постепенно раскрываться на протяжении книги;

- влиянием условий проведения измерений; в нашем случае это, например, значение и изменчивость температуры, влажности и давления окружающего воздуха; вибрации различного рода и т.д.;

- влиянием каналов связи объекта измерений со средством измерений; в нашем случае это линии передачи, разъемы и т.п. соединительных трактов между АЦ и тестируемым устройством (ТУ);

- субъективными погрешностями, промахами, недочетами оператора, управляющего, настраивающего, калибрующего средство измерения, фиксирующего и интерпретирующего его показания.

Последние два фактора не относятся к погрешности средства измерений, но влияют на погрешность результата измерений.

По способу числового выражения погрешности разделяются на:

- абсолютные, выражаемые в единицах измеряемой величины;

- относительные, выражаемые отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины или к значению, близкому к истинному;

- приведенные, выражаемые отношением абсолютной погрешности к некоторому условно принятому значению измеряемой физической величины, например, к значению верхнего предела измерений.

По характеру и причинам появления погрешности разделяются на систематические, случайные и промахи.

Систематические погрешности представляют собой такие составляющие погрешности средства измерений, которые при неоднократном использовании средства измерений остаются постоянными или изменяются закономерно. Эти погрешности поддаются изучению и учету, в силу чего результат измерений может быть уточнен путем внесения поправок. Более того, стремятся создать средство измерений таким образом, чтобы исключить влияние систематических погрешностей.

Вообще в измерительных приборах систематические погрешности обусловлены:

- неточной градуировкой средств измерений;

- неправильной установкой прибора;

- несовершенством метода измерений;

- применением приближенных формул (в частности, в тех случаях, когда измерительный прибор обрабатывает измерительную информацию);

- и т. д.

Конкретно в частотно-панорамных и мощностно-панорамных измерительных системах СВЧ диапазона, в частности, в анализаторах цепей, систематические погрешности обусловлены рассогласованиями в точках сочленений трактов, протечками из одних точек в другие, изменениями коэффициентов передачи в трактах прибора с частотой и т.д.

Вообще в измерительных приборах исключение (или уменьшение) систематических погрешностей бывает возможно:

- установкой нуля отсчета;

- калибровкой измерительных приборов перед измерением.

Конкретно в анализаторах цепей СВЧ диапазона калибровка разделяется на измерительную и производственную. Измерительная калибровка в этих приборах и коррекция данных на ее основе носит изощренный характер, особенно в векторных анализаторах цепей. Эти вопросы будут в дальнейшем подробно рассмотрены в томе 3 серии.

Случайные погрешности изменяются непредвиденным (случайным) образом при проведении повторных измерений одной и той же физической величины. В отличие от систематических случайные погрешности невозможно исключить из результата измерений. Но многократные измерения одной и той же величины позволяют уменьшить случайную составляющую погрешности путем нахождения среднего ее значения.

Промахи представляют собой погрешности, существенно превышающие присущие данному средству измерений систематические и случайные погрешности. Они возникают или из-за неисправностей средства измерений, или из-за грубых ошибок оператора. Не существует абсолютно надежного алгоритма идентификации измерения как содержащего промах. Адекватная постановка этой задачи – двухальтернативное испытание статистических гипотез на основе математической статистики (оптимальное обнаружение события). При такой постановке задачи в рамках критерия Неймана-Пирсона можно выработать решающее правило, при котором всегда существует вероятность «ложной тревоги» (вероятность принятия решения «промах» при его отсутствии на самом деле) и вероятность пропуска промаха (вероятность принятия решения «нет промаха», когда на самом деле он есть). При обнаружении промаха (то есть принятии решения «промах») соответствующий результат измерений должен быть исключен как неверный.

Погрешности, возникающие в нормальных условиях работы средств измерений [температура окружающей среды 20 5⁰С, атмосферное давление 100 4 кПа (750 мм рт. ст.), относительная влажность воздуха 65 ], называются основными. В технических условиях на радиоизмерительные приборы обычно указываются также дополнительные погрешности, представляющие собой дополнительное изменение основной погрешности за счет изменения внешних условий относительно нормальных. Так, довольно часто указывается дополнительная погрешность за счет изменения температуры относительно нормальной.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒