Еталон напруженості електричного поля в діапазоні вище 30 МГц

У діапазоні частот вище 30 МГц для відтворення одиниці напруженості використовується метод еталонної антени. В основі вибору типу антени лежать такі критерії: близькість характеристик реальної конструкції до розрахункової моделі; простота зв'язку вимірюваної електричної величини на виході антени (струму або напруги) з параметром електричного поля, що вимірюється, гарні поляризаційні показники. В еталоні Росії як антену використовують напівхвильовий диполь [23]. Напруженість електричного поля встановлюється на основі розрахункових параметрів диполя, а також вимірювання напруги (струму) в диполі і його опору.

Спрощену структурну схему еталона наведено на рис. 6.14.

Випромінююча антена збуджується генератором НВЧ. До складу еталонного вимірювача входять дипольні антени з термоперетворювачем (типу ТВБ), що працюють на ряді фіксованих частот у діапазоні від 30 до 1000 МГц, і вимірювач постійного струму. Крім того, до складу еталона входять допоміжні випромінювачі і засоби вимірювання частотних коефіцієнтів перетворювачів.

Відтворення одиниці напруженості електричного поля (В/м) ґрунтується на застосуванні рівняння

, (6.5)

де – високочастотний струм в антені, який вимірюється за допомогою термоперетворювача; – опір випромінювача еталонної антени; – опір термоперетворювача; – діюча довжина антени; – частотний коефіцієнт еталонної антени.

Вимірювання напруженості здійснюється еталонними антенами на відстанях і висотах, кратних напівхвилі випромінювання , де = 2, 3,…... Еталонні антени встановлюють і орієнтують за допомогою спеціальних координатних пристроїв.

Вимірювання струму здійснюється методом заміщення відомим значенням постійного струму на виході термоперетворювача (аналогічно еталону змінного струму). Одночасно вимірюється значення при даному струмі. Частотний коефіцієнт термоперетворювача вимірюють за допомогою каліброваного болометричного перетворювача ( який має дуже малу частотну залежність до частоти 1000 МГц), а коефіцієнт для еталонної антени з термоперетворювачем у цілому визначають розрахунково-експериментальним способом з урахуванням і . Діюча довжина також визначається розрахунково-експериментальним методом.

НСП еталона обумовлена такими складовими:

- похибкою визначення коефіцієнта ;

- похибками визначення і , а також неточністю настройки антени в резонанс;

- взаємним впливом передавальної і приймальної антен, а також навколишніх предметів і Землі.

Оцінка НСП в еталоні Росії становить (1,5 – 2)·10^-2, СКВ – 5·10^-3.

При передачі розміру одиниці рівень сигналу на виході генератора підтримується постійним, а еталонний вимірювач напруженості замінюється на вимірювач, що повіряється. Різниця показань останнього і значення , розрахованого за формулою (6.5), являє собою похибку вимірювача, що повіряється (або поправку до його показань). Еталонна антена і антена вимірювача, що повіряється, встановлюються й орієнтуються за допомогою спеціальних координатних пристроїв. Неідентичність антен і розбіжність їхньої установки стосовно випромінюючої антени – джерела домінуючих складових похибок передачі розміру одиниці. СКВ передачі в еталоні Росії оцінюється в (1-2)·10^-2.

В 1994 р. у Росії затверджено єдиний комплекс еталонів одиниці напруженості електричного поля в діапазоні частот 0,0003 – 1000 МГц (рис. 6.15), до складу якого входять три установки:

на базі плоского конденсатора;

на базі чотирьохпровідної лінії;

на базі біконичних антен.

Рис. 6.15. Державний спеціальний еталон напруженості

електричного поля в діапазоні частот 0,0003 – 1000 МГц

Еталон має такі метрологічні характеристики:

діапазон вимірювань, В/м 0,2 – 10;

СКВ ( 0,5·10^-2;

НСП () 1,5·10^-2.