Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2012 №1

Семь способов защиты преобразователя и измерителя мощности от повреждений

Ли Чин Айк (Chin Aik Lee)


В силу своего предназначения измерители мощности и преобразователи мощности используются в приложениях, где требуется измерение высоких уровней радиочастотной мощности. Неправильное использование или приложенный к измерителю или преобразователю чрезмерно высокий уровень мощности способны вызвать нарушение нормального функционирования приборов, что, в конечном счете, приводит к необходимости их ремонта. Все это снижает качество измерений, увеличивает врем простоя системы, расходы на ремонт и т.д. В этой статье мы рассмотрим способы защиты измерителей мощности и преобразователей мощности от повреждений, позволяющие увеличить срок службы этих приборов.

Введение

На рис. 1 показан основной метод измерения высокочастотной мощности с помощью измерителя и преобразователя мощности. Датчик мощности преобразует мощность входного высокочастотного сигнала в напряжение постоянного тока или низкочастотный сигнал, которые затем могут быть измерены измерителем мощности и соотнесены с уровнем РЧ-мощности. На дисплее прибора величина преобразованного сигнала отображается в единицах мощности — дБм или Вт.

 Измерение высокочастотной мощности с помощью измерителя и преобразователя мощности

Рис. 1. Измерение высокочастотной мощности с помощью измерителя и преобразователя мощности

Измерители и преобразователи РЧ-мощности достаточно прочны и при правильном использовании очень надежны. Однако изготовители ежегодно получают значительное количество преобразователей мощности, поврежденных по неосторожности или вследствие незнания пользователями порядка правильного обращения с оборудованием.

Неправильное обращение с прибором может привести к следующим последствиям (либо к некоторым из них):

  • Снижение качества измерений. В результате, в зависимости от степени снижения, пользователь вынужден повторно проводить массу измерений или даже отказаться от использования прибора.
  • Стоимость ремонта может сравняться с ценой прибора.
  • Срок выполнения ремонта в сервисных центрах может составить 14 и более рабочих дней. В результате в течение трех (или даже больше) недель система будет простаивать, что может привести к нарушению графика выполнения работ.

Способ № 1. Не допускайте перегрузки прибора

Максимальный измеряемый уровень мощности для преобразователя может варьироваться от низкой (–60 дБм) до высокой мощности (+40 дБм). Максимально допустимый уровень мощности будет немного выше, чтобы создать некоторый запас надежности. Поэтому многие будут удивлены, узнав, что практически половина из поступающих в сервисные центры Agilent преобразователей вышли из строя в результате перегрузки. Осмотр устройств позволяет выявить сгоревшие компоненты в тонкопленочной схеме приемной головки датчика.

Приемная головка — самая дорогая часть преобразователя мощности: ее стоимость составляет до 80% от цены нового устройства. Компоненты приемной головки помещены в металлический корпус, внутри которого находится опорная пластмассовая шайба, поддерживающая прецизионную конструкцию центрального контакта входного РЧ-разъема, а также электронный блок, содержащий тонкопленочную схему с согласующими резисторами и аттенюаторами и первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент, рис. 2). Приемная головка служит для преобразования входного РЧ-сигнала в низкое напряжение постоянного тока, пропорциональное мощности входного сигнала.

 Приемная головка преобразователя мощности

Рис. 2. Приемная головка преобразователя мощности

Во избежание перегорания цепей входных каскадов необходимо:

  • Знать примерный уровень измеряемого сигнала.
  • Убедиться, что уровень измеряемой мощности лежит в пределах динамического диапазона преобразователя мощности.
  • Использовать РЧ-ограничитель для уменьшения уровня мощности, если он выходит за пределы диапазона данного преобразователя.

Способ № 2. Не допускайте перенапряжения

Приемная головка преобразователя мощности также может быть повреждена, если постоянная составляющая сигнала (напряжение постоянного тока) превышает максимально допустимое напряжение для данной модели преобразователя. Обычные преобразователи мощности с блокировкой постоянного напряжения (DC-blocked) могут работать с сигналами, постоянная составляющая в которых достигает 20 В. Преобразователи со связью по постоянному току (DC-coupled), например модели U2004A и E9304A, имеют более низкий предел допустимого постоянного напряжения — обычно до 5 В.

Сравнение датчиков с блокировкой постоянного напряжения и датчиков со связью по постоянному току

Преобразователи мощности с блокировкой постоянного напряжения

Во входном каскаде преобразователей мощности с блокировкой постоянного напряжения (рис. 3) имеется разделительный конденсатор, установленный последовательно с чувствительным элементом, что позволяет подавлять низкочастотные сигналы, которые могут повредить прибор или снизить точность измерений. Такие преобразователи лучше всего подходят для проведения измерений там, где для подачи постоянного напряжения смещения используется тот же тракт, что и для РЧ-сигнала. Для преобразователей с блокировкой постоянного напряжения верно соотношение: чем ниже частота сигнала, тем бóльшую емкость во входном каскаде нужно использовать. Все это ставит перед разработчиками проблему: как добиться хорошего согласования из-за неоднородности между достаточно миниатюрной 50-омной коаксиальной линией передачи и более крупной емкостной схемой.

 Преобразователи мощности с блокировкой постоянного напряжения

Рис. 3. Преобразователи мощности с блокировкой постоянного напряжения
Преобразователи со связью по постоянному току

Благодаря отсутствию в схеме разделительного конденсатора преобразователи со связью по постоянному току имеют лучшее значение коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) и обеспечивают возможность измерения мощности на низких частотах. Такие преобразователи хорошо подходят для использования в метрологических приложениях, где датчик может быть откалиброван путем измерения выходного напряжения с помощью вольтметра для прямого сравнения с показаниями эталонного прибора.

Способ № 3. Соблюдайте требования предупреждающих надписей и технических условий

На корпусе каждого преобразователя мощности есть этикетка, на которой обозначены минимальный и максимальный уровни мощности, которые прибор способен измерять (динамический диапазон) (рис. 4). Кроме того, указывается частотный диапазон устройства. Если преобразователь мощности способен измерять пиковую мощность, дополнительно указывается полоса частот видеотракта (модуляции). Более мелким шрифтом напечатаны предупреждающие надписи и напоминания. Не превышайте значения параметров, приведенные в технических характеристиках или обозначенные на предупреждающих надписях, нанесенных на корпус преобразователя и измерителя мощности (они расположены на желтом фоне).

 Вид этикетки, имеющейся на корпусе каждого преобразователя мощности

Рис. 4. Вид этикетки, имеющейся на корпусе каждого преобразователя мощности

Выберите подходящий преобразователь мощности

Лучше всего проводить измерения с помощью преобразователя, который подходит по параметрам к измеряемому сигналу. В таблице 1 приведено описание преобразователей мощности, совместимых с указанными в ней измерителями мощности.

Таблица 1. Преобразователи мощности Agilent

Преобразователи Измерители мощности Описание продукта/тип преобразователя Частотный диапазон Диапазон мощности
N432A/432A1 E4416A/17A EPM-P N1913A/14A E4418B/9B EPM2 E1418A VXI N1911/12A N8262A Серия P 8990B
Термопарные и диодные преобразователи мощности серий N8480/8480 N8482H Термопарный преобразователь большой мощности 100 кГц…6 ГГц –15 дБм (32 мкВт)…+35 дБм (3 Вт)
8481D Диодный преобразователь мощности 10 МГц…18 ГГц –70 дБм (100 пВт)…-20 дБм (10 мкВт)
8485D Диодный преобразователь мощности 50 МГц…26,5 ГГц –70 дБм (100 пВт)…-20 дБм (10 мкВт)
8487D Диодный преобразователь мощности 50 МГц…50 ГГц –70 дБм (100 пВт)…-20 дБм (10 мкВт)
Волноводные преобразователи мощности R8486D Волноводный преобразователь мощности 26,5–40 ГГц –70 дБм (100 пВт)…-20 дБм (10 мкВт)
Q8486D Волноводный преобразователь мощности 33–50 ГГц –70 дБм (100 пВт)…-20 дБм (10 мкВт)
N8486AR Термопарный волноводный преобразователь мощности 26,5–40 ГГц –35 дБм (316 нВт)…+20 дБм (100 мВт)
N8486AQ Термопарный волноводный преобразователь мощности 33–50 ГГц –35 дБм (316 нВт)…+20 дБм (100 мВт)
V8486A Преобразователь мощности V-диапазона 50–75 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+20 дБм (100 мВт)
W8486A Волноводный преобразователь мощности 75–110 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+20 дБм (100 мВт)
Терморезисторные преобразователи 478A Преобразователь на основе терморезистора с покрытием 10 МГц…10 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+10 дБм (10 мВт)
8478B Преобразователь на основе терморезистора с покрытием 10 МГц…18 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+10 дБм (10 мВт)
Преобразователи мощности с шиной USB U2000A 3 Диодный преобразователь мощности 10 МГц …18 ГГц –60 дБм (1 нВт)…+20 дБм (100 мВт)
U2001A 3 Диодный преобразователь мощности 10 МГц…6 ГГц –60 дБм (1 нВт)…+20 дБм (100 мВт)
U2002A 3 Диодный преобразователь мощности 50 МГц…24 ГГц –60 дБм (1 нВт)…+20 дБм (100 мВт)
U2004A 3 Диодный преобразователь мощности 9 кГц…6 ГГц –60 дБм (1 нВт)…+20 дБм (100 мВт)
U2000B 3 Диодный преобразователь мощности 10 МГц…18 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+44 дБм (25 Вт)
U2001B 3 Диодный преобразователь мощности 10 МГц…6 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+44 дБм (25 Вт)
U2000H 3 Диодный преобразователь мощности 10 МГц…18 ГГц –50 дБм (10 нВт)…+30 дБм (1 Вт)
U2001H 3 Диодный преобразователь мощности 10 МГц…6 ГГц –50 дБм (10 нВт)…+30 дБм (1 Вт)
U2002H 3 Диодный преобразователь мощности 50 МГц…24 ГГц –50 дБм (10 нВт)…+30 дБм (1 Вт)
Снятые с производства преобразователи мощности серии 848х 8481/2/5/7A Термопарный преобразователь мощности 100 кГц …50 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+20 дБм (100 мВт)
848xR/H Термопарный преобразователь большой мощности 100 кГц…18 ГГц –10 дБм (100 мкВт)…+44 дБм (25 Вт)
R8486A Термопарный волноводный преобразователь мощности 26,5–40 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+20 дБм (100 мВт)
Q8486A Термопарный волноводный преобразователь мощности 33–50 ГГц –30 дБм (1 мкВт)…+20 дБм (100 мВт)

Примечания. 1 Модель 432A заменена моделью N432A. 2 Модели E4418B/19B заменены моделями N1913A/14A. 3 Только с моделями N1913A/14A.

Выбор подходящих измерителей мощности

После выбора преобразователя мощности выберите измеритель мощности, который совместим с преобразователем мощности и подходит для вашей задачи (табл. 2).

Таблица 2. Измерители мощности Agilent

Измеритель мощности Описание Приложение
Преобразователи мощности с шиной USB серии U2000x Измерители средней мощности на базе шины USB • Универсальные измерения средней мощности.
• Портативность обеспечивает использование
при монтаже и обслуживании оборудования.
• Тестирование систем спутниковой связи.
• Прибор с автономным источником питания (V3500A) для использования в полевых условиях и лаборатории
Ручной измеритель мощности V3500A Ручной измеритель средней мощности
Измерители N1913/14A серии EPM Измерители средней и импульсной мощности • Универсальные измерения средней мощности.
• Возможность установки в стандартную стойку для использования в составе автоматизированных испытательных систем.
• Использование в аэрокосмической и оборонной отраслях.
• Многоканальные измерения мощности (до четырех каналов)
Измерители E4416/17A серии EPM-P Анализ пиковой, средней и импульсной мощности;
полоса частот видеотракта 5 МГц
• Беспроводная связь (стандарты GSM, EDGE, cdma2000, W-CDMA)
Измерители N1911/12A серии P Анализ пиковой, средней и импульсной мощности, вычисление дополнительной интегральной функции распределения; полоса частот видеотракта — 30 МГц • Использование в аэрокосмической и оборонной отраслях для измерения мощности радиолокационных импульсов. • Беспроводная связь и сети (WiMAX, WLAN, MIMO, MCPA). • Использование при исследованиях, разработке и производстве
Модульный измеритель N8262A серии P Анализ пиковой, средней и импульсной мощности, вычисление дополнительной интегральной функции распределения; полоса частот видеотракта — 30 МГц • Использование в составе автоматизированных испытательных систем в аэрокосмической и оборонной отраслях.
• Использование в составе промышленных автоматизированных испытательных систем
Терморезисторный N432A Измерение средней мощности непрерывного сигнала • Калибровочные и метрологические лаборатории
Система управления анализатором мощности N1918A Расширение возможностей преобразователей серии U2000 и серии P • Беспроводная связь и сети.
• Тестирование импульсных компонентов в аэрокосмической и оборонной отраслях.
• Тестирование систем спутниковой связи.
• Производство электронных устройств

Способ № 4. Обеспечьте защиту разъемов и переходников на РЧ-входе

При осторожном обращении и правильном использовании можно свести к минимуму ухудшение характеристик измерительного прибора, и в первую очередь — его дорогостоящих разъемов. Неисправный или не удовлетворяющий техническим условиям соединитель может испортить годный разъем уже при первом подключении. Поэтому запрещается использовать поврежденные коннекторы или адаптеры: они должны быть сразу заблокированы или отправлены в ремонт.

Неисправный разъем может вызвать увеличение потерь при передаче и потерь на отражение, которые могут быть устранены путем разъединения и повторного подключения годного устройства. Вместе с тем неисправность может проявляться периодически, что приведет к ошибкам измерений и, соответственно, проблемам при оценке воспроизводимости результатов испытаний.

Подключение

При подключении центральные оси обоих разъемов должны располагаться на одной линии (рис. 5). Затем следует сдвинуть коннекторы вместе так, чтобы вилка разъема плавно вошла в розетку соединителя. Электрический контакт осуществляется за счет физического соприкосновения внутренней поверхности центрального проводника розетки с внешней поверхностью штыря штекера.

 Расположение центральных осей разъемов

Рис. 5. Расположение центральных осей разъемов

При затягивании соединения следует вращать гайку разъема РЧ-входа, а не само устройство (рис. 6).

 Затягивание соединения

Рис. 6. Затягивание соединения

Отключение

При рассоединении разъема (рис. 7) во избежание его раскачивания или изгиба рекомендуется придерживать корпус коннектора. При необходимости для ослабления гайки разъема можно воспользоваться рожковым гаечным ключом.

 Рассоединение разъема

Рис. 7. Рассоединение разъема

На рис. 8 приведены фотографии поврежденных центральных контактов розеток различных типов разъемов. Такие повреждения могут произойти в результате прокручивания центрального контакта штекера разъема или неточного совмещения (несоосности) вилки и розетки при подключении или отключении.

 Примеры повреждений центральных контактов розеток различных типов разъемов

Рис. 8. Примеры повреждений центральных контактов розеток различных типов разъемов

Использование крутящего момента заданной величины

Хотя большинство РЧ/СВЧ-разъемов Agilent разработано для использования в прочных, надежных узлах сопряжения, пользователям следует иметь в виду, что осторожность при прикладывании усилия (крутящего момента) к гайке коннектора является важнейшим условием увеличения срока службы разъема и повышения качества сигнала. В таблице 3 приведены рекомендуемые значения крутящего момента для различных типов разъемов. Чрезмерно сильное затягивание (увеличение момента) может привести к деформации деталей коннектора, а также возможным проблемам, связанным с рассогласованием линии. Слишком слабое затягивание (уменьшение момента) приводит к ухудшению соединения (электрического контакта) и увеличению значения КСВН.

Таблица 3. Рекомендуемые значения крутящего момента для различных типов разъемов

Тип разъема Крутящий момент, Н·см
Прецизионный, 7 мм 136
Прецизионный, 3,5 мм 90
SMA 56
Используйте значение крутящего момента для SMA при подключении вилки SMA к прецизионной 3,5-мм розетке.
При подключении 3,5-мм вилки к SMA-розетке используйте значение крутящего момента для 3,5-мм разъемов (90 Н·см)
Прецизионный, 2,4 мм 90
Прецизионный, 1,85 мм 90
Тип N Разъемы N-типа могут быть затянуты вручную. При необходимости можно использовать динамометрический гаечный ключ с установленным значением крутящего момента 136 Н·см

Использование правильного значения крутящего момента позволяет улучшить воспроизводимость измерений. На рис. 9 показан образец тарированного ключа для разъемов N-типа. При затягивании гайки его нужно держать за конец рукоятки. При достижении заданного усилия ручка ключа «переламывается», при этом затягивание гайки следует прекратить.

 Образец тарированного ключа для разъемов N-типа

Рис. 9. Образец тарированного ключа для разъемов N-типа: а) при затягивании ключ остается прямым; б) прекращение затягивания в момент «перелома» ручки ключа

Использование переходников для защиты разъемов

Одним из способов защиты разъемов является использование переходников или адаптеров (рис. 10). Очевидно, что переходники следует использовать в случаях, когда в тестируемом устройстве (ТУ) применяются соединители, отличающиеся от разъемов преобразователя мощности. Но даже если в ТУ используется то же семейство разъемов, что и в приборе, адаптер поможет предотвратить повреждение коннекторов и избежать ненужного дорогостоящего ремонта.

Переходники и адаптеры помогут предотвратить повреждение разъемов

Рис. 10. Переходники и адаптеры помогут предотвратить повреждение разъемов

Визуальный осмотр

Очень важно регулярно проводить визуальный осмотр разъемов, так как они выполнены с очень высокой точностью. Малейшие дефекты, повреждения и грязь способны существенно ухудшить точность и воспроизводимость результатов измерений. Перед каждым соединением необходимо тщательно осматривать коннекторы на предмет наличия дефектов, например износа покрытия, глубоких царапин или вмятин. Разъемы с золотым покрытием наиболее восприимчивы к механическим повреждениям, потому что золото — мягкий металл.

В результате разрушения резьбы образуются частички металла, которые попадают в другие части разъема, вызывая серьезные повреждения. Разъемы с явными дефектами должны быть заблокированы или отправлены в ремонт. Стойкие загрязнения, которые нельзя удалить струей сжатого воздуха, могут быть очищены с помощью безворсового тампона, смоченного изопропиловым спиртом.

Способ № 5. Обеспечьте надежное заземление

При подключении к сети переменного тока всегда используйте трехпроводной кабель, поставляемый с измерителем мощности, так, чтобы оборудование было заземлено. Заземляющий контакт служит для подключения открытых металлических частей оборудования к цепи защитного заземления. При правильной эксплуатации прибора в контуре заземления не должен протекать ток. При возникновении неисправности цепь заземления обеспечивает стекание тока на «землю», гарантируя тем самым защиту прибора и оператора. Проверьте качество сети питания и полярность подключения. Обычно для питания прибора требуется переменное напряжение 100, 120, 220 В ±10% или 240 В +5/–10%.

Способ № 6. Соблюдайте меры предосторожности по защите от статического электричества

Статическое электричество может генерироваться в нашем теле и при разряде способно вызвать повреждение чувствительных элементов электронных схем. Даже очень маленький электростатический разряд, который зачастую невозможно почувствовать, может привести к необратимому повреждению. Вы можете увидеть предупреждающий символ об опасности электростатического разряда (ESD) на корпусе преобразователя мощности (рис. 11), потому что этот прибор чрезвычайно чувствителен к статическому электричеству. Электростатический разряд на центральный контакт разъема может вывести устройство из строя.

Предупреждающие знаки об опасности электростатического разряда

Рис. 11. Предупреждающие знаки об опасности электростатического разряда
  • Всегда надевайте заглушки на разъемы, если преобразователь мощности не используется.
  • По возможности проводите измерения мощности на защищенном от статического электричества рабочем месте.
  • Осмотр и чистку преобразователей мощности необходимо проводить только на защищенном от статического электричества рабочем месте.
  • Не подносите источники статического электричества ближе одного метра к защищенному рабочему месту.

Способ № 7. Контролируйте температуру и влажность воздуха

Все измерители и преобразователи мощности должны храниться в надлежащих условиях. Характеристики оборудования могут ухудшиться в результате воздействия пыли, а также экстремальных значений влажности и температуры. Преобразователи и измерители мощности должны содержаться в чистом и сухом помещении. Для оборудования, установленного в приборную стойку, необходимо обеспечить хорошую вентиляцию. Регулярно проверяйте и очищайте вентиляционные отверстия и вентиляторы.

В техническом описании прибора есть рекомендации по условиям эксплуатации и хранения. Ознакомьтесь с ними. Оптимальное значение рабочей температуры составляет 23 ±5 °C, при этом температура окружающего воздуха не должна превышать 30 °C. Если устройство используется вне этого диапазона, в результаты измерений может быть внесена дополнительная погрешность. Воздействие чрезмерно высокой температуры может разрушить электронные схемы измерительного прибора. Относительная влажность воздуха представляет собой отношение количества водяного пара в воздухе к максимально возможному его количеству при тех же значениях температуры и давления.

Заключение

Для увеличения срока службы измерителей и преобразователей мощности, уменьшения времени простоя оборудования и сокращения эксплуатационных расходов рекомендуется изучить изложенные в статье способы защиты приборов от повреждения и следовать им в практической деятельности. Сохранение приборов в исправном состоянии позволяет обеспечить точность измерений мощности, сократить время тестирования и повысить общую производительность системы.

Литература

  1. Choosing the Right Power Meter and Sensor — http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5968-7150E.pdf
  2. 4 Steps for Making Better Power Measurements — http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5965-8167E.pdf
  3. AN362 Principles of Microwave Connector Care — http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5954-1566.pdf
  4. Fundamental of RF and Microwave Power Measu-rements — http://www.home.agilent.com/agilent/editorial.jspx?cc=IT&lc=ita&ckey=272209&nid=-536902916.536880072
  5. Power Meter Power Sensor Selection Guide — http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-7837EN.pdf
  6. Understanding DC-coupled and DC-block Power Sensor — http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-6745EN.pdf

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке