izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-12-30-38izmertech-2266Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSРазвитие системы обеспечения единства измерений мощности электромагнитных колебаний в области миллиметровых длин волнDevelopment of a system to ensure the uniformity of measurements of the power of electromagnetic oscillations in the field of millimeter wavelengthshttps://orcid.org/0000-0003-3148-7336МалайИ. М.MalayI. M.

Иван Михайлович Малай

г. п. Менделеево, Московская обл.

Ivan M. Malay

Mendeleevo, Moscow region

malay@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6916-1035МатвеевА. И.MatveevA. I.

Алексей Игоревич Матвеев

г. п. Менделеево, Московская обл.

Alexey I. Matveev

Mendeleevo, Moscow region

mtvv@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7722-2184ЧирковИ. П.ChirkovI. P.

Игорь Петрович Чирков

г. п. Менделеево, Московская обл.

Igor P. Chirkov

Mendeleevo, Moscow region

chirkov@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation2024130120257312Юбилей ВНИИФТРИ - 70 лет3038Copyright © Малай И.М., Матвеев А.И., Чирков И.П., 20252025Малай И.М., Матвеев А.И., Чирков И.П.Malay I.M., Matveev A.I., Chirkov I.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/2266

Обновление парка радиотехнических и электромагнитных средств измерений обусловлено внедрением наукоёмких технологий, модернизацией изделий радиоэлектронной промышленности. Применение компонентной базы нового поколения в современных средствах измерений позволило улучшить их параметры, такие как диапазоны измерений и частот, инструментальная погрешность. Вследствие этого погрешность средств измерений мощности сверхвысокой частоты ограничивается метрологическими характеристиками рабочих эталонов и методов измерений, применяемых при передаче единицы. Поэтому необходимо совершенствовать теорию и методологию воспроизведения и передачи единицы мощности электромагнитных колебаний от государственного первичного эталона. Сформирована система требований к первичным и рабочим эталонам, которая учитывает результаты измерений комплексных коэффициентов отражения для уменьшения погрешности рассогласования и критерии стабильности. Представлены результаты научно-исследовательских работ по созданию первичных, вторичных, рабочих эталонов и средств измерений мощности электромагнитных колебаний в диапазоне 37,5–178,4 ГГц. Предложены пути обеспечения метрологической прослеживаемости измерений мощности электромагнитных колебаний в диапазоне частот 9·10–6–178,4 ГГц с погрешностью не более 1,5 %. Предложена концепция построения государственной поверочной схемы для средств измерений мощности с использованием заимствованных рабочих эталонов единиц комплексных коэффициентов отражения и передачи, ослабления, частоты. Основные элементы создаваемой системы воспроизведения и передачи единицы сверхвысокочастотной мощности, включая государственный первичный эталон с расширенным диапазоном частот, рабочие эталоны, серийно выпускаемые ваттметры, обеспечивают повышение точности измерений при разработке и испытаниях современных радиотехнических комплексов.

The renewal of the fleet of radio engineering and electromagnetic measuring instruments is due to the introduction of high-tech technologies, the modernization of radio electronic industry products. The use of a new generation component base in modern measuring instruments has made it possible to improve parameters such as measurement ranges and frequencies, and instrumental error. As a result, the error of ultrahigh frequency power measuring instruments is limited by the metrological characteristics of working standards and measurement methods used in the transmission of a unit. The research is aimed at improving the theory and methodology of reproduction and transmission of a unit of power of electromagnetic oscillations from the state primary standard. A system of requirements for primary and working standards has been formed, taking into account the use of measurement results of complex reflection coefficients to reduce the error of misalignment and the application of stability criteria. The results of scientific research on the creation of primary, secondary, working standards and measuring instruments for the power of electromagnetic oscillations in the range from 37.5 GHz to 178.4 GHz are presented. The concept of constructing a state verification scheme for power measuring instruments using borrowed working standards of units of complex reflection and transmission coefficients, attenuation, and frequency is proposed. The main elements of the system being created for the reproduction and transmission of ultrahigh frequency power units, including the state primary standard with an extended frequency range, working standards, power meters, ensure improved measurement accuracy during the development and testing of modern radio engineering complexes.

мощность электромагнитных колебанийваттметрэталонсверхвысокие частотыelectromagnetic oscillation powerpower meterstandardradio frequenciesReferencesПерепелкин В. А., Семенов В. А., Чирков И. П., Чуйко В. Г. Государственный первичный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных и коаксиальных трактах в диапазоне частот 0,03–37,5 ГГц. Измерительная техника, (1), 7–9 (2012). https://www.elibrary.ru/ouhxrdPerepelkin V. A., Semenov V. A., Chirkov I. P. et al. National primary standard for the unit of power of electromagnetic oscillations in waveguides and coaxial lines at frequencies of 0.03–37.5 GHz. Measurement Techniques, 55(1), 8–12 (2012). https://doi.org/10.1007/s11018-012-9908-zКоудельный А. В., Малай И. М., Матвеев А. И., Перепелкин В. А., Чирков И. П. Государственный первичный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в диапазоне частот 37,5–118,1 ГГц ГЭТ 167-2021. Измерительная техника, (6), 3–8 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-6-3-8Koudelny A. V., Malay I. M., Matveev A. I. et al. Get 167-2021 State Primary Standard of the Unit of Power of Electromagnetic Oscillations in the Frequency Range from 37.5 to 118.1 GHz. Measurement Technique, 65(6), 391–396 (2022). https://doi.org/10.1007/s11018-022-02095-4Artusio-Glimpse A., Simons M. T., Prajapati N. and Holloway C. L. Modern RF measurements with hot atoms: A technology review of Rydberg atom-based radio frequency fi eld sensors. IEEE Microwave Magazine, 23(5), 44–56 (2022). https://doi.org/10.1109/MMM.2022.3148705Artusio-Glimpse A., Simons M. T., Prajapati N. and Holloway C. L. Modern RF measurements with hot atoms: A technology review of Rydberg atom-based radio frequency fi eld sensors. IEEE Microwave Magazine, 23(5), 44–56 (2022). https://doi.org/10.1109/MMM.2022.3148705Чирков И. П. Разработка методов и средств воспроизведения и передачи единицы мощности электромагнитных колебаний в коаксиальных трактах в диапазоне частот от 0,03 до 67 ГГц: дис. канд. техн. наук. Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево (2016). https://www.elibrary.ru/zgblulChirkov I. P. Development of methods and means of reproducing and transmitting a unit of power of electromagnetic oscillations in coaxial paths in the frequency range from 0.03 to 67 GHz. Candidate’s dissertation Technical Sciences, VNIIFTRI, Mendeleevo (2016). (In Russ.)Евграфов В. И., Конышев А. В., Конышев Н. В., Червонецкий Д. Н. Государственный первичный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах ГЭТ 75-2023. Измерительная техника, 73(2), 4–12 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-2-4-12Evgrafov V. I., Konyshev N. V., Konyshev N. V., Chervonetsky D. N. GET 75-2023 State primary standard of the unit of wave resistance in coaxial waveguides. Measurement Technique, 67(2), 87–96 (2024). https://doi.org/10.1007/s11018-024-02324-yБондаренко А. С., Боровков А. С., Малай И. М., Семёнов В. А. Государственный первичный эталон единиц комплексного коэффициента отражения и комплексного коэффициента передачи в волноводных трактах в диапазоне частот от 2,14 до 178,4 ГГц ГЭТ 219-2024. Измерительная техника, 73(7), 4–13 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-7-4-13Bondarenko A. S., Borovkov A. S., Malay I. M., Semyonov V. A. State primary standard of units of complex refl ection coeffi cient and complex transmission coeffi cient in waveguide paths in the frequency range from 2.14 to 178.4 GHz GET 219-2024. Izmeritel`naya Tekhnika, (7), 4–13 (2024). (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-7-4-13Билько М. И., Томашевский А. К., Шаров П. П., Баймуратов Е. А. Измерение мощности на СВЧ. Советское радио, Москва (1976)M. I. Bilko et al. Microwave Power Measurements. Sov. Radio, Moscow (1976).Коудельный А. В., Малай И. М., Матвеев А. И., Перепелкин В. А., Чирков И. П. Разработка комплекса аппаратуры для измерения мощности электромагнитных колебаний высшей точности в диапазоне частот от 78,33 до 118,10 ГГц. Альманах современной метрологии, (2), 25–36 (2021). https://www.elibrary.ru/lussxfKoudelny A. V., Malay I. M., Matveev A. I. et al. Development of a complex of equipment for measuring the power of electromagnetic oscillations of the highest accuracy in the frequency range from 78.33 to 118.10 GHz. Al'manac of Modern Metrology, (2), 25–36 (2021). (In Russ.)Чирков И. П. Перспективные разработки в области измерений мощности электромагнитных колебаний. Метрология в радиоэлектронике. Материалы XII Всероссийской научно-технической конференции. Менделеево, 2021. С. 49–51. ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево (2021). https://www.elibrary.ru/rsrphmChirkov I. P. Promising developments in the fi eld of measuring the power of electromagnetic oscillations. Metrology in radio electronics. Materials of the XII All-Russian Scientifi c and Technical Conference. Mendeleevo, 2021, pp. 49–51. FSUE “VNIIFTRI”, Mendeleevo, 2021. (In Russ.) http://elibrary.ru/rsrphmYuan W., Ma S., Ding S., Ding J., Cui X. A. New calculation method of correction factor for microcalorimeters. IEEE MTT-S International Wireless Symposium (IWS), 1–3 (2021). https://doi.org/10.1109/IWS52775.2021.9499479Yuan W., Ma S., Ding S., Ding J., Cui X. A. New calculation method of correction factor for microcalorimeters. IEEE MTT-S International Wireless Symposium (IWS), 1–3 (2021). https://doi.org/10.1109/IWS52775.2021.9499479Tojima Y., Kinoshita M., Iida H., Fujii K. Calibrating power meters in the 140–220 GHz frequency range using an absolutepower reference calorimeter. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 70, 1–9 (2021). https://doi.org/10.1109/TIM.2020.3036083Tojima Y., Kinoshita M., Iida H., Fujii K. Calibrating power meters in the 140–220 GHz frequency range using an absolutepower reference calorimeter. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 70, 1–9 (2021). https://doi.org/10.1109/TIM.2020.3036083Salek M., Celep M., Weimann T., Stokes D., Shang X., Phung G. N., Kuhlmann K., Skinner J., Wang Y. Design, fabrication, and characterization of a D-band bolometric power sensor. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 71, 1–9 (2022). https://doi.org/10.1109/TIM.2022.3159009Salek M., Celep M., Weimann T., Stokes D., Shang X., Phung G. N., Kuhlmann K., Skinner J., Wang Y. Design, fabrication, and characterization of a D-band bolometric power sensor. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 71, 1–9 (2022). https://doi.org/10.1109/TIM.2022.3159009Judaschke R. H., Perndl W., Kuhlmann K. and Rühaak J., Thermoelectric power transfer standards for V- and W-band. Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), 1–2 (2016). https://doi.org/10.1109/CPEM.2016.7540613Judaschke R. H., Perndl W., Kuhlmann K. and Rühaak J., Thermoelectric power transfer standards for V- and W-band. Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), 1–2 (2016). https://doi.org/10.1109/CPEM.2016.7540613Celep M., Phung G. N., Ziadé F., Stokes D., Rühaak J., Kuhlmann K., Allal D. WG29/WR7 Band thermoelectric power sensor characterization using microcalorimetry technique. 2022 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium – IMS 2022, 876–879 (2022). https://doi.org/10.1109/IMS37962.2022.9865569Celep M., Phung G. N., Ziadé F., Stokes D., Rühaak J., Kuhlmann K., Allal D. WG29/WR7 band thermoelectric power sensor characterization using microcalorimetry technique. 2022 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium – IMS 2022, 876–879 (2022). https://doi.org/10.1109/IMS37962.2022.9865569Cui X., Yuan W., Ding S., Liu X., Liu J., Allal D. Key comparison CCEM.RF-K27.W of RF power from 50 GHz to 75 GHz in rectangular waveguide. Metrologia, 60(1A), 01001 (2023). https://doi.org/10.1088/0026-1394/60/1A/01001Cui X., Yuan W., Ding S., Liu X., Liu J., Allal D. Key comparison CCEM.RF-K27.W of RF power from 50 GHz to 75 GHz in rectangular waveguide. Metrologia, 60(1A), 01001 (2023). https://doi.org/10.1088/0026-1394/60/1A/01001Матвеев А. И. Волноводные термисторные ваттметры оконечного типа в диапазоне частот 16,7–37,5 ГГц. Измерительная техника, (1), 58–61 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-1-58-61Matveev A. I. End-of-line waveguide thermistor power meters in the frequency range 16.7–37.5 GHz. Measurement Technique, 65(1), 65–69 (2022). https://doi.org/10.1007/s11018-022-02049-wScott J. B., Low T. S., Cochran S., Keppeler B., Staroba J., Yeats B. New thermocouple-based microwave/millimeterwave power sensor MMIC techniques in GaAs. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 59(2), 338–344 (2011). https://doi.org/10.1109/TMTT.2010.2087346Scott J. B., Low T. S., Cochran S., Keppeler B., Staroba J., Yeats B. New thermocouple-based microwave/millimeterwave power sensor MMIC techniques in GaAs. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 59(2), 338–344 (2011). https://doi.org/10.1109/TMTT.2010.2087346

The authors declare that there are no conflicts of interest present.