T,ÖRÖK
ANDRÁS
oki. vili. mérnök Országos Mérésügyi Hivatal
Nagypontosságú mérőrendszer teljesítmény mérésére a mikrohullámú frekvenciatartományban BTO 621.317.382.029.6
Közismert, hogy a m i k r o h u l l á m ú m é r é s t e c h n i k á b a n a teljesítménymérésnek milyen fontos szerepe van. Ez elsősorban annak t u l a j d o n í t h a t ó , hogy a feszült ség és á r a m mérésével ebben a f r e k v e n c i a t a r t o m á n y ban m á r nem lehet az energiaátadási viszonyokat jellemezni, s így a teljesítménymérés veszi á t azt az , a l a p v e t ő szerepet, amelyet kisebb frekvenciákon a feszültségmérés t ö l t be. A z általánosan alkalmazott teljesítménymérő t í p u s o k mérési bizonytalansága azonban m é g ma is n é h á n y százalék, ami igen rossz é r t é k a kisfrekvenciás feszültségmérő műszerek jpontosságához képest. Ez különösen sürgetővé teszi azt az igényt, hogy legalább a mérésügyi intézetek ren delkezzenek olyan teljesítménymérő etalonokkal, melyeknek mérési pontossága lényegesen nagyobb, m i n t a széles k ö r b e n alkalmazott teljesítménymérő t í p u s o k é . A z Országos Mérésügyi Hivatalban ezt a fejlesztési m u n k á t m á r k o r á b b a n elkezdtük. A z első eredményekről 1969-ben s z á m o l t u n k be. Most az eddigi tapasztalatokat szeretnénk összegezni.
1. Nagypontosságú teljesítménymérési módszerek Mikrohullámú t e l j e s í t m é n y t az elnyelt teljesít m é n y h ő h a t á s a vagy az á r a m l ó teljesítmény mecha nikus, mágneses vagy elektromos h a t á s a alapján m é r h e t ü n k . A n a g y p o n t o s s á g ú mérések céljaira k i dolgozott módszerek azonban szinte kizárólag az el nyelt nagyfrekvenciás teljesítmény h ő h a t á s á n alap szanak. E mérőrendszerek k é t fő csoportra o s z t h a t ó k :
1.1 Mérési eljárás teljesítményetalon
A m i k r o h u l l á m ú méréstechnika jelenlegi fejlettségi fokán a nagyfrekvenciás teljesítmény egységének les z á r m a z t a t á s a , azaz teljesítménymérő etalon kialakí t á s a e fenti k é t módszer összekapcsolásával kalori metrikus módszerrel m e g h a t á r o z o t t átalakítási t é nyezőjű bolométeres mérőszerelvényekkel t ö r t é n h e t a legnagyobb pontossággal. A módszer, amelynek k i dolgozása Machperson és Kerns, majd Engen nevé hez fűződik, ma m á r világszerte elterjedtnek mond h a t ó [1], [2]. Ez a megoldás szerepel az idevonatkozó KGST-ajánlásban is (RSZ 2559 - 70). Az eljárás az 1. á b r a a l a p j á n t e k i n t h e t ő á t . L á t h a t ó , hogy a kiindulás az e g y e n á r a m ú teljesítmény mérésből (feszültség- és ellenállásérték mérésével) t ö r t é n i k . A visszavezetés erre helyettesítéses mérési eljárással, bolométeres m é r ő á t a l a k í t ó k k a l t ö r t é n i k . A mérőetalonok megfelelő p o n t o s s á g á t kalorimetri kus k a l i b r á t o r (hatásfokmérő mikrokaloriméter) biz tosítja. Ahhoz t e h á t , hogy elvégezhessük a teljesítmény egység e g y e n á r a m ú teljesítményből való leszármaz t a t á s á t és az etalon mérőszerelvénnyel elért mérési pontosságot t o v á b b tudjuk adni a használati m é r ő eszközöknek, a k ö v e t k e z ő nagyfrekvenciás eszközök re van szükség: a) Etalon mérőszerelvény (sorozat).
Beérkezett: 1976. I . 24.
340
.•
-
Egyenfeszültség mérés
{.Uenáltas mérés
— kalorimetrikus eszközök, — bolometrikus eszközök. M i n d k é t módszer közös jellemzője, hogy nagypon tosságú méréseknél a m i k r o h u l l á m ú teljesítmény m é r é s t kisfrekvenciás vagy e g y e n á r a m ú teljesítmény mérésére vezetjük vissza. A kaloriméter vagy a bolométeres szerelvény segítségével az azonos h ő h a t á s t létrehozó helyettesítő teljesítményt h a t á r o z z u k meg és ezt mérjük h a g y o m á n y o s módszerekkel. A mérés p o n t o s s á g á t ekkor döntő m ó d o n az szabja meg, hogy mennyiben azonos az érzékelt h ő h a t á s , ugyanakkora m i k r o h u l l á m ú és kisfrekvenciás teljesítmény h a t á s á ra, azaz mekkora a helyettesítés során e l k ö v e t e t t hiba. Különleges nagypontosságú rendszerhez akkor j u t u n k , ha ezt a hibát.megfelelően kis értékre t u d j u k lecsökkenteni.
nagyfrekvenciás kialakítására
Helyettesítő teljesítmény
Közvetett ^kalibrálásig \módszerek\
Kalibrált Kalibráló mikrókaloetalon mérőszeretvények ríméter
Teljesítménymérők , kalibrálása
Teljesítményforrások kalibrálása IH1DV-TA
t\
1. ábra. A nagyfrekvenciás teljesítményegység leszármaztatása
T O R O K B A . : NAGYPONTOSSÁGÚ M É R Ő R E N D S Z E R T E L J E S Í T M É N Y M É R É S É R E
b) Kalorimetrikus k a l i b r á t o r (mikrokaloriméter). c) Berendezés mérőeszközök összehasonlítására, illetve a kalibráció átvitelére. A m i k r o h u l l á m ú technika jellegéből következően egy-egy berendezés csak k o r l á t o z o t t frekvenciasávot • fog á t . Gyakorlatilag minden hullámvezető (koaxiá lis és csőtápvonal) m é r e t r e külön rendszer kialakítása szükséges. L a b o r a t ó r i u m u n k b a n , az Országos Mérés ügyi Hivatalban eddig elsősorban hullámvezetős etalonrendszerek kialakítására t ö r e k e d t ü n k . Ennek elsődleges oka az, hogy csőtápvonalas rendszereknél az elérhető pontosság ma nagyobb, m i n t ugyanazon a frekvencián a koaxiális t á p v o n a l b a n . Ismeretesek ugyanakkor olyan átviteli módszerek, amelyekkel a pontosabb hullámvezetős etalonokból kiindulva ko axiális etalonok is létrehozhatók. Eddigi m u n k á n k s o r á n 40 x 20 mm-es és 22x10 mm-es t á p v o n a l m é retre hoztunk létre m é r ő r e n d s z e r t . A következőkben egy adott frekvenciasávú etalon rendszer részegységeit t e k i n t j ü k á t , legrészleteseb ben a kalibráló mikrokaloriméterrel foglalkozva. 2. A teljesítménymérő etalonrendszer ismertetése 2.1 Etalon
szerelvény sorozat
E mérőszerelvények bolométeres mérőfejek, ame lyek kalibrációval v á l n a k nagypontosságú mérőeszz közökké. A kalibráció tujajdonképpen a szerelvény „ e g y e n / v á l t ó " á t a l a k í t á s i tényezőjét h a t á r o z z a meg. Ezt közismert m ó d o n a mérőszerelvény effektív ha tásfokaként adjuk meg
2. ábra. Egy etalon mérőszerelvény felépítése
érhetők el az egész szerelvény galvanoplasztikái ú t o n homogén belső fémfelülettel t ö r t é n ő kialakításá val. 2.2 Kalibráló 2.2.1
mikrokaloriméter
Elvi működés
A mikrokaloriméter elvi kialakítása a 3. á b r á n l á t h a t ó . A mérőberendezés az ismert Joule-féle ikerkaloriméter, amelynél k é t azonos kivitelű bolométerszerelvény alkotja a k é t lezárást. A mérés során a ahol P — a helyettesítő, a m i k r o h u l l á m ú teljesít munkaponti bolométer ellenálláshoz t a r t o z ó egyenm é n n y e l azonos e g y e n á r a m ú ellenál teljesítmény egy részét helyettesítjük m i k r o h u l l á m ú lásváltozást okozó, e g y e n á r a m ú telje-' teljesítménnyel és m e g h a t á r o z z u k a kalorimetriku sán k i m u t a t h a t ó összteljesítmény-növekedést. Le sítmény, P — a mérőszerelvény által felvett összes gyen m i k r o h u l l á m ú teljesítmény. P — a munkaponti ellenálláshoz t a r t o z ó fűtő egyenteljesítmény, Az effektív hatásfok a szerelvényben fellépő k é t — a m i k r o h u l l á m ú jel mérésekor m e g m a r a d ó különálló hibajelenség e g y ü t t e s h a t á s á t írja le. Ezek: egyenteljesítmény, a bolométerelemet m a g á b a foglaló szerelvény vesz tesége (szerelvényhatásfok) és a m a g á n a bolométerelemen létrejövő teljesítményeloszlás-változásból a d ó d ó helyettesítési hiba. A k é t t é n y e z ő szintfügget len (kivéve a duálelemes koaxiális mérőszerelvénye ket) és így a kalibrációt elegendő egy jelszintnél el végezni. Teljesítménymérő-etalon célokra olyan mérőszerelvények használatosak, melyeknek effektív h a t á s foka stabil az idő függvényében és nem m u t a t szintfüggést. A 22x10 mm-es t á p v o n a l m é r e t h e z készült 8,2— 12,4 GHz frekvenciasávú etalonszerelvény konstruk cióját a 2. á b r a mutatja. Az á b r á n megfigyelhető a hangoló csapok patronos befogása. A szerelvény bel ső felületei ezüst palládium galván bevonattal van nak ellátva, a fenék-rövidzár keményforrasztással Nagyfrekvenciás bemenet készült. E mérőszerelvények hatásfoka ±0,5% szó rással 98,5% körül van. Még k e d v e z ő b b e r e d m é n y e k 3. ábra. A kalibráló mikrokaloriméter elvi felépítése b
A
el
341
H Í R A D Á S T E C H N I K A X X V I I . É V R 11. SZ.
1\ T
2
— a mérőszerelvény hőmérséklete csak'egyenfűtés esetén, — a mérőszerelvény hőmérséklete adott ál l a n d ó m i k r o h u l l á m ú j e l mérésekor.
A szerelvény effektív hatásfoka a m é r t mennyiségek ből a m á r e m l í t e t t definíció szerint e2 Veff
=
ahol K, illetve K' az egységnyi egyen-, illetve mikro h u l l á m ú teljesítmény h a t á s á r a létrejött hőmérséklet változás. A R'/K h á n y a d o s a kalorimetrikus kalibr á t o r ekvivalencia h i b á j á t fejezi k i . Ideális esetben ez egységnyi. „ - v 2.2.2 A mikrokaloriméter érzékenysége A mikrokaloriméter ben fellépő h ő á t a d á s i viszonyo kat leíró a l a p v e t ő összefüggések a 4. á b r á n l á t h a t ó egyszerűsített h ő á t a d á s i modell alapján í r h a t ó k fel. E helyettesítő k é p alapján s z á m í t h a t ó a kaloriméter érzékenysége és a tranziens jellemzők is. Az alkalma zott közelítő feltételezések: a mérőszerelvényen nem lépnek fel hőmérséklet gradiensek, a h ő á t a d á s i viszonyok lineáris függvényekkel írha t ó k fel. Az érzékenység az á b r a szerinti jelölésekkel: AT P~G
1
+
GJl
1 \__ + G,l G ) ^~G+2G~ ' 2
tökéletes szimmetria esetén. A legkisebb hőmérsékletváltozás, amelyet a h ő mérsékletérzékelő rendszerrel érzékelni kell, a leg kisebb m é r e n d ő teljesítményből adódik a szükséges mérési pontosság figyelembevételével. H a ez az igény 10- : 3
zir =iomin
p .
•* min
G+2G„
Figyelembe véve, hogy az etalon mérőszerelvénye ket 1 — 10 m W s z i n t t a r t o m á n y b a n kalibráljuk, vala m i n t azt, hogy a szokásos jbolöhiéter szerelvényki alakítások esetén a gyakorlatban milyen hőszigete lés-értékek érhetők el, (G) 10~ °C nagyságrendű h ő mérséklet-változásokat kell érzékelni. Ez megvalósít5
Aktivmérőfej
Referencia mérőfej
5. ábra. A kaloriméter mérőrendszerének kialakítása
h a t ó például a k é t mérőfej közé helyezett termoelemsor segítségével. E helyettesítő k é p alapján részletesen is vizsgál h a t ó a termoelemes hőérzékelőjű mikrokaloriméterek érzékenysége, s m e g á l l a p í t h a t ó az elérhető érzé kenység és az optimális termoelemszám adott érzé kenységű és hővezetésű t e r m o p á r o k r a . 2.2.3 A 2 2 X 1 0 mm-es mikrokaloriméter felépítése Teljesítménymérő mikrokaloriméterek tervezésé vel k o r á b b a n t ö b b közlemény foglalkozott m á r [3], [4], [5]. E z é r t csak a főbb konstrukciós szemponto kat foglaljuk össze röviden. A konstrukció a követ kező követelményeket kell hogy kielégítse: a) megfelelő stabilitású h ő h á t t é r biztosítása, b) jó hőszigetelés a mérőfejek és a h ő h á t t é r közt, c) a vizsgált szerelvények gyors és egyszerű cse rélhetőségének biztosítása, c?,) lehetőleg rövid mérési időállandó és beállási idő (mérőszerelvény-csere u t á n ) . A k a l o r i m é t e r t t e r m o s z t á l t vízfürdővé alakítottuk k i , mely a belső térre ± Í0~ °C-o§ hőstabilitást biz tosít. Ez a megoldás a z é r t előnyös, mert nem tesz szükségessé többszörös hőszigetelést a kaloriméter és a k ö r n y e z e t közt, ezzel lecsökkentve a beállási tranzienseket. A z e m l í t e t t háttér-stabilitás k ö v e t keztében a belső t é r szimmetrikus elrendezésével csak mintegy tízszeres szimmetrikus „jelelnyomást" kell biztosítani. A belső iker kaloriméter-szerelyény részletes k i alakítása az 5. á b r á n figyelhető meg. A cserélhető séget ú g y biztosítottuk, hogy a hőérzékelés a csatlav
i
ábra. Hőátadási viszonyok a mikrokaloriméterben
342
TÖRÖK A . : NAGYPONTOSSÁGÚ M É R Ő R E N D S Z E R T E L J E S Í T M É N Y M É R É S É R E
kozó t á p v o n a l k a r i m á k n á l t ö r t é n i k . A tekercselt k i alakítású termooszlop érzékenysége 2 mV/°C. A m i k rohullámú jelet a mérőfejre t o v á b b í t ó csőtápvonal nál a hőszigetelést k b . 20pi vastag, m i k r o h u l l á m o n jó vezetést biztosító, belső fémréteggel ellátott m ű anyag tápvonalszakaszokkal b i z t o s í t o t t u k . N é h á n y jellemző s z á m a d a t o t az 1. t á b l á z a t közöl. 1. táblázat Az X-sávban működő mikrokaloriméter
néhány jellemző adata
Hőszigetelés á teljesítménymérő szerelvények és a háttér közt (Gi) A hőmérsékletérzékelő hővezetése ( G ) A hőmérsékletérzékelő érzékenysége A kaloriméter érzékenysége (számított) A kaloriméter érzékenysége (OMH-etalon mérőszerelvényekkel mérve) m
0,210 W/°G 0,005 W/°G 4 mV/°G 18,2 (iV/mW 16 [iV|mW
2.2.4 A mikrokaloriméter mérési pontossága A teljesítményetalon-rendszer pontosságát az e g y e n á r a m ú teljesítménymérés pontossága és az eta lon-szerelvények h a t á s f o k á n a k mérési bizonytalan sága határozza meg. Az ismertetett rendszerben az e g y e n á r a m ú teljesítmény mérési bizonytalansága el h a n y a g o l h a t ó a kalibráció hibája mellett. A mikrokaloriméterrel végzett effektív hatásfokmérés kalib rációjának pontossága a k ö v e t k e z ő hibatényezőktől függ: a) A mikrokaloriméter kalorimetrikus ekviva lenciahibája a vizsgált etalonszerelvényre. b) A kaloriméter nemlineáris (teljesítmény-hő mérséklet) jelleggörbéje. c) A hőszigetelő tápvonalszakasz disszipációja ál t a l okozott hiba. d) A hőmérséklet-változás mérési bizonytalansága. e) Az etalon bolométeres mérőszerelvények által felvett e g y e n á r a m ú teljesítmény mérési bizony talansága. a) A kalorimetrikus ekvivalencia-hibát az okozza, hogy a kaloriméter érzékenysége m á s e g y e n á r a m r a , m á s a bolométer-elemben elnyelődő nagyfrekvenciás teljesítményre és m á s a m a g á b a n a szerelvényben h ő v é alakuló nagyfrekvenciás teljesítményre. A re latív érzékenységváltozás a t u l a j d o n k é p p e n i kalori metrikus ekvivalencia-hiba. A tényleges effektív ha tásfok az ekvivalencia-hiba figyelembevételével
1 ^°
e2
-(1 + *). 7\ ahol e-
P
e
K'-K
K' és K a nagyfrekvenciás, illetve e g y e n á r a m ú érzékenység. Az ekvivalencia-hiba egyik összetevője a bolomé^ ter elemen belüli teljesítményeloszlás változásából adódó érzékenységkülönbség a nagyfrekvenciás és egyenáramú érzékenység k ö z t . Ez, ha a bolométerelem geometriai méretei nem nagyok a szerelvényhez képest és a hőérzékelés a bolométertől elég távol tör
ténik, e l h a n y a g o l h a t ó . A mérések szerint az ismer tetett felépítésű OMH-etalonszerelvényeknél ez a hiba nem jelentős. A m á s i k összetevő a bolométer-elemben és a sze relvény m á s részein keletkező hőre v o n a t k o z ó érzé kenységkülönbségre v e z e t h e t ő vissza. Figyelembe véve, hogy a szerelvényben máshol a felvett nagy frekvenciás teljesítmény 1 — jj-szorosa alakul á t hővé,, a m é r t effektív hatásfoknál fellépőekvivalencia-hiba is csak 1 —^-szorosa a tényleges érzékenységválto zásnak :
ahol k a szerelvényben a bolométerelemen kívül el nyelt teljesítményre v o n a t k o z ó érzékenység. A k t é n y e z ő k o r l á t a i t ú g y h a t á r o z t u k meg, hogy a szerelvény különböző pontjait f ű t ö t t ü k ismert egyen á r a m ú teljesítménnyel egy segédtermisztor felhasz nálásával és így vizsgáltuk az érzékenység v á l t o z á s á t a bolométerelemre vonatkoztatott érzékenységhez ' képest. Méréseink szerint a saját fejlesztésű etalon szerelvényekre a k i m u t a t h a t ó legnagyobb érzékeny ségváltozás ~ 10%. b) A hőmérsékleti jelleggörbe nemlinearitása an nak k ö v e t k e z m é n y e , hogy a h ő á t a d á s nem csak hő vezetéssel, hanem konvekcióval és sugárzással is t ö r t é n i k . N a g y s á g á t az e g y e n á r a m ú karakterisztika pontos felvételével h a t á r o z h a t j u k meg. A nemlinearitás által okozott mérési hiba ugyancsak a veszte ségekkel, azaz 1 — í^tf-vel a r á n y o s és szükség esetén korrekcióba is v e h e t ő . c) A hőszigetelő t á p v o n a l s z a k a s z disszipációja azt eredményezi, hogy a k a l o r i m e t r i k u s á n érzékelt l á t szólagos teljesítményveszteség a ténylegesnél na gyobb. Ez azt jelenti, hogy a tényleges értéknél k i sebb h a t á s f o k o t m é r ü n k . A hiba k o r l á t a i a szakasz: disszipációs csillapításából h a t á r o z h a t ó k meg. Veff^Vmérí^Ve/fA,
ahol A a szakasz veszteségi csillapítása (teljesítmény arány). Az A-nak számítással t ö r t é n ő m e g h a t á r o z á s a azon ban nem mindig vezet elég pontos e r e d m é n y r e . A hosszegységekre eső szakaszcsillapításnál ugyanis az; anyag fajlagos vezetőképessége mellett a felületi finomságnak is döntő szerepe van. A disszipáció tényleges n a g y s á g á t úgy h a t á r o z h a t j u k meg, hogy a mérőszerelvény helyére j ó minőségű (l%o-nél kisebb veszteségű) r ö v i d z á r a t helyezve, m e g h a t á r o z z u k a kalorimetrikusán k i m u t a t h a t ó tel jesítményveszteséget ismert m i k r o h u l l á m ú teljesít m é n y reflektálásakor. A m é r t százalékos teljesít ményveszteségből a disszipáció által okozott mérési hiba s z á m í t h a t ó . d) —e) A hőmérsékletarányok mérési bizonytalan sága az alkalmazott érzékelő megoldás felbontásától függ. A helyettesítő teljesítmények aranya egyen á r a m ú preziciós híddal 0,1%-nál kisebb bizonytalan sággal m é r h e t ő az 1 — 10 m W t a r t o m á n y b a n . Cél szerű olyan megoldás választása, hogy ezek a hiba t é n y e z ő k elhanyagolhatóak legyenek az előzőekhez képest.
343
H Í R A D Á S T E C H N I K A X X V I I . É V F . 11. s z .
2. táblázat Jiz X-sávban működő mikrokaloriméter mérési
Hibahatárok (Ha »fctta95%)
Hibaforrás
^Kalorimetrikus ékvialenciahiba A nemlinearitásBÓl adódó korrekció bizonytalansága A hőszigetelések disszipáció korrekciójának bizonytalansága A hőmérsékletmérés rnérési bizopytalahsága A helyettesítő teljesítmények mérési bizonytalansága \
bizonytalansága
± 0,25% ± 0,1% ± 0,2% ± 0,08% .
0,01%
v
A m i k r o k a l o r i m é t e r b e n fellépő egyes h i b a t é n y e z ő k -számszerű é r t é k e i t az á l t a l u n k kifejlesztett X - s á v ú b e r e n d e z é s r e a 2. t á b l á z a t tartalmazza.
3. A kalibráció átvitele, etaltfn-teljesítményíorrás létrehozása, etalon-szerelvények összehasonlítása Ehhez olyan mérőberendezés szükséges, amely biz tosítja, hogy az összehasonlításra kerülő szerelvé nyek által felvett teljesítmények k ö z t i a r á n y ismert Jegyen. Erre a célra ma m á r többféle megoldás is a l kalmazható. a) . Illesztett generátor, vagy ezt megvalósító iránycsatolós összeállítás és az összehasonlítandó s z e r e l v é n y e k reflexiós tényezőinek mérése u t á n szá m í t á s s a l t ö r t é n ő korrekció. b) Reflektométer, az elnyelt nagyfrekvenciás t e l j e s í t m é n y e k a r á n y á n a k közvetlen mérésére. c) Módosított „általánosított" reflektorméter, amely az é p p e n vizsgált etalon-szerelvények reflexiós tényezőjétől függetlenül állandó elnyelt nagyfrekven c i á s teljesítményt biztosít.
t e t t vízáramoltatásos kaloriméterben k a l i b r á l t m é r ő szerelvényekkel. A z eredmények, amelyek a 3. t á b l á z a t b a n l á t h a t ó k , azt m u t a t t á k , hogy a m é r t eltéré sek nem h a l a d j á k meg az etalonok h i b a h a t á r a i t . A kalibráló mikrokaloriméternél a szigetelő t á p vonalszakasz hődisszipációja által okozott hiba pon tos m e g h a t á r o z á s a nehézségeket jelentetett. A z erre v o n a t k o z ó mérési eredményeket, amelyek a .számí t o t t n á l nagyobb disszipációs h a t á s t mutattak, iga zolták a B I P M által szervezett körmérés során szer zett t a p a s z t á l a t o k . A 6. á b r a a különböző etalon szerelvények effektív h a t á s f o k á t mutatja az O M H mikrokaloriméterében m é r v e . Egyben feltünteti a kapott mérési e r e d m é n y e k átlagértékét. A z I O M H e r e d m é n y e k m e g a d á s á n á l a disszipációs h a t á s t (a számítással kapott e r e d m é n y e k n e k megfelelőén) nem v e t t ü k figyelembe. J ó l l á t h a t ó , hogy az eredmények állandó, szerelvénytől és m é r t hatásfoktól független különbséget mutatnak. Figyelembe véve, hogy az el térés veszteségfüggetlen (1 — 17-tól független) és k ü lönböző mérőszerelvény- és bolométertípusokra is azonos, egyértelműen csak a szigetelő tápvonalsza kasz veszteségére v e z e t h e t ő vissza. A m á r említett eljárással, rövidzárral végzett veszteségvizsgálatok ezt teljes m é r t é k b e n igazolták. 3. táblázat VNIIFTRI
(SZU) és OMH közti összehasonlító mérések eredményei Mért effektív hatásfok
Megjelölés
Typ 3 No. 2 (OMH) Typ 3 No. 3 (OMH) No. 3 ( V N I I F T R I ) No. 6 ( V N I I F T R I )
VNIIFTBI
97,10 ± 0 , 5 97,10 ± 0 , 5 94,04 ± 0 , 2 98,76 ± 0 , 2
OMH
97,35 ±0,5 97,21 ± 0 , 5 93,38 ± 0 , 5 98,62 ± 0 , 5
Mérési frekvencia: 10 GHz
Tekintve, hogy a rendszerben h a s z n á l t etalonszec e l v é n y e k kis reflexiójúak, a Í J megoldás megfelelő •eredményt biztosít. Az eljárás n é h á n y tized százaié/ 3cos járulékos h i b á v a l tesz lehetővé kalibráció á t v i t e l t . Előnye, hogy egyidejűleg biztosít szintszabály zási lehetőséget, a kalibráció á t v i t e l é t , s megadja a viszgált szerelvények reflexiós tényezőjét is [ 6 ] .
4. Az összehasonlító mérések eredményei N a g y p o n t o s s á g ú etalonok kiképzésénél a sziszte m a t i k u s és véletlen h i b á k csökkentésének fontos esz köze az esetleg m á s rendszerű, de hasonló pontosságú •etalonokkal való összehasonlítás, amely kölcsönösen l e h e t ő v é teszi a h i b á k csökkentését. Ilyen jellegű ^kétoldalú vagy körösszéhasonlításokat áz egyes or s z á g o k mérésügyi intézetei folyamatosan végeznek. A z összehasonlító mérések, amelyeket az X - s á v ú tel jesítmény-etalonra v é g e z t ü n k , nagy segítséget jelen tettek a kalorimetrikus kalibrálás h i b a h a t á r a i n a k meghatározásánál. A 10 GHz-es etalon mérőszerelvényeket össze h a s o n l í t o t t u k a moszkvai V N I I F T R I - b e n kifejlesz-
344
6. ábra. A disszipációs hiba szemléltetése nemzetközi össze hasonlító mérések felhasználásával
TÖRÖK A , : NAGYPONTOSSÁGÚ M É R Ő R E N D S Z E R T E L J E S Í T M É N Y M É R É S É R E
K G S T - t é m a keretében v é g e z t ü n k összehasonlító méréseket az X - s á v ú hullámvezetős teljesítmény m é r ő etalonunk és a koaxiális „szovjet állami telje s í t m é n y e t a l o n " ( V N I I M ) közt. E mérések során nagypontosságú koaxiális és hullámvezetős teljesít m é n y mérőszerelvények k ö z t adapteres k ö z v e t e t t összehasonlítást v é g e z t ü n k . A mérések a gyakorlat ban igazolták, hogy adapter veszteségeink m e g h a t á rozásával az irodalomban javasolt módszerrel [7] különböző hullám vezetőj ű teljesítményetalonok k ö z t is megfelelő pontossággal elvégezhető a kalibráció átvitele.
5. További célkitűzések A nemzetközi összehasonlító mérések elősegítették a t o v á b b i fejlesztésre v o n a t k o z ó elképzelések k i a l a k í t t á s á t . Bebizonyosodott, hogy a különböző t á p v o n a l m é r e t ű csőtápvonalas teljesítményetalonokat és a kiegészítő koaxiális mérőrendszert egyetlen rend szerben célszerű alkalmazni. A koaxiális m é r ő r e n d szerek ugyanis nagyobb frekvenciaátfogást biztosí tanak, mérési pontosságuk viszont kisebb a nagyobb kalorimetrikus ekvivalencia-hiba következtében. í g y á most következő feladat egy, a jelenleg hasz nált teljes m i k r o h u l l á m ú f r e k v e n c i a t a r t o m á n y t (1 — 18 GHz) átfogó koaxiális teljesítményetalon-rend-"
szer kialakítása. Ü j a b b hullámvezetős etalonokat olyan t á p v o n a l m é r e t r e (frekvenciasávra) é p í t ü n k k i a jövőben, ahol a pontossági követelmények ezt szük ségessé teszik. IRODALOM [1] Macpherson A. C, Kerns D. M.: A microwave microcalorimeter. The Review of Scientific Instruments. 26. (1955) l(jan.)27—35 [2] Engen G. P.: A reflned X-band microwave microcalorimeter. Journal of Research of the NBS—C. Engineering and Instrumentation 63 C (1959) 1. (July) 77—82 [3] Sucher M., Carlin M. J.: Broad-band Calorimeters för the measurement of low and médium levél microwave pöwer. I. Analysis and design. I R E Transaction on Microwave Theory and Techniques. MTT—6 (1958),. April 188—194 [4] James A. V., Sweet L . O.: Broad-band Calorimeters for the measurement of low and médium levél microwave power. I I . Gonstruction and Performance. ( I R E Transaction on Microwave Theory and Techniques. MTT— 6 (1958) April 195—202 [5J Jurkus A.: A coaxial radio frequeney power standard. I E E E Transaction on Instrumentation and Measurement 15. (1966) 4. (Dec.) 338—342 [6] Engen G. F.: A transfer instrument for the intercomparison of microwave power meters. I R E Transaction on Instru mentation. T. 9. (1960) (Sept) 202—208 [7] Engen G. F.: Coaxial power méter calibration using a waveguide standard. Journal of Research of the NBS— C Engineering and Instrumentation 70C (1966) 2. 127—138.
345
