Измерительная СВЧ-техника сантиметрового и миллиметрового диапазона

времени и синхронизацию телекоммуникационных систем;

решение общегосударственных специальных задач и задач силовых структур по обеспечению национальной безопасности и др.

Одна из первоочередных и наиболее ответственных задач в создании системы НВО - обеспечение функционирования интегрированного радионавигационного поля (РНП) Республики Беларусь. Изучение и анализ информации о геополитическом значении навигационных систем, особенностей их построения и функционирования, требований потребителей к основным параметрам РНП позволили определить перечень системообразующих средств для создания интегрированного РНП ЕС НВО Республики Беларусь. Так, глобальные навигационные спутниковые системы целесообразно использовать в качестве основных радионавигационных систем; импульсно-фазовые - как стационарные (РСДН 3/10), так и подвижные - в качестве дополнительных (альтернативных). Систему высокоточного позиционирования (сеть постоянно действующих пунктов дифференциальной коррекции) можно применять как функциональное дополнение ГНСС для

геодезии, картографии, землеустройства, точного земледелия и научных исследований. Локальные (ведомственные) дифференциальные подсистемы, реализующие функции доведения корректирующей информации по каналам связи (например, в УКВ-диапазоне длин волн) - как дополнительные системы функциональных дополнений ГНСС.

В настоящее время создаются основные элементы ЕС НВО. В частности, ведутся опытно-конструкторские работы по созданию:

мультисистемного комплекта радионавигационной аппаратуры потребителей с применением радионавигационных приемников отечественной разработки;

национального навигационно-информационного центра;

испытательного центра для сертификационных испытаний радионавигационного оборудования и аппаратуры потребителей;

региональной (отраслевой) навигационно-информационной системы;

единой интегрированной навигационно-информационной системы экстренного реагирования на дорожно-транспортные происшествия и обеспечения транзитных

перевозок на территории Республики Беларусь (рис. 2, 3).

Единая система НВО в нашей стране будет способствовать проведению выверенной государственной политики, учитывающей интересы и требования различных групп потребителей услуг в сфере навигационной деятельности, гарантированному предоставлению навигационных ресурсов потребителям услуг, развитию отечественной индустрии навигационно-временного обеспечения и повышению эффективности использования информационных ресурсов. Помимо этого, внедрение системы будет содействовать преодолению зависимости от импортируемых средств НВО; унификации средств получения и использования навигационной и временной информации, повышению надежности НВО и эффективности социально-экономической деятельности и т.д.

Таким образом, проект по созданию ЕС НВО Республики Беларусь, являясь по своей сути инновационным, позволит стране не только следовать общемировым тенденциям развития, но и привлекать инвестиции для коммерциализации его отдельных направлений.

Измерительная СВЧ - техника сантиметрового

и миллиметров

апазона

«Научно-образовательный инновационный центр СВЧ технологий и их метрологического обеспечения» БГУИР (Центр 1.9) разрабатывает и производит измерительную аппаратуру и проводит ее метрологическое обеспечение в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. В рамках этого направления разрабатываются методы и создаются средства измерений параметров сигналов и устройств СвЧ-диапазона, алгоритмы их калибровки, программное

обеспечение, элементы метрологического обеспечения средств измерений (программы и методики государственных испытаний, метрологической аттестации, поверки, калибровки), приемных и передающих модулей радиолокационных станций [1].

На базе центра более двадцати лет функционирует Испытательная лаборатория аппаратуры и устройств СВЧ, аккредитованная в Системе аккредитации испытательных, поверочных и калибровоч-

ных лабораторий Республики Беларусь. Основные направления ее работы - испытания СВЧ-устройств и узлов, участие в калибровках и метрологической аттестации средств измерений совместно с аккредитованными для этих целей лабораториями. Исследование характеристик и параметров СВЧ-устройств при их создании и проверка их соответствия спецификационным требованиям при производственном выпуске, а также другие задачи и исследования

ЭЛЕКТРОНИКА

Александр Гусинский,

директор Центра 1.9 НИЧ БГУИР, кандидат технических наук, доцент

Анатолий Кострикин,

замдиректора Центра 1.9 НИЧ БГУИР, кандидат технических наук, доцент

Марина Дерябина,

старший преподаватель кафедры метрологии и стандартизации БГУИР

Александр Гурский,

завкафедрой метрологии и стандартизации БГУИР, доктор физико-математических наук, профессор

требуют соответствующих средств инструментального анализа [2].

СВЧ-приборы, разрабатываемые и изготавливаемые в центре (рис. 1), отвечают современным требованиям по электрическим и эксплуатационным характеристикам в диапазоне частот от 10 МГц до 178 ГГц.

Для обеспечения высокой точности при измерениях в миллиметровом диапазоне длин волн необходимо наличие прецизионных источников измерительных сигналов. Генераторы данной группы имеют пределы допустимой основной погрешности установки частоты не более ±(0,1 - 0,5)% Для прецизионных работ, требующих высокой точности установки частоты выходного сигнала, используется синтез частот. Пример - разработанный в центре генератор в диапазоне частот 8-18 ГГц. Его рабочий диапазон частот - от 8 до 18 ГГц с перестройкой по поддиапазонам 8+12 ГГц, 12-18 ГГц (или 8+10 ГГц, 10-12 ГГц, 12-14 ГГц, 14-18 ГГц).

Актуальной является проблема измерения коэффициентов отражения и передачи широкополосных радиотехнических устройств в СВЧ-диапазоне длин волн [3]. Для решения данной задачи используются панорамные измерители КСВН и ослабления (скалярные анализаторы цепей). В качестве примера такого прибора можно привести созданный в центре измеритель модуля коэффициентов передачи и отражения SNA 25-37 [4]. Он предназначен для автоматизированного исследования волноводных СВЧ-устройств и установления их параметров - модулей коэффициентов передачи и отражения - с цифровым отсчетом измеряемых величин и воспроизведением их частотных характеристик в декартовой системе

координат на экране встроенного компьютера. Измеритель позволяет измерять модули коэффициентов отражения в диапазоне от 0 до минус 32 дБ, модули коэффициентов передачи - в диапазоне от 0 до минус 40 дБ.

Для определения амплитудных и фазовых параметров элементов СВЧ-трактов применяются панорамные измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения - векторные анализаторы цепей (ВАЦ). Они [5] предназначены для автоматизированного измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения (Э11 и S21) волноводных устройств. Для определения характеристик исследуемых СВЧ-устройств в их полных рабочих диапазонах частот необходимо, чтобы ВАЦ позволял проводить измерения в достаточно широких полосах частот, обеспечивая при этом необходимую точность измерения исследуемых параметров. Пример подобного прибора - ВАЦ 78,33-118,1 ГГц, позволяющий проводить измерения в реальном масштабе времени и наблюдать на восьмидюймовом жидкокристаллическом дисплее панорамную характеристику модуля (в диапазоне до -55 дБ) и аргумента (от 0 до 360°) одного из S-параметров. Оригинальное программное обеспечение устройства не уступает зарубежным аналогам, позволяет быстро задавать и изменять любые параметры, имеет интерфейс, интуитивно понятный даже неопытному пользователю. ВАЦ применяется в лабораторных условиях для измерения S-параметров и настройки устройств СВЧ, имеющих стандартные размеры волновод-ного тракта сечением 2,4х1,2 мм. В приборе реализован новый алгоритм измерения и математической обработки измерительной

информации, позволивший значительно улучшить его технические характеристики. Векторный анализатор цепей, являясь измерительным прибором, обеспечен средствами калибровки и соответствующей методикой. К прибору прилагается комплект аттестованных мер фазового сдвига, меры согласованной нагрузки и короткозамыка-теля.

При проведении СВЧ-измерений часто требуется контролировать уровень мощности СВЧ-излучения, для чего разработаны и изготовлены прецизионные ее измерители (ваттметры). Они отличаются компактностью, точностью и низкой стоимостью, что важно для небольших научных или производственных организаций с ограниченным финансированием. Таковым является созданный в центре измеритель мощности 0,01-39,5 ГГц.

Еще одно направление деятельности центра - создание приборов для измерения вибраций. Они применяются в нефтяной и газовой промышленности, авиации, теплоэнергетике, военной технике и т.д. Широко применяемые контактные пьезоэлектрические вибродатчики вследствие высокой инерционности непригодны для измерения вибраций высокой частоты и малой амплитуды. Часто бывает сложно, а иногда и невозможно, установить контактный датчик на объект, совершающий механические колебания. Разработанный в центре радиоволновой бесконтактный интеллектуальный вибродатчик RVS-36Р (рис. 3) можно использовать дистанционно, он не подвергается вредным механическим, электромагнитным и температурным воздействиям и относится к новому поколению датчиков вибрации, предназначенных для

№3(109) Март 2012 НАУКА И ИННОВАЦИИ 23

Рис. 1. Приборы, разрабатываемые в Центре 1.9 БГУИР

непрерывного дистанционного контроля вибрации элементов конструкции газоперекачивающих и любых других агрегатов. В устройстве применен оригинальный фазовый интерференционный радиоволновой метод, в основе которого лежит зондирование вибрирующего объекта электромагнитными волнами СВЧ-диапазона, прием и анализ фазы отраженных от объекта волн. Датчик позволяет измерять вибрации с частотами 0...15625 Гц на расстояниях до объекта от 1 до 4 м.

Отличительная особенность датчика -цифровая обработка сигнала непосредственно с выхода первичного преобразователя, что гарантирует высокую точность и стабильность его характеристик во всех допустимых диапазонах измерений, а также низкую чувствительность к внешним помехам. Передача измеренной величины происходит по последовательному каналу связи (интерфейс RS-485, протокол Modbus-RTU) в цифровом коде. Максимальная протяженность линии связи может достигать 1500 м и зависит от количества датчиков в сети, типа применяемого кабеля и скорости передачи данных. Датчик вибрации можно использовать в составе систем сбора информации с аналоговыми каналами или для замены аналоговых датчиков. Системы на

его основе позволяют осуществлять виброзащиту агрегата как в полосе частот, так и на гармониках основной частоты вращения вала. Минимальные затраты на монтаж линий связи и отсутствие промежуточных аналого-цифровых преобразователей позволяет строить на базе датчика системы вибромониторинга с низкой стоимостью и в короткие сроки.

Большое внимание в лаборатории аппаратуры и устройств СВЧ уделяется метрологическому обеспечению измерительной техники, а также поискам путей его усовершенствования и оптимизации.

Перевозка средств измерений к месту проведения калибровки приводит к снижению их надежности, изменению характеристик, возникновению неопределенности, которую сложно оценить. Кроме того, измерения в калибровочной лаборатории проводятся в тщательно контролируемых условиях, но нет гарантии, что они будут воспроизведены на месте эксплуатации. Решением данной проблемы может служить разработанный в центре метод дистанционной калибровки с использованием компьютерных сетей [6-8]. Его материально-техническая основа - транспортабельные эталонные средства измерений, роль которых в диапазоне СВЧ выполняют измерительные преобразователи и меры со стабильными и калиброванными параметрами. Отличительной особенностью транспортабельных эталонных СИ (ТЭСИ) является простота конструкции и небольшие габаритные размеры, что делает их более удобными для перевозки. ТЭСИ должны обеспечивать требуемый запас точности по отношению к калибруемым СИ.

Система дистанционной калибровки предназначена для дистанционного управления процессом измерений и воздействий на калибруемое СИ; выработки и подачи на его вход эталонных сигналов; получения измерительной информации; обработки результатов измерений.

В центре разработаны меры фазового сдвига, применяемые при калибровке, являющиеся одной из составных частей ТЭСИ. Они представляют собой два отрезка волноводов с размерами волноводных каналов, соответствующими заданному диапазону длин волн, и фиксированной разностью длин, обеспечивающих заданный фазовый сдвиг (90° и 180°) на средней частоте диапазона.

Средства измерений, созданные в центре, экспонировались на международных выставках и эксплуатируются в России, Германии, Индии, Китае, Иране, Сирии, Египте. Результаты работы используются для улучшения метрологических характеристик СВЧ-измерительной аппаратуры и расширения области аккредитации лаборатории.

Исследования в области разработки и изготовления СВЧ-измерительных приборов миллиметрового диапазона длин волн, отвечающих современным требованиям в части электрических, эксплуатационных и метрологических характеристик, соответствуют перспективам развития радиотехнических систем.

Литература

1. Новые средства радиоизмерений в миллиметровом диапазоне длин волн / А.В. Гусинский [и др.] // Метрология и приборостроение. №1, 2004. С. 38-42.

2. Гусинский А.В., Шаров Г.А., Кострикин А.М.. Векторные анализаторы цепей миллиметровых волн. Монография в 3-х ч. - Мн., 2008.

3. Новые средства радиоизмерений в миллиметровом диапазоне длин волн / А.В. Гусинский [и др.] // Изв. Белорус. инж. акад. №1, 2004. С. 38-43.

4. Скалярный анализатор цепей коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн / А.В. Гусинский [и др.] // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии: Материалы XII Междунар. техн. конф., Севастополь, 9-13 сентября 2002 г. - Севастополь, 2002. С. 521-522.

5. Векторный анализатор цепей коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн / А.В. Гусинский [и др.] // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии: Материалы XII Междунар. техн. конф., Севастополь, 10-14 сентября 2001 г. - Севастополь, 2001. С. 578-580.

6. Способ дистанционного контроля метрологических характеристик автоматизированных радиоизмерительных приборов диапазона СВЧ: Пат. 12574 Республики Беларусь, МПК (2006) G01R 17/00 / А.В. Гусинский, А.М. Кострикин, Т.К. Толочко; заявитель БГУИР. №а20061301; заявл. 20.12.06; опубл. 30.10.09 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ытэлектуал. уласнасцг 2009. С. 127.

7. Дистанционная калибровка измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения VNA25-37 / Т.К. Толочко, А.В. Гусинский, А.М. Кострикин // Вес. БНТУ. №5, 2007. С. 29-35.

8. Разработка математических моделей и алгоритмов оценки неопределенностей результатов измерений при дистанционной калибровке отдельных видов радиоизмерительных средств измерений диапазона СВЧ / А.В. Гусинский, А.М. Кострикин, Т.К. Зезюлина // Вес. БНТУ. №3, 2010. С. 56-62.

9. Гусинский А.В., Кострикин А.М. Измеритель комплексных параметров СВЧ устройств. Патент №6193 от 01.07.98 г. АБ №1 за 2004 г.

10. Гомодинные анализаторы СВЧ цепей коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн / Гусинский А.В. // Изв. Белорус. инж. акад. №1, 1999. С. 41-43.

11. Измеритель коэффициентов передачи и отражения трехмиллиметрового диапазона длин волн / Гусинский А.В. // Изв. Белорус. инж. акад. №2, 2002. С. 18-19.