Радиоизмерения

Радиоизмерения, измерения электрических, магнитных и электромагнитных величин и их отношений, характеризующих работу радиотехнических устройств в диапазоне частот от инфразвуковых до сверхвысоких. Методы Р. возникли и развивались одновременно с зарождением и совершенствованием радиотехники и электроники и основываются на методах измерений электрических величин. Р. необходимы при разработке, производстве и эксплуатации аппаратуры радиосвязи, телевидения, радиолокации, средств автоматики, технической диагностики и вычислительной техники, при изготовлении электронных приборов и элементов; методы Р. используются при исследованиях в физике, химии, биологии, медицине, геологии и др. областях науки.

  Особенность Р. — в многочисленности и широких пределах значений измеряемых величин (например, от 10^—8 до 10 ³ в по напряжению, от 10^—16 до 10⁸ вт по мощности, от 10^—4 до 10¹² гц по частоте). Во многих случаях для измерения параметров радиотехнических устройств используют косвенные методы Р., что вызывает необходимость применения не только измерительных, но и вспомогательных приборов — источников напряжения и тока различной частоты, работающих в режимах непрерывной генерации или с различными видами модуляции колебаний (эти приборы обычно также относят к радиоизмерительным приборам — РИП).

  Выделяют следующие важнейшие сферы применения методов Р.: измерение параметров электро- и радиоэлементов (резисторов, конденсаторов электрических, индуктивности катушек, полупроводниковых приборов, интегральных схем); определение режимов работы полупроводниковых и электровакуумных элементов, приборов и устройств (по току, напряжению, мощности); определение вида и характера изменения радиосигналов (формы и спектра импульсных сигналов, глубины модуляции, манипуляции, девиации непрерывных сигналов); изучение характеристик электронных и радиотехнических устройств (в т. ч. зависимостей амплитуды выходных сигналов от частоты и времени, выходной мощности от нагрузки, величины коэффициента стоячей волны, формы диаграммы направленности излучения антенн); градуировка и калибровка РИП, радиотехнических блоков, устройств и систем (измерительных генераторов, ламповых вольтметров, ваттметров, радиоприёмников и передатчиков, радиолокационных станций и т.д.); измерение ряда электрофизических параметров материалов и веществ.

  Р. производятся в лабораторных, производственных и полевых условиях. РИП, используемые при лабораторных Р., отличаются высокой точностью и стабильностью параметров; наряду со стрелочным отсчётом и ручным регулированием в лабораторных РИП применяют цифровой отсчёт измеряемых величин.

  В производственных условиях Р. служат главным образом для контроля параметров и характеристик выпускаемых изделий. Получили применение технологические радиоизмерительные установки с автоматической регистрацией результатов измерений, а в ряде случаев и с передачей их для дальнейшей обработки на ЭВМ(электронная вычислительная машина). Разрабатываются комплексные методы Р., воплощаемые в т. н. измерительно-информационных системах (ИИС), значительно (в сотни раз) увеличивающих производительность труда при измерениях, в службах управления и т.д. Радиоизмерительные информационные системы отличаются от др. ИИС тем, что, кроме коммутирующих, регистрирующих и вычислительных устройств, в их состав входят устройства, обеспечивающие генерирование и передачу сигналов (имитирующих реальные) на исследуемый объект.

  В полевых условиях Р. используются для оперативного контроля и измерения (с ограниченной точностью) параметров различных радиотехнических устройств или окружающей среды, в частности уровня шумов, интенсивности излучения и т.д. С этой целью применяют главным образом переносные РИП.

  Основные требования, предъявляемые к РИП: малая погрешность, незначительное влияние на объект измерений, высокая надёжность и степень готовности к работе, удобство эксплуатации и ремонта и т.п. В 60-х гг. в связи с бурным развитием радиоэлектроники потребовалось резко увеличить быстродействие и частотные пределы измерений, ввести цифровой отсчёт, снизить до минимума число ручных регулировок, максимально автоматизировать процесс измерений с представлением результатов в цифровом коде на ЭВМ(электронная вычислительная машина). В начале 70-х гг. парк радиоизмерительной аппаратуры общего назначения в СССР и за рубежом насчитывал свыше 1000 типов различных приборов, которые можно классифицировать в соответствии с их назначением.

  В группу измерителей напряжения входят электронные вольтметры постоянного и переменного тока, селективные, фазочувствительные и импульсные вольтметры, а также универсальные вольтметры и измерители отношения электрических напряжений. В группу приборов для измерения мощности входят собственно мощности измерители, мосты измерительные для измерения мощности, измерительные термисторные, термоэлектрические и болометрические преобразователи, пироэлектрические приёмники.

  Измерения параметров элементов и цепей с сосредоточенными постоянными производят индуктивности измерителями, ёмкости измерителями, добротности измерителями, омметрами, мегомметрами, заземления измерителями и др. приборами. При измерении параметров элементов и трактов с распределёнными постоянными пользуются измерительными линиями, приборами для измерения коэффициента стоячей волны и коэффициента отражения, комплексного коэффициента передачи, полного сопротивления и проводимости и т.п.

  Измерения частоты производят с помощью волномеров, гетеродинных индикаторов резонанса, частотомеров, а также частоты стандартов и эталонов, для которых получена наивысшая воспроизводимость физической величины, составляющая, например, для водородных генераторов (1—5)×10^-14. В эту группу приборов входят также синтезаторы частот, калибраторы, преобразователи частоты и синхронизаторы частот радиосигналов.

  Измерения сдвига фаз и группового времени задержки производят с помощью фазометров и измерителей времени прохождения сигналов на различных частотах. Получили применение приборы для наблюдения и исследования формы и спектра сигналов. В эту группу приборов входят осциллографы, модулометры, девиометры, анализаторы спектра и гармоник, нелинейных искажений измерители. К этой же группе относятся приборы для измерения амплитудно-частотных, фазочастотных и корреляционных характеристик, а также измерители коэффициента шума радиоустройств.

  Особую группу РИП, развитию которых в современной измерительной технике уделяется всё большее внимание, составляют приборы для импульсных измерений (измерители временных интервалов, длительности импульсов, их фронта и спада, счётчики импульсов, амплитудные анализаторы импульсов и т.п.). В 70-х гг. появились также приборы для голографических измерений и измерений параметров устройств, работающих при низких температурах.

  Важное значение для Р. имеют РИП, осуществляющие приём, усиление и генерирование радиосигналов: измерительные приёмники, усилители переменного и постоянного тока, широкополосные, селективные и универсальные усилители, приборы и установки для антенных измерений, измерительные генераторы, генераторы шумов, генераторы сигналов специальной формы (прямоугольной, пилообразной и т.п., с заполнением колебаниями несущей частоты и без заполнения), генераторы качающейся частоты (свип-генераторы) и многие др.

  Для нужд производства и служб эксплуатации выпускают приборы для измерения параметров полупроводниковых диодов, транзисторов и интегральных микросхем, а также рассчитанные на массовые измерения ИИС, для которых важны не только точность измерения, но и высокая производительность. Для быстрого измерения параметров и характеристик электронных приборов применяют характериографы.

  Для подключения РИП к измеряемым объектам используется вспомогательная аппаратура (в виде функциональных узлов): модули коаксиальных, полосковых и волноводных трактов, согласующие, переходные и симметрирующие трансформаторы, коаксиально-волноводные и полосковые переходы, механические и электрические переключатели коаксиальных и волноводных трактов, аттенюаторы, направленные ответвители, фазовращатели, детекторные преобразователи, ферритовые циркуляторы и вентили, фильтры, нагрузки, короткозамыкатели, соединительные элементы и пр. Практически все эти элементы применяются в 3 модификациях: волноводные, коаксиальные и полосковые.

  В сочетании с различными преобразователями РИП применяют также для определения методами Р. неэлектрических величин (линейных размеров, температуры, давления и т.д.). См. также Электрические измерения и Магнитные измерения.

  Лит.: Момот Е. Г., Радиотехнические измерения, М. — Л., 1957; Измерения в электронике. Справочник, ред.-сост. Б. А. Доброхотов, т. 1—2, М. — Л., 1965; Мирекни Г. Я., Радиоэлектронные измерения, М., 1969; Кушнир Ф. В., Савенко В. Г., Верник С. М., Измерения в технике связи, М., 1970; Валитов Р. А., Сретенский В, Н., Радиотехнические измерения, М., 1970; Шкурин Г. П., Справочник по электро- и электронно-измерительным приборам, М., 1972.

  Е. Г. Билык.