Измеритель мощности R&S NRP170TWG с полностью прослеживаемым диапазоном измерений до 170 ГГц.

Технологии в действии

Новаторская работа в диапазоне D

Важная роль калиброванных измерителей ВЧ-мощности.

Назад к обзору журнала

Если новые диапазоны частот планируется использовать в коммерческих целях, для них необходимы калиброванные измерители ВЧ-мощности. Выпущенный в 2023 году измеритель мощности R&S NRP170TWG является единственным прибором на рынке, поддерживающим калибровку в диапазоне D. Компания Rohde & Schwarz теперь также предлагает переходные эталоны для диапазона D, с помощью которых национальные метрологические институты могут прослеживать и передавать измерения ВЧ-мощности.

Диапазон D охватывает частоты от 110 ГГц до 170 ГГц. Отделы НИОКР производителей мобильных устройств и автомобилей в настоящее время проявляют огромный интерес к этому диапазону. Радарные датчики, работающие в диапазоне D, способны обеспечивать ранее недостижимое высокое пространственное разрешение. В отрасли мобильной связи диапазон D является многообещающим кандидатом для 6G.

Для чего требуется прослеживаемость?

Несмотря на то, что появление на рынке коммерческой продукции для диапазона D не ожидается в обозримом будущем, нужно уже сегодня закладывать фундамент для сертификации. Чтобы гарантировать соблюдение установленных законом предельных значений мощности передачи, требуются калиброванные измерители ВЧ-мощности. Необходимо создать эталон, с помощью которого производители испытательного оборудования смогут проводить калибровку измерительных шкал для измерителей мощности и прослеживать их относительно национальных эталонов. Сложная и дорогостоящая процедура создания эталона для диапазона D была завершена в 2023 году.

Рис. 1: Тепловой измеритель ВЧ-мощности R&S NRP170TWG

Рис. 1: Тепловой измеритель ВЧ-мощности R&S NRP170TWG

Прибор R&S NRP170TWG умещается на ладони и весит всего несколько сотен грамм.

Компания Rohde & Schwarz приняла участие в совместном европейском проекте. В число прочих участников вошли Федеральный физико-технический институт Германии (PTB) и метрологические институты других стран. Измерители мощности R&S NRP170TWG были также откалиброваны для диапазона D. Это единственные на рынке измерители ВЧ-мощности с калиброванным диапазоном измерений для частот выше 110 ГГц.

Краткий обзор R&S NRP170TWG

Роль компании Rohde & Schwarz в иерархии калибровки

На рисунке 2 представлен международный принцип, лежащий в основе иерархии калибровки и цепочки калибровки.

Как национальный метрологический институт Германии, Федеральный физико-технический институт PTB обеспечивает возможность проверки ключевых измеряемых параметров с очень высокой точностью. В институте PTB применяются прецизионные испытательные приборы и оборудование для мониторинга измерительной среды. Совместно они образуют национальный эталон. Для ВЧ-мощности национальный эталон состоит из измерителя ВЧ-мощности и микрокалориметра. Более подробная информация о том, как Rohde & Schwarz прослеживает измерения ВЧ-мощности, содержится в публикациях [1] и [2].

Рис. 2: Базовая иерархия калибровки и цепочка калибровки

Рис. 2: Базовая иерархия калибровки и цепочка калибровки

Государственные органы ценой значительных затрат разрабатывают прецизионные национальные эталоны для ключевых измеряемых параметров на основе заданных базовых единиц измерения (единицы СИ). Точность измерений затем передается на производственные предприятия через аккредитованные калибровочные лаборатории.

Аккредитованные калибровочные лаборатории образуют следующий уровень. В Германии за аккредитацию отвечает Немецкий орган аккредитации (DAkkS). Эта организация включает свыше 600 калибровочных лабораторий. В лабораториях применяются эталоны (измерители ВЧ-мощности, для которых точность измерения определяется на основе измерений, прослеживаемых к национальному эталону, а погрешность документируется).

В данной схеме точность измерений передается сверху вниз вдоль иерархии или цепочки калибровки. Погрешность измерении слегка увеличивается с каждым новым звеном в цепочке.

В иерархии калибровки компания Rohde & Schwarz находится непосредственно под институтом PTB. Собственные аккредитованные калибровочные лаборатории Rohde & Schwarz в Меммингене, Мюнхене и Кёльне занимаются обеспечением прослеживаемости относительно первичного национального эталона. Эти лаборатории являются ключевым элементом в нашей калибровочной инфраструктуре и промышленном обеспечении качества.

Отличительные особенности эталонов

Применяемые в аккредитованных калибровочных лабораториях эталоны должны быть совместимы с системами калибровки, которые используются в национальных метрологических институтах. В качестве эталонов можно применять только пассивные измерители мощности на основе термисторов или аналогичной технологии. В промышленности такой тип датчиков уже давно не используется в целях измерений ВЧ-мощности. При этом термисторы по причине своей превосходной долговременной стабильности по-прежнему используются в национальных метрологических институтах.

Рис. 3: Переходный эталон R&S NTS170TWG

Переходные эталоны R&S NTS170TWG в микрокалориметре в Федеральном физико-техническом институте в Брауншвейге

Два переходных эталона R&S NTS170TWG применяются в микрокалориметре в Федеральном физико-техническом институте в Брауншвейге для проведения измерений по принципу замещения постоянного тока. ВЧ-сигнал подается только на активный датчик, тогда как пассивный датчик служит опорным значением.

Переходные эталоны R&S NTS170TWG на снимке крупным планом

Для дифференциального измерения температуры в диапазоне милликельвинов используется тепловая колонка (последовательность переключения тепловых контактов), с помощью которой определяется эффективность датчика мощности. Благодаря своей конструкции переходные эталоны подходят для первичной регрессии в микрокалориметре.

В мире есть всего несколько производителей термоэлектрических измерителей ВЧ-мощности, пригодных для прослеживания измеряемой ВЧ-мощности, и компания Rohde & Schwarz входит в их число. Такие переходные эталоны могут использоваться в качестве эталонов в аккредитованных калибровочных лабораториях. Теперь компания Rohde & Schwarz предлагает переходные эталоны и для диапазона D. Компания вносит значительный вклад в обеспечение качества и промышленное освоение новых диапазонов частот для таких отраслей, как мобильная связь.

Другие публикации на тему прослеживаемости измеряемых ВЧ-параметров

[1] Traceability of RF measurands (прослеживаемость измеряемых ВЧ-параметров). Judaschke, R., NEWS 199 (2009), стр. 28-33. Гостевая статья от Федерального физико-технического института Германии (PTB).

[2] Calibration of the RF power measurand at Rohde & Schwarz (калибровка измеряемой ВЧ-мощности в Rohde & Schwarz). Rösel, G., NEWS 199 (2009), стр. 34-37.

Другие статьи

Знания — залог будущего

Статьи R&S

Знания — залог будущего

Как передача знаний стимулирует будущие инновации

Читать всю статью
Защита критически важных инфраструктур

Статьи R&S

Защита критически важных инфраструктур

Центральная нервная система нашего общества

Читать всю статью
Искусственный интеллект

Статьи R&S

Искусственный интеллект — краеугольный камень нашей вселенной инноваций

Как мощь человеческого и машинного разума помогает делать наш мир более безопасным и объединенным в сеть.

Читать всю статью