Векторный анализ в учебном процессе     

Векторный анализ цепей в учебном процессе.

Авторы: Владимир Губа, Олеся Быкова, Александр Савин (г. Томск).

Появление новейших приборов компании «ПЛАНАР» изменило представление о качестве и возможностях анализа сигналов и цепей. В статье приведены основные функциональные возможности и достоинства анализаторов. Представлены курсы учебного процесса, которые можно реализовать на их основе.

Электронные устройства применяются повсеместно и настолько прочно вошли в нашу жизнь, что люди используют их, сами того не замечая: ключ от домофона, банковская карта, аудио-система в автомобиле, сигнализация, микроволновая печь, кофеварка, телефон. Список можно продолжать и продолжать. Электроника есть практически во всём, начиная от детских «говорящих» игрушек и заканчивая системами государственной безопасности. Электронику используют во всех сферах человеческой деятельности. Очень трудно найти пример, где её нет.
Для создания любых электронных устройств необходимы специалисты, умеющие качественно проектировать и производить радиотехнические изделия и системы. Эти люди должны не только разбираться в теории, но и уметь пользоваться современными вычислительными программами и измерительной техникой. Таких специалистов готовят многие высшие учебные заведения страны. В рамках образовательной программы предусмотрены многочисленные практические занятия. В данной статье мы за острим внимание на специализированном оборудовании для учебного процесса.


Самой распространённой измерительной техникой для подготовки специалистов в радиотехнической области являются осциллограф и анализатор спектра – приборы для анализа характеристик сигналов во временной и частотной областях. Эти приборы хорошо изучены и прекрасно зарекомендовали себя в деле. Их постоянно улучшают, приводя в соответствие с уровнем мирового развития электроники. К ним с уважением относятся и инженеры, и преподаватели. Многие студенты имеют к ним доступ для выполнения практических и исследовательских работ. Существуют даже целые курсы по работе с осциллографами и анализаторами спектра. Но как-то в тени остаётся третий прибор из этой линейки, такой же нужный и незаменимый. Это векторный анализатор цепей. Не то чтобы о нём забыли. Принято считать, что прибор этот «сверхточный» и «сверхдорогой», «безумно сложный», «его покупают только крупные компании», «нужно потратить много времени на изучение особенностей работы с ним». Так думают многие преподаватели, из-за чего отказываются от его освоения в ходе учебного процесса. Время идёт, и ничего не меняется, хотя анализаторы цепей есть практически в любой технической компании. И только в этих компаниях новички – бывшие студенты – начинают изучать, как работает векторный анализатор цепей. С этим нужно что-то делать...
Доступные векторные анализаторы цепей существуют, и не стоит думать, что их доступность отражается на технических возможностях: колоссальный опыт инженеров вместе с текущим развитием электроники позволили вывести данные приборы на принципиально новый уровень. Это стало возможным с появлением новейшей серии анализаторов от компании «ПЛАНАР». Эти приборы изменили представление о качестве и возможностях анализа сигналов и цепей.
Компания «ПЛАНАР» выпустила следующие приборы: векторные рефлектометры серии CABAN (см. рис. 2) и компактные портативные анализаторы TR1300/1 (см. рис. 3).



Основное их назначение – измерение комплексных коэффициентов передачи и отражения (Sij элементов матрицы рассеяния) многополюсников [1, 2]. Приборы могут применяться для измерений характеристик оконечных нагрузок, кабелей, радиотехнических модулей и блоков, антенн, причём как в лабораторных, так и полевых условиях. Совместно с внешними антеннами или датчиками они могут быть использованы для анализа различных сред распространения сигналов, изучения вопросов о свойствах объектов в электронной, химической, медицинской и пищевой промышленности. Примеры такого применения – определение удельного коэффициента поглощения (SAR) электромагнитной энергии различными материалами и жидкостями, которые используются при производстве и испытаниях мобильных телефонов, магнитно-резонансных томографов и пр.
В едином компактном металлическом корпусе анализатора установлены: генераторы испытательного и гетеродинного сигналов, аттенюатор регулировки мощности, направленные ответвители, многоканальный приёмник и блок управления на базе сигнального процессора. Они представляют собой радиотехническую систему, в которой можно выделить отдельно группы формирования, приёма, выделения и обработки сигнала.
Приборы имеют простой дружественный интерфейс, не требующий кропотливого изучения, и спо-собны отображать результаты измерений в различных форматах: КСВН, модуль коэффициентов передачи и отражения в линейном и логарифмическом масштабах, фаза коэффициентов передачи и отражения, ГВЗ, импеданс, расстояние до обрыва или повреждения. Расчёт и отображение параметров осуществляются в частотной и временной областях. Программное обеспечение имеет богатый набор функций для более приятной и плодотворной работы с приборами: большое количество одновременно отображаемых графиков, развитая маркерная система для поиска нужных значений по заданному критерию, допусковый контроль, математическая и статистическая обработка, фильтрация, сохранение и восстановление измеренных данных и настройки органов управления. Реализована поддержка следующих режимов работы: управление запуском развертки, преобразование импеданса, исключение или встраивание цепи и временная селекция, что делает приборы мощным инструментом для анализа сигналов и цепей. Работают анализаторы под управлением внешнего компьютера или планшета, которые позволяют ускорить процесс измерений без использования дорогостоящей элементной базы в самих приборах.Огромным преимуществом анализаторов компании «ПЛАНАР» является возможность удалённого управления собственным программным обеспечением пользователя, адаптированным под конкретные приложения. Используя возможности программирования, пользователь может сам выбрать, как применять встроенные источник сигнала и прецизионный многоканальный приёмник для решения измерительной задачи. Удалённое управление осуществляется в соответствии с программной технологией COM/DCOM. Также приборы и их программное обеспечение полностью совместимы с приложениями пакета LabView.
Особое внимание уделено обслуживанию приборов во время их эксплуатации. Так, например, компания «НПК ТАИР» разработала специализированное программное обеспечение для рефлектометров, позволяющее на любом этапе жизненного цикла при-бора просто и недорого проводить требуемые верификационные процедуры, соответствующие мировому уровню развития метрологии.



На рисунке 4 видно, насколько портативными и компактными могут быть анализаторы цепей и как мало пространства требуется для создания одного рабочего места.
С помощью этих приборов можно устраивать курсы, посвящённые векторному анализу цепей, изучению свойств материалов, метрологии и курсы программирования измерительной техники. Изучая математику, физику, химию, биологию или иную науку, студенты могут довериться качественным измерениям, произведённым с помощью описываемого оборудования. Образовательный процесс станет увлекательнее и динамичнее для каждого его участника, появится возможность более интенсивного изучения свойств окружающего нас мира. Наше общество ждёт новых открытий, позволяющих подняться ещё на одну ступень развития выше: новые материалы, новые устройства, новые лекарства. Хочется верить, что люди, окончившие высшие учебные заведения, будут настоящими специалистами, а производители передового оборудования будут стремиться создавать благоприятные условия для творческой и созидательной деятельности.

Литература:

1. Векторный рефлектометр CABAN R54. Руководство по эксплуатации. http://www.planar.chel.ru/Products/Measurement%20 instrument/caban_r54/Manual_Caban_R54_2013-12-19_Rus.pdf/view
2. Векторный анализатор цепей TR1300/1. Руководство по эксплуатации. http://www.planar.chel.ru/Products/Measurement%20 instrument/tr1300/Manual_Obzor_TR1300_2014-01-20_Rus.pdf/view