Развитие системы обеспечения единства измерений мощности электромагнитных колебаний в области миллиметровых длин волн

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.

1. Перепелкин 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/ouhxrd

2. Коудельный 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.2022-6-3-8

3. Artusio-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.2022.3148705

4. Чирков 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/zgblul

5. 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.2024-2-4-12

6. Бондаренко 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.2024-7-4-13

7. Билько М. И., Томашевский А. К., Шаров П. П., Баймуратов Е. А. Измерение мощности на СВЧ. Советское радио, Москва (1976)

8. 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/lussxf

9. 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/rsrphm

10. Yuan 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/IWS52775.2021.9499479

11. Tojima 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.2020.3036083

12. Salek 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.2022.3159009

13. Judaschke 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.2016.7540613

14. Celep 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/IMS37962.2022.9865569

15. Cui 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/01001

16. Матвеев 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.2022-1-58-61

17. Scott 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