Метод за проширење фреквенцијског опсега еталонирања сензора РФ снаге

Abstract

Teма дисертације је унапређен метод еталонирања радио-фреквенцијских (РФ) сензора снаге у фреквенцијском опсегу испод 10 МHz. Метод подразумева одређивање фактора еталонирања комерцијалних сензора средње снаге, као најбитније карактеристике која се проверава приликом њиховог еталонирања. Критичне тачке у реализацији метода су биле селекција одговарајућег еталона РФ снаге у опсегу ниских фреквенција и постизање прихватљиве мерне несигурности. С обзиром да је један од основних услова истраживања био да се развијени метод реализује применом мерне опреме којом располаже већина метролошких лабораторија из области РФ домена, што подразумева одсуство типичног еталона РФ снаге у поменутом опсегу, одабрани еталон је требало да задовољи различите услове по питању својих метролошких карактеристика. Међутим, изналажење одговарајућег еталона је био неопходан, али не и довољан услов за успешну реализацију метода. Формирање мерног ланца и успостављање таквог мерног поступка који ће обезбедити прихватљиву мерну несигурност, овом истраживању даје посебан значај. Дисертација обухвата анализу постојећих еталона РФ снаге и метода еталонирања сензора РФ снаге, развој новог метода, анализу мерне несигурности и постигнута побољшања метода са резултатима мерења. Побољшање метода се односи на вишеструко смањење мерне несигурности. Валидација метода еталонирања сензора је извршена у Техничком опитном центру Војске Србије, поређењем експерименталних резултата са познатим вредностима фактора еталонирања различитих типова сензора. Реализованим истраживањем успешно је потврђена дефинисана хипотеза дисертације да се може реализовати метод еталонирања сензора снаге у опсегу испод 10 MHz при одсуству одговарајућег еталона РФ снаге са прихватљивом мерном несигурношћу. Крајњи резултат истраживања јесте успостављена следивост РФ снаге у фреквенцијском опсегу испод 10 МHz, на основу које су проширене мерне могућности метролошке лабораторије Техничког опитног центра Војске Србије. Корисницима мерне опреме метод обезбеђује следивост РФ снаге у опсегу ниских фреквенција и смањење несигурности мерења РФ снаге сензорима и до седамдесет процената, корекцијом резултата мерења на основу добијених фактора еталонирања. Различите теоријске и практичне анализе, експериментални резултати и на основу њих донети закључци, спроведеном истраживању дају технички и научни значај за РФ метролологију у целини.

Tema disertacije je unapređen metod etaloniranja radio-frekvencijskih (RF) senzora snage u frekvencijskom opsegu ispod 10 MHz. Metod podrazumeva određivanje faktora etaloniranja komercijalnih senzora srednje snage, kao najbitnije karakteristike koja se proverava prilikom njihovog etaloniranja. Kritične tačke u realizaciji metoda su bile selekcija odgovarajućeg etalona RF snage u opsegu niskih frekvencija i postizanje prihvatljive merne nesigurnosti. S obzirom da je jedan od osnovnih uslova istraživanja bio da se razvijeni metod realizuje primenom merne opreme kojom raspolaže većina metroloških laboratorija iz oblasti RF domena, što podrazumeva odsustvo tipičnog etalona RF snage u pomenutom opsegu, odabrani etalon je trebalo da zadovolji različite uslove po pitanju svojih metroloških karakteristika. Međutim, iznalaženje odgovarajućeg etalona je bio neophodan, ali ne i dovoljan uslov za uspešnu realizaciju metoda. Formiranje mernog lanca i uspostavljanje takvog mernog postupka koji će obezbediti prihvatljivu mernu nesigurnost, ovom istraživanju daje poseban značaj. Disertacija obuhvata analizu postojećih etalona RF snage i metoda etaloniranja senzora RF snage, razvoj novog metoda, analizu merne nesigurnosti i postignuta poboljšanja metoda sa rezultatima merenja. Poboljšanje metoda se odnosi na višestruko smanjenje merne nesigurnosti. Validacija metoda etaloniranja senzora je izvršena u Tehničkom opitnom centru Vojske Srbije, poređenjem eksperimentalnih rezultata sa poznatim vrednostima faktora etaloniranja različitih tipova senzora. Realizovanim istraživanjem uspešno je potvrđena definisana hipoteza disertacije da se može realizovati metod etaloniranja senzora snage u opsegu ispod 10 MHz pri odsustvu odgovarajućeg etalona RF snage sa prihvatljivom mernom nesigurnošću. Krajnji rezultat istraživanja jeste uspostavljena sledivost RF snage u frekvencijskom opsegu ispod 10 MHz, na osnovu koje su proširene merne mogućnosti metrološke laboratorije Tehničkog opitnog centra Vojske Srbije. Korisnicima merne opreme metod obezbeđuje sledivost RF snage u opsegu niskih frekvencija i smanjenje nesigurnosti merenja RF snage senzorima i do sedamdeset procenata, korekcijom rezultata merenja na osnovu dobijenih faktora etaloniranja. Različite teorijske i praktične analize, eksperimentalni rezultati i na osnovu njih doneti zaključci, sprovedenom istraživanju daju tehnički i naučni značaj za RF metrolologiju u celini.

The topic of this dissertation is an improved method for radio-frequency (RF) power sensor calibration within the frequency range below 10 MHz. The method involves the calibration factor determination of commercial RF power sensors, as the most important characteristic, which measures during their calibration. The critical points in the method realization were the selection of the appropriate RF power standard in the low-frequency range and the achievement of acceptable measurement uncertainty. Given that one of the basic conditions of the research was that the developed method be realized with measuring equipment available to most metrology laboratories in the field of RF domain, which implies the absence of a typical RF power standard in the mentioned range, the selected standard had to satisfy various conditions terms of its metrological characteristics. However, the selection of an appropriate standard was a requirement but not a sufficient condition for the successful method implementation. The forming of the measuring chain and the establishment of such a measurement procedure that provided acceptable measurement uncertainty, gave this research a special importance. The dissertation includes the analysis of the existing RF power standards and methods for RF power sensor calibration, the development of a new method, the analysis of a measurement uncertainty, improvement of the achieved method and experimental measurement results. The method improvement refers to the multiple reduction of measurement uncertainty. Validation of the method for power sensor calibration was performed at the Technical Test Center of Serbian Armed Forces, by comparing experimental results with known calibration factor values of different types of sensors. The possibility to realize the method for power sensor calibration in the range below 10 MHz in the absence of an appropriate RF power standard with acceptable measurement uncertainty is the hypothesis of the dissertation, which is confirmed by the successful realization of this research. The final result of the research is the established traceability of RF power in the frequency range below 10 MHz, which lead to the Technical Test Center of Serbian Armed Forces measuring capabilities expansion. The method ensures users the traceability of RF power within the low-frequency range and the reduction of the uncertainty of RF power measurements by sensors up to seventy percent, by applying the correction of measurement results using the obtained calibration factor values. Various theoretical and practical analyses, experimental results and derived conclusions, give the conducted research the technical and scientific importance for RF metrology as a whole.