Opis moich spostrzeżeń i obserwacji mierników mocy MARCONI-6960B, MARCONI-6970 oraz HP-435B wraz z power sensorami.

Miernik mocy MARCONI-6960B umożliwia precyzyjne, laboratoryjne pomiary mocy w.cz. w zakresie częstotliwości od 30KHz do 46GHz oraz poziomów mocy od 100 pW do 25 W w zależności od posiadanych power sensorów. W wariancie rozszerzonym przy pomocy tłumików bądź sprzęgaczy pomiarowych praktycznie bez ograniczeń, np. 1000 KW. Jednym z głównych zastosowań przyrządu jest dokładny pomiar mocy w zakresie mikrofal.

Deklarowana przez AEROFLEX dokładność 0.5% dla miernika mocy MARCONI-6960B prawdopodobnie wynika z niezbyt precyzyjnego, wewnętrznego wzorca mocy 1mW używanego do kalibracji przyrządu, niestabilnego pod wpływem temperatury jak i czasu. Używając zewnętrznego źródła mocy wzorcowej o bardzo wysokiej precyzji, dokładność wskazań miernika mocy MARCONI-6960B oscyluje wokół wartości 0.1%. Po całodobowym wygrzewaniu miernika, w stabilnej temperaturze laboratorium pomiarowego, krótkoterminowo nawet lepiej od 0.1%.

Wewnątrz miernika mocy MARCONI-6960B, fabrycznie zastosowano najgorsze źródło mocy wzorcowej 1 mW 50 MHz z jakim się spotkałem. Wzorzec najbardziej pływa w momencie włączenia ale nawet po wygrzaniu pływa, wprawdzie nie dużo, ale nadal pływa.

 

 

 

 

 

Wpływ czasu wygrzewania na dokładność pomiarów

Natychmiast po włączeniu miernika mocy MARCONI-6960B, błąd wskazań samego miernika, mierząc poziom mocy wcześniej wygrzanego, zewnętrznego, referencyjnego źródła mocy HP to 0.2%, zamiast 1.000 mW wyświetla 1.002 mW, po 15 minutach wygrzewania miernika mocy MARCONI-6960B, wyświetlany wynik to 1.000 mW i już dalej się nie zmienia, niezależnie jak długo prowadzimy pomiary czy 15 minut czy miesiąc czy rok. Warunkiem jest stała temperatura w pomieszczeniu.

Błąd wewnętrznego źródła mocy wzorcowej miernika MARCONI-6960B w momencie włączenia to aż 5% a po 1 min. od włączenia miernika 1%, po 3 minutach 0.5%, po 10 min. odchylenie spada do zera, następnie wzorcowe źródło mocy przechodzi przez zero i znowu błąd rośnie tyle że w dół, by potem wrócić do właściwego poziomu, czyli okolic błędu 0.1% aż po 8 godzinach wygrzewania. Od tej chwili stabilnie utrzymuje ten poziom. Czas stabilizacji źródła mocy wzorcowej aż 8 godzin jest raczej trudny do zaakceptowania. Czas oczekiwania na wymaganą dokładność jak na miernik tej klasy, a także jak na moje potrzeby, jest zdecydowanie zbyt długi.

Moje doświadczenie z miernikami mocy HP-435 wykazują że źródło mocy wzorcowej może być stabilne już od momentu włączenia

Instrukcja zaleca używanie Marconi 6960B po 15 minutach od włączenia. Miernik łącznie z power sensorem potrzebuje 15 min. wygrzewania żeby wyniki odczytów mierzonych sygnałów były wiarygodne. Wewnętrzny wzorzec mocy po 10 min. wygrzewania ma niewielki błąd 0.1%, następnie przechodzi przez zero i ponownie rośnie.

Po upływie ok. 8 godz. wraca ponownie do wartości ok. 0.1% i już tak pozostaje niezależnie od długości czasu pomiaru, można uznać że przestaje pływać.

Kupiłem jeszcze jeden miernik MARCONI 6960B dla weryfikacji wyników moich badań, i wyniki są lepsze. W momencie włączenia poziom mocy źródła wzorcowego to 984 µW a po kilku godzinach pracy 991 µW. A więc błąd poziomu to 1.6% a po wygrzaniu 0.9%, jak widać potrzebna jest kalibracja. Różnica pomiędzy wynikami 0.7%, po kalibracji miernika ten błąd występował by po włączeniu, po wygrzaniu, stabilizował by się na 1mW.

 

Sposób na poprawę dokładności miernika mocy MARCONI-6960B

Lepszy wzorzec 1 mW został użyty w miernikach mocy w.cz. HP-435A oraz HP-435B, zdecydowanie stabilniejszy i dokładniejszy, nie potrzebuje wstępnego wygrzewania, od razu po włączeniu jest gotowy do pracy. Montując źródło mocy wzorcowej z HP435B do wnętrza MARCONI-6960B, czas wygrzewania miernika przed pomiarami to nie więcej niż 15 minut. Przed bardzo dokładnymi pomiarami czas wygrzewania całego zestawu to nie mniej niż 1 godzina.

Referencyjne źródło mocy HP jest precyzyjnym a jednocześnie najbardziej optymalnym źródłem mocy wzorcowej, od razu po włączeniu gotowym do pracy. Ten wzorzec nie wymaga wstępnego wygrzewania, oraz jest najłatwiejszym w dostosowaniu do MARCONI-6960B.

Referencyjne źródło mocy z HP-435 jest zasilane +12 V i -12 V a dioda referencyjna 6.2V jest umieszczona wewnątrz modułu. Napięcia zasilające źródło mocy wzorcowej w MARCONI 6960B to +15V, -15V, -6.2V referencyjne oraz poziom logiczny inhibit +5V. Poziom logiczny inhibit +5V steruje wyłączaniem napięć zasilających generatora, źródła mocy wzorcowej w trakcie zerowania sensora mocy.

Aby dostosować referencyjne źródło mocy wzorcowej z HP-435 do MARCONI-6960B należy:

1. Zredukować napięcia zasilające, zarówno dodatnie jak i ujemne z 15V do 12V
2. Dobudować układ odłączający wzorzec HP 1mW poziomem logicznym inhibit.

Żeby zdjąć zasilanie z generatora w.cz. 1mW na czas zerowania power-sensora, trzeba odłączać zarówno napięcie ujemne, jak i dodatnie.

Różnice konstrukcyjne w zasilaniu i sterowaniu wyłączaniem wzorców mocy podczas zerowania power sensora

Wzorzec wewnętrzny w MARCONI-6960B jest wyłączany na czas zerowania power sensora przez zablokowanie dodatniego napięcia zasilającego wzorzec. Natomiast generator źródła mocy wzorcowej HP-435 jest inaczej skonstruowany i wymaga wyłączania zarówno napięcia dodatniego jak i ujemnego.

Faktyczne, zmierzone poziomy napięć na pinach konektora PL4 na płycie głównej miernika MARCONI-6960B, zasilającego i sterującego źródłem mocy wzorcowej to:

1. +4.90V  dla OFF oraz +19mV dla ON, gdy wzorzec mocy jest włączony.
2. masa
3. -15.02V
4. +14.86V
5. -6.02V
6. NC

Piny 5. i 6. nie będą wykorzystane, wykorzystamy tylko pierwsze 4 piny, czyli: inhibit, masa, zasilanie symetryczne. Natomiast napięcie referencyjne -6.2 V jest wbudowane wewnątrz wzorca HP, więc nie należy go doprowadzać.

Warto zastosować stabilizator monolityczny +12V LE120CD lub LF120ABPT ma wejście „inhibit”. Jako ujemny stabilizator można użyć 79L12, należy dorobić na dwóch tranzystorach sterowanie poziomem logicznym „enable”. Takie rozwiązanie umożliwia wyłączenie napięcia przychodzącego do stabilizatora 79L12 w momencie zaniku napięcia +12V, wtedy zaniknie również napięcie -12V. Dzięki takiemu rozwiązaniu konstrukcyjnemu, przy pomocy jednego poziomu logicznego inhibit, wyłączamy zarówno napięcie dodatnie jak i ujemne zasilające wzorzec.

Prowizorki działają najdłużej

Ja wykonałem ten adapter na jednostronnej, uniwersalnej płytce z laminatu szklano-epoksydowego do montażu przewlekanego, kupionej w sklepie AVT. Zastosowałem elementy do montażu SMD, ścieżki wykonałem z lutowia cynowo-ołowiowego, łącząc a w zasadzie zlewając ze sobą kolejne punkty lutownicze. Taki sposób montażu to „prowizorka” chciałem jak najszybciej uruchomić układ i wypróbować jak moja konstrukcja działa w praktyce. Schemat jest prosty, narysowałem go w kilka minut, wykonałem prowizorycznie na płytce uniwersalnej, działa od pierwszego uruchomienia. Adapter redukuje napięcia symetryczne z +/- 15V do +/- 12V oraz umożliwia blokowanie wejściem „inhibit” wszystkich napięć zasilających wzorzec.

 

Generator wzorcowy z umieszczonym na wierzchu adapterem napięć symetrycznych

Zakres regulacji poziomu mocy wzorcowej źródła HP zawiera się od 0.59 mW do 1.5 mW. Tak szeroki zakres regulacji jest zdecydowanie zbyt duży, utrudnia to precyzyjną korekcję kalibracyjną tego wzorca. Należy ograniczyć ten zakres do obszaru 0.9 mW – 1.1 mW. Równolegle z potencjometrem korekcyjnym należy dolutować rezystor 2K w celu zawężenia zakresu regulacji, jednocześnie zwiększając precyzję regulacji. Rezystor zawężający zakres, powinien być stabilny, np. MŁT 0.125 W lub 0.25 W. Można spróbować z jeszcze mniejszą wartością np. 1K, możliwe że będzie jeszcze lepiej. Ja jednak wybrałem inną drogę, wymieniłem precyzyjny 20 obrotowy potencjometr 2K na 1K. Ta modyfikacja zawęziła zakres regulacji od 0.72mW do 1.15 mW. Precyzja regulacji wzrosła dwukrotnie, nie jest to radykalny wzrost precyzji regulacji, ale lepiej tyle niż wcale.

Wstawienie jeszcze mniejszego potencjometru 500R poprawia precyzję regulacji jeszcze dwukrotnie, ale koniec zakresu regulacji wypada na 1.006 mW.  To nie jest dobre rozwiązanie, zbyt blisko wartości 1.000 mW nie zapewnia odpowiedniego zapasu regulacji. Gdyby kiedyś, z jakiegoś powodu, źródło mocy odpłynęło w dół, nie mielibyśmy możliwości skorygowania odchyłki, więc wróciłem do wartości 1K. Niestety, nie spotkałem potencjometrów precyzyjnych o wartościach pośrednich, pomiędzy 500R a 1K. Wartości 560R, 680R czy 750R, były by optymalne aby precyzyjnie wyregulować ten wzorzec na poziomie 1000µW czyli 1mW. Potencjometr precyzyjny 1K, nie ma wartości optymalnej lecz i tak łatwiej wyregulować poziom 1 mW niż oryginalnym potencjometrem 2K.

Różnice w gniazdach połączeniowych

Wymieniłem też gniazdo wyjściowe SMC na SMB, ponieważ złącze SMB jest używane w wewnętrznym wzorcu w MARCONI 6960B. Następnie należy skalibrować wzorzec na wartość 1 mW z możliwie największą dokładnością porównując do zewnętrznego, precyzyjnego, referencyjnego wzorca mocy. Te drobne modyfikacje wzorca mocy HP, nie wpłynęły negatywnie na ogólnie rozumianą stabilność utrzymywania poziomu 1 mW.

Przygotowanie miernika mocy w.cz. MARCONI-6960B do pomiarów

Przed właściwymi pomiarami należy wygrzać miernik mocy MARCONI-6960B łącznie z podłączoną sondą nie krócej niż 15 minut. Źródło referencyjne mocy powinno być zawsze włączone, jest to sygnalizowane świeceniem żółtej diody LED przy gnieździe N. Należy wybrać zapamiętany właściwy mod pomiarowy klawiszem funkcyjnym RECALL, następnie wybrać z klawiatury klawisz pod którym mamy zapamiętany pożądany setup. Np. model power sensora + tłumik np. 30 dB wraz ze wszystkimi ustawieniami kalibracyjnymi łącznie z zerowaniem. Po wygrzaniu wyzerować power sensor oraz podłączyć do źródła referencyjnego i skalibrować power sensor.

Moje osobiste doświadczenia wskazują, że tak naprawdę wystarczy tylko przywrócić z pamięci ustawienia danego setup’u i od razu mierzy dokładnie. W zasadzie nie potrzeba ani zerować, ani ponownie kalibrować miernika z power-sensorem. Lecz tylko wtedy, gdy mierzymy w tej samej temperaturze pomieszczenia, jaka panowała w momencie zapamiętywania nastaw. Już 1°C różnicy wywołuje zauważalny wpływ na wyniki pomiarów, wpływ ten jest zdecydowanie poniżej deklarowanej przez producenta 0.5% dokładności przyrządu. Wpływ temperatury na power-sensor typ. 6912, czyli stały odpływ wyniku pomiaru to 0.5µW czyli 500nW a więc 0.05% na 1°C. Zaobserwowałem ten wpływ temperatury otoczenia, mierząc 1000 µW z wzorca wewnętrznego. Gdyby temperatura w pomieszczeniu zmieniła się o 10°C, sensor odjechał by o 0.5%, czyli o wartość jaką gwarantuje producent 6960B. Ponowne zerowanie i autokalibracja niwelują do zera takie odchylenie.

Kalibracja mierników mocy za pomocą MARCONI-6960B

Powermeter MARCONI 6960B jest tak dokładnym miernikiem, że możemy go z powodzeniem używać do kalibracji innych mniej dokładnych przyrządów pomiarowych. Warunkiem jest wymiana oryginalnego, wewnętrznego wzorca mocy, na zdecydowanie stabilniejszy, np. z miernika mocy HEWLETT PACKARD model HP-435B.

Przed kalibracją innych mierników za pomocą MARCONI-6960B w przypadku korzystania z wewnętrznego wzorca mocy warto go wygrzewać przez 1 dobę lecz nie mniej niż 8 godzin. Nie warto jednak korzystać z tego wewnętrznego źródła mocy, do kalibrowania innych urządzeń ze względu na małą dokładność tego wzorca, oraz długi czas wygrzewania, lepiej korzystać z zewnętrznego wzorca lub wymienić wewnętrzny wzorzec 1mW, na wzorzec z miernika HP-435, ponieważ to źródło mocy wzorcowej ma rewelacyjną temperaturową stabilność poziomu, zarówno chwilową jak i długoterminową.

Wzorzec HP nie wymaga żadnego wstępnego wygrzewania i jest gotowy do pracy natychmiast po włączeniu. W celu wykonania dokładnych badań i pomiarów stabilności wzorców mocy, należy tak rozkalibrować badane wzorce aby wskazywały np. 9992  a nie 1000 wtedy ostatnia czwarta cyfra ma o rząd wielkości mniejszą wartość a co za tym idzie można badać bardziej precyzyjnie. Przy 1.000 mW ostatnia cyfra wskazuje mikrowaty a w przypadku 999.9 µW ostatnia cyfra to tylko setki nW, więc precyzja odczytów jest dziesięciokrotnie lepsza, pomimo że moc wysyłana przez źródło mocy wzorcowej jest praktycznie identyczna, z dużym zapasem mieszcząca się w zakresie tolerancji przyrządu. Po zakończeniu badań stabilności źródła mocy wzorcowej należy ponownie doregulować wzorzec mocy tak aby wskazywał dokładnie 1.000 mW.

 

Źródło mocy wzorcowej z miernika mocy HP-435B

Źródło mocy wzorcowej HP-435B wykazuje absolutnie doskonałą, termiczną oraz długoterminową, stabilność poziomu mocy wyjściowej. Po niewielkim  przeregulowaniu wzorca w dół, na wartość minimalnie mniejszą od 1 mW tak żeby odczyt wskazywał np. 996.6 µW przy 26°C, najwyższe wskazanie to 997.6 µW przy 70°C a więc odchylenie 1µW czyli 0.1% na 44°C. Dryft temperaturowy na poziomie 0.0023% na 1°C, dwadzieścia trzy dziesięciotysięczne procenta na 1°C lub 23nW na 1°C.

Przy pomiarze 1 mW power sensorem mierzącym do 100 mW, błąd zupełnie niezauważalny. Jak wynika z moich obserwacji, dryft temperaturowy źródła mocy wzorcowej HP, ma nieistotny wpływ na wyniki pomiarów. Zmiana symetrycznego napięcia zasilającego w zakresie pomiędzy +/- 10.74V a +/- 15V nie powoduje żadnych zmian poziomu mocy wyjściowej, dopiero poniżej +/- 10.74V zaczyna spadać moc wyjściowa, a więc wpływ niestabilności zasilania w zakresie +20%  -10% również nie wpływa na stabilność poziomu mocy wyjściowej tego wzorca. Nawet najgorsza stabilizacja, zarówno dodatniego jak i ujemnego napięcia zasilającego wzorzec, nie wpłynie negatywnie na perfekcyjną wręcz precyzję, tego wzorca mocy. Nie trzeba brać pod uwagę jakości stabilizatorów napięcia użytych do zasilania wzorca mocy, każdy, nawet najgorszy, będzie wystarczająco dobry. Drobna asymetria napięć zasilających wzorzec na poziomie +/- 0.5V również nie wpływa na poziom mocy wyjściowej.

 

Hewlett Packard to niekwestionowana jakość

Jest to najstabilniejsze źródło mocy wzorcowej, z jakim do chwili obecnej się spotkałem, a mam bardzo dobrze wyposażoną pracownię pomiarową i żadne inne moje źródło mocy wzorcowej nie może równać się z wzorcami mierników mocy serii HP-435A i B. Ten wzorzec mocy jest gotowy do pracy natychmiast po włączeniu, nie potrzebuje wstępnego wygrzewania. Obserwacje te jednoznacznie wskazują, że źródło mocy wzorcowej 1mW nie wymaga termostatowania oraz charakteryzuje się zdecydowanie lepszymi parametrami od wszystkich mierników mocy jakie tu opisałem. Nie ma nic w tym dziwnego, że stabilność źródła mocy wzorcowej jest zdecydowanie lepsza od samego miernika, ponieważ to jest WZORZEC z którym kalibrujemy miernik.

HP jest jak wino, czym starszy tym lepszy

Nawet po wielu latach użytkowania czy też magazynowania często w bardzo niekorzystnych warunkach (wilgoć, niskie jak i wysokie temperatury) precyzyjnie utrzymuje właściwy poziom mocy wzorcowej 1 mW. Trzy różne mierniki HP w tym 435A i 435B z różnych lat i serii produkcyjnych sprowadzone z różnych krajów, nawet po 20 latach wykazują identyczne poziomy mocy. Przyrządy te były magazynowane w nieznanych mi warunkach klimatycznych i narażone na niskie jak i wysokie temperatury (magazyny przeważnie nie są klimatyzowane a i rzadko ogrzewane) narażane na wstrząsy (przesuwanie, przestawianie, transport itp.) a nadal wszystkie dysponują, dokładnie tak samo 1,000 mW mocy na wyjściach źródeł mocy wzorcowej, to świadczy dobitnie o bardzo wysokiej jakości wzorców mocy stosowanych w miernikach mocy HP-435. Dzięki temu że kupiłem kilka sztuk mierników HP, doszedłem do tych wniosków, bez tego zwielokrotnionego zakupu, dojście do tych wniosków nie było by możliwe.

Niech będzie pochwalony Hewlett i Packard, na wieki wieków 😉

Miernik HP-435 jest wart swojej ceny, choćby dla samego precyzyjnego, referencyjnego źródła mocy wzorcowej. Przyrządy za grube tysiące $$$$ nie zawsze dysponują tak dobrym referencyjnym źródłem mocy jak mierniki HP-435. Analogowe watomierze HP-435, dziś mogą wydawać się nieco archaiczne, wykonane są bardzo solidnie, tam nie ma co się psuć. Jeszcze nigdy nie spotkałem zepsutego watomierza HP-435.

Warto kupić taki miernik, potem może być używany, jako zewnętrzny wzorzec mocy dla porównywania czy wzorce nie rozjechały się. Według moich obserwacji, nie ma takiej możliwości aby dwa mierniki rozjechały się w identyczny sposób. Jeżeli już dochodzi do rozkalibrowania to albo jeden się rozkalibruje, albo obydwa, ale każdy inaczej. Łatwiej trafić 6 w totka niż trafić na dwa mierniki identycznie rozkalibrowane, lub dwa mierniki identycznie źle mierzące, mające taki sam błąd pomiaru.

Ważne wnioski

Wychodząc z tego założenia mam pewność, że jeżeli porównuje ze sobą dwa mierniki a już szczególnie różnych producentów i z różnych lat produkcji a ich pomiary są takie same, oznacza to, że te dwa mierniki są bardzo dokładne.

Warto więc trzymać taki miernik jako dodatkowe źródło mocy referencyjnej, do porównań z miernikiem którego aktualnie używamy. Można go oddać do kalibracji (nie wiem gdzie tego dokonać) i trzymać jako zapasowe źródło mocy wzorcowej.

HP-435 nadaje się do tego idealnie, gdyż jest zupełnie nie wrażliwy na żadne znane mi czynniki zewnętrzne. Nie wpływają negatywnie na HP-435 czynniki takie jak: temperatura, niestabilność napięć zasilających, wstrząsy, zapylenie. Watomierze analogowe w niektórych zastosowaniach są zdecydowanie poręczniejsze np. przy regulacji poziomów i obserwacji maksimum czy minimum. Cyfrowy miernik w takich zastosowaniach gorzej się sprawdza. Cyfrowy miernik, lepiej nadaje się do bardzo precyzyjnego odczytu stanów ustalonych, niż obserwacji zmieniających się poziomów. Obecnie stare analogowe watomierze HP-435 są bardzo tanie, można je kupić bardzo okazyjnie na EBAY za nie wielkie pieniądze. Power-sensory, niezależnie od producenta, HP czy AEROFLEX, nadal utrzymują wysoką cenę, ta tendencja w najbliższych latach raczej się nie zmieni.

 

Wnętrze miernika mocy MARCONI-6960B z widocznym wzorcem mocy od HP

Tak zmodyfikowany miernik mocy MARCONI-6960B stał się dużo dokładniejszym miernikiem. Dzięki tej modyfikacji, może być wykorzystywany jako miernik kalibracyjny, w stosunku do innych mierników mocy.

 

Marconi 6960B z wymienionym wewnętrznym wzorcem mocy na wzorzec z HP-435B, wygrzany nie krócej niż 1 godzinę, następnie wyzerowany i poddany autokalibracji i pozostawiony na długi okres czasu na pomiarze wewnętrznego wzorca mocy, nie zmienia wyniku odczytu nawet po tygodniu czy miesiącu. Cały czas obserwujemy stabilny wynik 1.000 mW, warunkiem jest stała temperatura w pomieszczeniu.

Może dziwić niska stabilność, fabrycznie zamontowanego, wewnętrznego wzorca mocy w mierniku MARCONI-6960B, który sam w sobie jest bardzo dobrym miernikiem. Bardzo dobrym miernikiem, z bardzo złym źródłem mocy wzorcowej. Nasuwa się pytanie czy AEROFLEX nie potrafił zbudować stabilnego wzorca mocy ? Ja ten problem rozwiązałem wymieniając wzorzec, na wzorzec z miernika mocy HP-435B.

 

Samoistna fluktuacja, czyli pływanie góra-dół wyświetlanej wartości

Samoistna fluktuacja, czyli pływanie góra-dół wyświetlanej wartości w ustalonej temperaturze, zawiera się od 9990 do 9993, czyli 0.3 µW. Pływanie samoistne jest co najmniej 13x większe od dryftu temperaturowego na 1°C wzorca mocy HP. Najprawdopodobniej za to pływanie wyniku, jest odpowiedzialny power-sensor, a właściwie jego właściwości fizyczne a nie miernik MARCONI-6960B. Takie czynniki jak, szumy własne sensora oraz pływanie „zera”, ewentualnie sposób uśredniania wyników w mierniku mocy MARCONI-6960B. Amplituda fluktuacji ma wartość 16.7 x mniejszą niż deklarowana przez producenta dokładność przyrządu, nie ma istotnego wpływu na wyniki pomiarów. Zjawisko to ma jednak znaczenie przy pomiarach bardzo małych mocy, mieszczących się na początku zakresu pomiarowego danego power sensora. Warto mieć świadomość co ma wpływ, oraz jak duży jest ten wpływ na stabilność odczytu wyniku pomiaru. Samoistne pływanie odczytu wyniku pomiaru, zauważyłem przy pomiarze 999.3µW, to pływanie jest w granicach 0.3µW czyli od 999.1µW do 999.4µW.

Jeżeli nie da się czegoś pominąć należy tego unikać lub się z tym pogodzić

Przy pomiarach mocy powyżej 1mW, nie widać tego niekorzystnego zjawiska, ponieważ jego wartość dla standardowego power-sensora to 0.3µW czyli 300nW. Przy pomiarach mocy powyżej 1mW, najmniejsza wskazywana wartość to 1µW, więc pomimo że zjawisko nadal występuje, nie można go odczytać. Tak się dzieje, ponieważ wyświetlacz miernika ma tylko 4 cyfry, co jest standardem w miernikach mocy w.cz.

Jedynym sposobem, całkowitego wyeliminowania samoistnej fluktuacji na wskazywany wynik pomiaru, to korzystanie z nie pełnego zakresu dynamicznego power-sensorów. Należy pominąć pierwsze 30 dB i korzystać z ostatnich 20 dB czyli od 1 mW do 100 mW.

Mierząc moce poniżej 1 mW, musimy akceptować zjawisko samoistnej fluktuacji odczytu wyniku pomiaru. Ponieważ samoistna fluktuacja, mieści się zdecydowanie poniżej tolerancji dokładności przyrządu, czyli dużo poniżej 0.5%, nie powinno stanowić to problemu.

Power-sensory tej konstrukcji wykazują najwyższą dokładność od 1 mW do 10 mW, wystarczającą dokładność już od 100µW do 100mW.

 

Czy można jeszcze coś poprawić ?

Można by podjąć dalsze kroki w celu poprawy stabilności przyrządu do poziomu 0.01%

1. Całodobowe wygrzewanie miernika mocy 6960B i power-sensora.

2. Stabilizowanie temperatury w laboratorium pomiarowym.

3. Częste zerowanie i autokalibracja power-sensora.

4. Wielokrotne powtarzanie pomiarów i aproksymacja wyników.

5. Power-sensor warto owinąć taśmą gąbkową w celu odizolowania go od temperatury dłoni.

Podczas odkręcania czy dokręcania sensora, do badanego układu, trzymamy sensor w dłoni która ma temperaturę ok. 36°C, czyli sporo więcej od temperatury otoczenia. Tak wykonana izolacja termiczna, pozornie wygląda mało profesjonalnie ale redukuje problem wpływu termicznego dłoni na power-sensor. Dzięki takiemu zabiegowi nie trzeba czekać kilkunastu minut, aż temperatura sensora wróci do poprzedniego poziomu, zrównując się z temperaturą otoczenia. W tym przypadku HP ponownie jest górą ponieważ sensory HP mają plastikową obudowę nałożoną na część metalową. Dzięki tej bardzo przemyślanej konstrukcji, zjawisko odpływania wyniku odczytu w górę po objęciu ręką sensora, zostało znacząco zredukowane.

Zalecana temperatura pracy mierników mocy MARCONI to 23°C +/- 3°C ale najwłaściwsza do dokładnych pomiarów jest równo 23°C

Meter error ±0.015 dB at 50 MHz, 23°C ±3°C 50 Ω N-Type probe connector Input VSWR <1.01:1  Calibrated to National Standards.

HP podaje dane katalogowe swoich power-sensorów w temperaturze 25°C +/- 3°C.

 

Długotrwałe pomiary laboratoryjne miernikiem mocy MARCONI-6960B

Wpływ temperatury w pomieszczeniu laboratorium na power-sensor przy pomiarach krótko terminowych nie ma żadnego znaczenia. Wystarczy wyzerować i wykonać autokalibrację power-sensora w aktualnej temperaturze otoczenia i od tego momentu możemy dokonywać precyzyjnych pomiarów. Inaczej wygląda sprawa długoterminowego pomiaru stabilności mocy generatorów wzorcowych, gdy nie możemy sobie pozwolić na zerowanie i kalibrowanie power-sensora. Długoterminowe pomiary trwają nierzadko 1 miesiąc lub dłużej i nie można wtedy niczego zerować czy kalibrować. Ze względu na konieczność ograniczenia cyrkulacji powietrza w okolicy stanowiska pomiarowego, do pomieszczenia nie może wpadać światło słoneczne oraz przeciągi. Pomiary długoterminowe powinny być przeprowadzane w laboratorium bez okien i otworów wentylacyjnych, o stałej temperaturze wewnętrznej.

Zanim przejdziemy do właściwego pomiaru długoterminowego, wygrzewamy cały układ tzn. miernik MARCONI-6960B łącznie z podłączonym power-sensorem oraz źródłem mocy mierzonej. Po 24 godzinnym wygrzaniu, kilkukrotnie zerujemy power-sensor oraz przeprowadzamy autokalibrację i od tego momentu możemy przystąpić do pomiaru długoterminowego.

Wpływ temperatury otoczenia na sensor 6912, a więc stały odpływ wyniku pomiaru to 0.5µW czyli 500nW na 1°C mierząc 1000µW. Wpływ ten jest niezależny od samoistnej fluktuacji wyświetlanego wyniku, możemy w każdej chwili wyeliminować go przyciskiem autokalibracji sensora przed pomiarem. Natomiast samoistnej fluktuacji wyniku pomiaru nie można wyeliminować, ponieważ jest ona spowodowana sposobem uśredniania pomiarów przez miernik MARCONI 6960B.

Niestety nigdy nie możemy stosować tej procedury w trakcie pomiaru długoterminowego więc jedyna możliwość wyeliminowania tego zjawiska to:

Pomiary długoterminowe należy przeprowadzać w stałej temperaturze panującej w laboratorium pomiarowym a właściwie w laboratorium wzorcowym.

 

Jak precyzyjnie porównywać źródła mocy wzorcowej ?

Należy przeprowadzić zerowanie power sensora a następnie autokalibrację, dobrze jest wykonać te czynności w stosunkowo wysokiej temperaturze pomieszczenia np. 24°C czy 25°C, następnie obniżyć temperaturę pomieszczenia o 1°C. Taki zabieg spowoduje że zamiast 1.000 mW zobaczymy 999.5 µW. Dobrej jakości źródło wzorcowe nadal ma 1.000mW a my właśnie zaobserwowaliśmy wpływ temperatury otoczenia na wynik pomiaru, odpłynął nam sensor. W typowych zastosowaniach pomiarowych, ponownie przeprowadzilibyśmy autokalibrację w nowej temperaturze pomieszczenia i ponownie zobaczylibyśmy prawidłowy odczyt 1.000 mW. Miernik ponownie nadawał by się do skalibrowanych pomiarów mocy w.cz.

Natomiast nas w tym przypadku interesuje aby widzieć jako ostatnią cyfrę nie 1µW, lecz o rząd wielkości mniejszą wartość 0.1µW. Dzięki takiemu zabiegowi możemy obserwować subtelniejsze różnice pomiędzy poziomami wyjściowymi wzorców mocy poddawanych porównaniu. Dla przykładu wyniki moich wzorców mocy obarczone błędami fluktuacji a więc wyniki uśredniałem:

HP-435A  997.3 do 997.7 średnio 997.5

HP-435B  999.4 do 999.6 średnio 999.5

różnica 2µW czyli 0.2%, tak nie wielki błąd, to bardzo dobry wynik.

Marconi-6960B   999.6 do 1000 średnio 999.8 µW  miernik ma wymieniony wzorzec na HP

Różnica 2.3µW czyli 0.23% do HP-435A to bardzo dobry wynik.

Różnica 0.3 µW a więc 0.03% do HP-435B to rewelacyjny wynik.

 

Usystematyzujmy więc co ma wpływ na dokładność pomiarów miernikiem mocy MARCONI-6960B

1. Stabilność wewnętrznego źródła mocy wzorcowej 1mW jest niska, wystarczy wymienić na wzorzec z HP-435 i zapomnieć o problemie.
2. Wpływ temperatury otoczenia w laboratorium na power-sensor to 0.05% na 1°C, wraz ze wzrostem temperatury wynik również przyrasta. Nie ma to istotnego znaczenia na wynik pomiaru, ponieważ przed pomiarem należy przeprowadzić zerowanie oraz autokalibrację power-sensora. W przypadku pomiarów długoterminowych zamiast zerowania i kalibracji należy utrzymywać stabilną temperaturę otoczenia w laboratorium pomiarowym.
3. Samoistna fluktuacja wyświetlanego wyniku (pływanie góra-dół) w stabilnej temperaturze otoczenia wnętrza laboratorium wzorcowego to 0.3 µW, czyli 300nW. Fluktuacja jest widoczna tylko dla mocy mierzonych poniżej 1 mW, ponieważ ostania cyfra wskazuje wartości w µW a nie nW. Czym mniejsze moce mierzymy tym większy wpływ na dokładność pomiarów mają opisywane tu zależności. Największy wpływ wystąpi przy pomiarach pojedynczych mikrowatów np. 2µW, dla mocy większych od 1mW zjawisko nie wpływa na wynik pomiaru. Początek zakresu pomiarowego sensora mocy to 1µW, aby dokładnie mierzyć tak małe moce, należy użyć innego power-sensora. Dla tak małych mocy należy użyć sensora mierzącego od 100pW do 10µW, czyli od -70dBm do -20dBm.
4. Aby ustrzec się większości opisanych tu zależności, w praktycznych zastosowaniach należy mierzyć moce z zakresu 1 mW do 100 mW. W większości zastosowań wystarczy dokładność pomiarów na poziomie 1%, więc można korzystać z górnych 30dB power-sensora od 100µW do 100mW.
5. Wyżej wymienione zależności mają znaczenie w precyzyjnych i często długoterminowych pomiarach wzorcowych, gdzie wzorcem ma być miernik 6960B.

Powtarzalność wyników to nie to samo co dokładność, lecz też jest bardzo istotna

MARCONI-6960B to przyrząd wysokiej jakości, podstawowa dokładność po kilku minutach od włączenia to 0.5%. Przy prawidłowo wykonanym stanowisku pomiarowym z zachowaniem właściwej procedury pomiarów, powtarzalność wyników jest lepsza niż 0,1%. Po 1 godz. wygrzewania dokładność wzrasta do 0.1% przy częstym zerowaniu power sensora oraz stałej temperaturze 23°C wewnątrz laboratorium. Właściwie nie tyle dokładność co powtarzalność wyświetlanych wyników. Miernik ten jest specyfikowany dla bardzo szerokiego zakresu częstotliwości, posiada bardzo dużą dynamikę poziomów sygnałów wejściowych, bo aż 50 dB. Zakresy mierzonych poziomów od 1µW do 100mW lub 100pW do 10µW zależnie od użytego power-sensora, jednak zawsze jest to 50dB. Zmianie ulegają zakresy poziomów mocy minimalnej i maksymalnej lecz stosunek mocy minimalnej do maksymalnej dla każdego power-sensora to zawsze 50dB.

Przy bardzo dokładnych pomiarach, należy często zerować power-sensor, nawet co minutę, wtedy chwilowo mamy powtarzalność wskazań lepszą niż 0.1%. Takie pomiary przeprowadzamy w warunkach stabilnej temperatury 23°C w pomieszczeniu, po wcześniejszym 1h wygrzewaniu przyrządu. Powtarzalność wskazań 0.1% jest bardzo dobrym wynikiem w pomiarach mocy w.cz. nawet deklarowana przez producenta tolerancja 0.5% jest doskonałym rezultatem. Powtarzalność wskazań może mieć bezpośrednie przełożenie na dokładność pomiarową, pod warunkiem prawidłowej kalibracji dla danego zakresu mocy i częstotliwości. W przypadku kalibracji wewnętrznym, oryginalnym wzorcem 50MHz i 1mW, należy przyjmować dokładność wskazań zgodnie z deklaracją producenta miernika czyli 0.5%. Nawet ta deklarowana przez producenta dokładność 0.5% miernika MARCONI 6960B jest doskonałym wynikiem w aparaturze pomiarowej mocy wielkich częstotliwości.

 

Power-sensory AEROFLEX są dokładniejsze od sensorów HP

Dokładność miernika mocy HP-435B to 1%, natomiast w końcowym zakresie pomiarowym, pomiędzy 10mW do 100mW ta dokładność spada do 5%. Z powodu bardzo szerokiego zakresu mierzonych mocy i zauważalnej nieliniowości przetworników bolometrycznych, w końcowym zakresie pomiarowym pogarsza się precyzja pomiarów. W przypadku power-sensorów AEROFLEX problem został w dużej mierze wyeliminowany poprzez podanie dodatkowego parametru kalibracyjnego LIN FACTOR. Odczytany z obudowy sensora parametr LIN FACTOR wpisujemy do rejestru miernika MARCONI 6960B, miernik automatycznie skoryguje nieliniowość power-sensora.

Pod tym względem MARCONI-6960B zdecydowanie przewyższa miernik HP dlatego, że każdy power-sensor AEROFLEX’a ma podany dodatkowy parametr LIN FACTOR. Parametr ten jest wyznaczony w trakcie produkcji (indywidualnie dla każdego sensora i zapisany na etykietce naklejonej na obudowie). LIN FACTOR wpisujemy do pamięci miernika dla podłączonego sensora a MARCONI-6960B uwzględnia poprawkę korygując wskazanie miernika dla końcowego zakresu pomiaru. Dzięki tej poprawce, w całym zakresie pomiarowym power-sensora, otrzymujemy bardzo dokładne wyniki pomiarów z dokładnością lepszą niż 0.5%. HP tylko informuje w specyfikacji technicznej że w tym zakresie pomiarowym spada dokładność pomiarowa miernika z 1% do 5%.

 

Nie można poprawić tego, czego nie uwzględnił producent w procesie produkcyjnym

Power-sensory HP nie mają podawanego parametru LIN FACTOR, pod względem liniowości zdecydowanie ustępują pola sensorom AEROFLEX. Nie pomoże zastosowanie cyfrowego miernika E4418B, nie może on uwzględnić parametru, który nie został wyznaczony w fabryce, dla każdego sensora. Być może droższe power-sensory serii „E” do mierników mocy HP serii E4418B już ten problem uwzględniają, tego nie wiem. Należałoby poczytać co HP pisze na temat power sensorów serii E. MARCONI-6960B po 24 godz. wygrzewania wykazuje większą precyzję pomiarów niż deklaruje producent, nawet lepszą niż 0.1%.

 

Jakość power sensorów

Kolejnym przykładem wyższości zestawu AEROFLEX są ogólnie lepsze parametry power-sensorów. Sensory AEROFLEX mają szersze zakresy częstotliwości pracy, 30KHz zamiast 100KHz jak w HP, oraz górny 20GHz zamiast 18GHz w HP. Różnice nie są duże, jest zauważalny spadek czułości sensorów HP na 1.8MHz, pomimo że zakres sensora zaczyna się od 100KHz. Tak więc, pomiędzy 100 KHz a 5 MHz należało by wyznaczyć poprawki CF dla power sensorów HP.

W sensorach AEROFLEX’a które pracują od 30 KHz, zjawisko to występuje w znikomym stopniu i znacznie poniżej pasm amatorskich. Używając power sensora AEROFLEX, 1.8 MHz mierzymy z wysoką dokładnością, nie gorzej od wyższych częstotliwości.

Możliwe że dla częstotliwości amatorskich 135KHz czy 472KHz w urządzeniach AEROFLEX też są zauważalne odchyłki i trzeba by wyznaczyć poprawki. Tego nie wiem bo nie sprawdzałem, lecz przy tak małych częstotliwościach, moce można mierzyć dobrym multimetrem. Obecnie można bez problemu kupić mulimetr, mierzący napięcia i prądy true RMS do 1 MHz. Czyli musimy mieć możliwość prawidłowego pomiaru mocy od 1 MHz w górę a to zapewnia power sensor AEROFLEX 6912.

Jeden miernik czy kilka ?

Zaobserwowałem problem którego nie byłem świadomy, wykryłem go TYLKO dzięki temu, że kupiłem tak dużo różnych mierników i power sensorów. Dzięki temu że mam nie jeden a KILKA, to mierzyłem nimi wszystkimi jednocześnie różne moce, w różnych zakresach częstotliwości. Sygnał przed pomiarem został rozdzielony poczwórnym, precyzyjnym rozdzielaczem mocy, pracującym w zakresie częstotliwości od 1 MHz do 500 MHz. Gdyby nie te KILKA mierników, KILKA różnych power-sensorów oraz poczwórny rozdzielacz mocy, nie był bym świadomy bardzo istotnego problemu. Poczwórny rozdzielacz mocy w.cz. to tak naprawdę sumator mocy w.cz. lecz użyty w odwrotnym kierunku. Zarówno do rozdzielania sygnału jak i do sumowania używa się sumatorów mocy w.cz.

 

Problem występuje w trakcie pomiarów mocy na częstotliwościach z początku zakresu pomiarowego, danego power sensora, a więc poniżej 50 MHz. Ten problem dotyczy dokładności pomiarów mocy, za pomocą power sensorów, zarówno HP jak i AEROFLEX, pracujących od 10 MHz. Tak naprawdę, sensory te stosunkowo dobrze pracują od 14MHz, a zupełnie dokładnie od 28MHz. Jeżeli pomiary od 10MHz miały by być dokładne, to trzeba by wyznaczyć poprawki kalibracyjne dla zakresu 10MHz do 25MHz. Poczynając od 28MHz charakterystyka czułości power sensorów jest już płaska. Producenci power sensorów pracujących od 10 MHz, nie opisują poprawek dla częstotliwości poniżej 50 MHz. Poprawki widoczne na obudowach sensorów, są wyznaczane od 50MHz do 18GHz, dół został potraktowany tak, jak by go nie było.

 

Wielcy tego świata pomiarowego w.cz nie wykazali należytej rzetelności w opisach i  etykietowaniu swoich produktów a konkretnie power sensorów.

Według mnie jeżeli tak producenci podeszli do tego zagadnienia, to powinni specyfikować power sensory od 30MHz a nie od 10MHz. Gdy zastanawiałem się nad zakupem swojego pierwszego power sensora, myślałem że taki od 10MHz do 20GHz powinien być najbardziej optymalny. Byłem przekonany że prawdopodobnie jeszcze 7 MHz zmierzy dokładnie, a zarazem sięgnie dalekich GHz. Niestety to było błędne założenie, te sensory dopiero od ok. 28 MHz wchodzą na płaską charakterystykę, 10 MHz wskazują z dużym błędem, natomiast 7 MHz to już jest dramat.

Warto używać sensora 6912, mierzącego od 30KHz do 4.2GHz, jaki i 6910 prawidłowo mierzącego dopiero od 28MHz do 20GHz. Oficjalnie power sensor 6910 jest specyfikowany od 10MHz, pomiary i porównania wykazały, że przy 10MHz jest już duże odchylenie. Te dwa power sensory umożliwiają bardzo dokładnie pomiary o dokładności lepszej niż 0.5% z pokryciem częstotliwości od 30KHz do 20GHz. Większy zakres pokrywa diodowy sensor 6924, od 30KHz do 40GHz, dokładności 5% i poziomie mierzonych mocy od 100pW do 10µW.

 

A może coś alternatywnego, czyżby czarny koń ?

ROHDE&SCHWARZ produkuje power sensory które pracują od DC a więc od prądu stałego, aż do 20 GHz, używane kosztują od 1000€, nowe około 2000$. W sumie wychodzi i tak taniej niż wszystkie moje zabawki razem wzięte, a tam jest to wszystko w jednym. ROHDE&SCHWARZ produkuje również sensory od DC do 110 GHz, te są dużo droższe i mają jakieś „nieludzkie” złącze wejściowe 1 mm. Ja w swojej pracowni opieram się głównie na urządzeniach ze złączami N lub SMA oraz 3.5 mm. Złącze 2.92 mm już robi mi zauważalny problem, natomiast złącze 1mm wykracza po za moją percepcję. W mniej wymagających aplikacjach złącza TNC również mi odpowiadają, natomiast BNC omijam szerokim łukiem. Najprawdopodobniej w nie dalekiej przyszłości zakupię jeden z power sensorów firmy ROHDE&SCHWARZ i wszystko na to wskazuje że powiem „umarł król, niech żyje król”.

Termiczne czujniki mocy mają zastosowanie w przypadku złożonych zadań pomiarowych, gdzie jest wymagana najwyższa dokładność. Tolerują dowolny rodzaj modulacji oraz kształt przebiegu, nie musi być to sinusoida równie dokładnie mierzą przebiegi odkształcone. Charakteryzują się znakomitą dokładnością do zastosowań laboratoryjnych, referencyjnych do prac kalibracyjnych i certyfikacyjnych, są idealnym wyborem do wykonywania dokładnych pomiarów. Te cechy termicznych czujników są szczególnie korzystne w aplikacjach referencyjnych i laboratoriach kalibracyjnych. Doskonałe dopasowanie impedancji redukuje niepewność pomiaru, oraz wszelkie odbicia w źródle sygnału aktualnie mierzonego z przyłączonym czujnikiem mocy spowodowane niedopasowaniem. Aby zminimalizować te odbicia, wszystkie termiczne power sensory są znakomicie dopasowane do wysokich częstotliwości, zmniejszając niedokładność pomiaru.

 

Które power sensory lepsze AEROFLEX czy HP ?

Próby praktyczne wykazały zdecydowanie wyższą dokładność power-sensorów AEROFLEX od sensorów HP. Z moich obserwacji wynika że przewaga jest większa niż wynika to z danych katalogowych. Gdyby jeszcze AEROFLEX zadbał aby na metalowej obudowie sensorów były plastikowe nakładki jak w sensorach HP, to był by ideał. To chyba wszystko czego można oczekiwać od precyzyjnego miernika mocy w.cz.

Pewnym rozwiązaniem problemu może być zaprojektowanie własnej plastykowej okładki i wydrukowanie jej plastikiem przy pomocy drukarki 3D. Dzięki tej dodatkowej osłonie, power sensor po objęciu dłonią nie nagrzewał by się, a pomiar nie odpływał by do góry. Doraźne rozwiązanie problemu to: owinąć power sensor taśmą gąbkową, używanie rękawiczki wełnianej lub polarowej.  Czekanie kilku minut aż temperatura sensora wróci do temperatury panującej w pomieszczeniu, z pewnością nie ułatwia pomiarów i bywa irytujące.

 

Nie szukać problemu tam gdzie go nie ma

Jeżeli zaspokaja nas dokładność pomiaru na poziomie 1% to można w ogóle nie przejmować się izolowaniem sensora od temperatury dłoni. Izolowanie power sensorów od temperatury dłoni ma sens w pomiarach o dokładności dziesiątych części %. Należy też brać pod uwagę możliwość nagrzewania sensora od obiektu mierzonego. Gdyby dochodziło do takiej sytuacji, należy sensor odsunąć od obiektu mierzonego poprzez zastosowanie przedłużacza z dobrego kabla koncentrycznego. W przypadku użycia kabla koncentrycznego do termicznej separacji sensora od obiektu mierzonego należy uwzględnić tłumienie tego kabla na częstotliwości mierzonej. Odcinek kabla koncentrycznego RG-214 długości 1m, zakończony złączami 2x N + beczka N/N żeńska, przy częstotliwości 100MHz wykazuje tłumienie 0.0877392dB. Wydaje się że to bardzo mało, ale tak nie jest, z 10mW robi się 9.8mW czyli przechodzi 98% mocy. A więc straty na tłumienie to aż 2% na tak krótkim odcinku dobrego kabla z fabrycznie zarobionymi złączami N.

Pomiary VSWR power sensorów zarówno HP jak i MARCONI, wykazały że VSWR jest bardzo mały. Pomiary VSWR kształtują się na poziomie 1.01 a czasami 1.02 w bardzo szerokim zakresie częstotliwości, a więc pełny profesjonalizm.

 

Power sensory z wewnętrznymi tłumikami

Power-sensory większej mocy 2W, AEROFLEX i HP zawierają wbudowany tłumik 20dB, kalibrując 1mW sygnał docierający do sondy to 10µW. Tak niski poziom sygnału kalibracyjnego jest nie wiele większy od jej szumów wewnętrznych oraz fluktuacji samoistnej jak i termicznej. Te modele sensorów są trudniejsze w kalibracji, procedurę kalibracji należy powtarzać kilkukrotnie. Kiedyś uważałem że power-sensory 2W są najbardziej optymalne, ze względu na większą dopuszczalną moc wejściową, dziś wiem że się myliłem. Są to najgorsze modele power-sensorów pod względem dokładności, z powodu wbudowanego wewnętrznego tłumika 20dB, którego nie można zdemontować do kalibracji.

Teoretycznie lepiej ponieważ sensor jest kalibrowany razem z tłumikiem z którym na stałe współpracuje. Należy wziąć pod uwagę, że sygnał kalibracyjny z 1 mW spadł do poziomu 10 µW w wewnętrznym tłumiku 20 dB. Ten model sensora tak naprawdę kalibrujemy 10 µW a nie 1 mW, a to jest bardzo niski poziom. Przy tak niskich poziomach zauważa się wpływ różnych czynników i trudno jest precyzyjnie skalibrować. Według moich obserwacji, używając tego power sensora dokładność pomiarów spada do około 1% a w niektórych przypadkach nawet do 3%.

 

Dodatkowym bonusem cyfrowego miernika mocy są pamięci ustawień

Miernik mocy w.cz. MARCONI-6960B posiada 10 pamięci ustawień, jedna to pamięć aktualnych ustawień oraz 9 ustawianych dla konkretnych setup’ów przez użytkownika,

Funkcja STORE zapisuje wszystkie aktualne ustawienia MARCONI-6960B, kalibracyjne power sensora, oraz nastawy z wykorzystaniem przy pomiarach tłumika lub sprzęgacza. STORE zapamiętuje również zerowanie power sensora, autokalibrację 1mW i ewentualną wartość tłumienia czy sprzężenia aż po rodzaj wybranego trybu pomiaru. Funkcja STORE zapamiętuje również załączenie trybów AVG oraz duty cycle a nawet czy jest włączony wzorzec mocy 1 mW. Wszystkie zapamiętywane nastawy oraz kalibracje power sensora, czyli CAL FAKTOR, LIN FAKTOR muszą być wykonywane przy włączonym wzorcu mocy 1mW.

Naciskamy STORE a następnie cyfrę pamięci której chcemy przyporządkować parametry do zapamiętania, w tym momencie zostają zapisane wszystkie możliwe ustawienia.

Funkcja RECALL przywraca zapamiętane ustawienia funkcją STORE, naciskamy RECALL i wybieramy cyfrę przyporządkowaną danym nastawom.

 

Pomiary z wykorzystaniem wstępnego tłumika mocy

Ustawienie tłumienia wstępnego dla pomiarów z wejściowym tłumikiem mocy w MARCONI 6960B wprowadzamy przyciskiem REL. Dzięki tej funkcji miernik automatycznie uwzględnia wartość tłumienia zastosowanego tłumika i wyświetla wynik we właściwych jednostkach, np. 12 KW, pomimo że na wejściu power sensora faktycznie mamy np.12 mW dla tłumika 60dB. Takie ustawienia należy zapamiętać przyciskiem STORE oraz cyfrą porządkową pamięci. W razie potrzeby wykorzystania w pomiarach tego setupu, należy przywrócić z pamięci wcześniej ustawiony setup przyciskiem RECALL i cyfrą porządkową.

Te dwie funkcje bardzo ułatwiają pomiary przy użyciu tłumika, który praktycznie prawie nigdy nie ma zadeklarowanej wartości tłumienia np. 30 dB a przykładowo 29.22 dB. W mierniku mocy Marconi 6960B poprawka na tłumienie tłumika lub sprzęgacza pomiarowego, jest wpisywana przy pomocy klawisza REL. Nie wiem czemu taką dziwną terminologię wybrał AEROFLEX w mierniku 6960B ponieważ HP stosuje prawidłową terminologię. Pomiar relatywny a w języku polskim względny, oznacza wielkość odchylenia od zmierzonej wcześniej wartości poziomu mocy. Aeroflex w mierniku 6960B pomiary z offsetem oznacza jako pomiary relatywne, nie wiem jak to rozumieć. W mierniku mocy 6970 użyto prawidłowej terminologii takiej samej jak w miernikach innych producentów.

 

Pamięć urządzenia ma przewagę nad naszą pamięcią biologiczną

Tłumienie 30dB łatwo zapamiętać w głowie, ale 29.22 dB czyli liczbę czterocyfrową dużo trudniej zapamiętać, szczególnie w dłuższym okresie czasu. Pamięć urządzenia MARCONI-6960B nie ma z tym żadnego problemu, w takim przypadku jest zauważalna pewna przewaga nad pamięcią biologiczną.

Dzięki funkcji pomiaru z offsetem wybieranej klawiszem REL, automatycznie uwzględnia wartość tłumienia zastosowanego tłumika, wyświetlając wynik we właściwych jednostkach mocy. Nie trzeba też w głowie, czy też kalkulatorem przeliczać wyników, miernik mocy MARCONI-6960B robi to automatycznie. Przeliczenie w głowie 30 dB nie stanowi żadnego problemu, ale np. 29.22 dB będzie wymagało użycia kalkulatora naukowego.

Na temat tłumików można poczytać na innej mojej stronie.

 

Lista „moich” indywidualnych 9 setup’ów zapamiętanych w pamięciach MARCONI-6960B których używam w pomiarach mocy, w moim laboratorium pomiarowym.

1. power sensor 6912   30 KHz do 4.2 GHz 1µW do 100 mW max.
2. power sensor 6912 + tłumik 30 dB 30W HP, realnie 30 dB do 3 GHz. Do 3 GHz mam możliwości zdejmowania charakterystyk amplitudowo częstotliwościowych, pewnie dużo wyżej, przecież jest specyfikowany do 18 GHz.
3. power sensor 6912 + tłumik 35.25 dB  R/S 29.22 dB 100W + HP 6.03 dB 2W
4. power sensor 6912 + tłumik 39.07 dB. Złożony z RACAL 26.27 dB 800W + NARDA 10 dB 2W realnie 9.9 dB + NARDA 3 dB 2W realnie 2.9 dB. Całkowicie płasko do 1300 MHz  800W cw, ustawiony ręcznie zakres mocy 5, AUTO wyłączone.
5. power sensor 6912 + tłumik 42 dB  R/S  2.5 KW do 50 MHz. Mój najgorszy tłumik ale bardzo mocny, prawidłowo pracuje tylko do 50MHz. Ustawiony ręcznie zakres mocy 5, AUTO wyłączone w celu max. skrócenia czasu pomiaru.
6. power sensor 6912 + tłumik 29.48 dB  LUCAS WEINSCHEL model 5781  30dB 100W 18GHz. Możliwe że lepszy od R/S 29.22 dB należy go stosować od 1.3GHz do 18GHz ze względu na stosunkowo małą moc.
7. power sensor 6910  10 MHz do 20 GHz 1µW do 100 mW
8. power sensor 6910 + tłumik HP 30 dB 30W, realnie 30 dB do 3 GHz. Do 3 GHz mam możliwości zdejmowania charakterystyk amplitudowo częstotliwościowych, pewnie dużo wyżej, przecież jest specyfikowany do 18 GHz.
9. power sensor 6910 + tłumik 29.48 dB  LUCAS WEINSCHEL model 5781  30dB 100W 18GHz. Możliwe że lepszy od R/S 29.22 dB należy go stosować od 1.3GHz do 18GHz.

Dziesiąta pamięć ustawień

Jest to pamięć ustawień jakie mamy aktualnie wybrane na mierniku. Po ponownym włączeniu miernik włącza się z ustawieniami takimi, jakich ostatnio używaliśmy tuż przed wyłączeniem, ten tryb to PU2. Przyciskając klawisz „POWER UP” możemy wybrać tryb defoltowy PU1, aby po ponownym włączeniu miernik uruchamiał się na „czysto”. Klawisz „POWER UP” służy do przełączania pomiędzy trybami PU1 i PU2. Ja używam trybu PU2, czyli dziesiątej pamięci miernika, dzięki temu zaczynam pracę z takimi samymi ustawieniami jak ostatnio zakończyłem pomiary. W trybie PU2 miernik w trakcie uruchamiania, wczytuje wszystkie ustawienia z dziesiątej pamięci miernika. Dziesiątą pamięć miernika można nazwać pamięcią podręczną czy też roboczą, gdyż jej zawartość to ostatnio wprowadzone ustawienia.

 

Ręczny watomierz Marconi-6970

Marconi 6970 jest mały, lekki, mobilny, ma wewnętrzne zasilanie akumulatorowe. Maksymalną wskazywaną jednostką w Marconi 6970 jest Wat a to dla mnie za mało. Najwyższa bezpośrednio wskazana wartość, to 999.9 Watów a więc 1 KW, tyle że wskazane w Watach. W Marconi-6970 nie ma ikony KW, producent nie zakładał możliwości pomiarów mocy przekraczających 1KW ręcznym watomierzem. Marconi 6960B może wskazywać moc w KW po uwzględnieniu tłumienia zewnętrznego tłumika, czego brakuje w 6970. Jak na urządzenie mobilne, taki zakres pomiarowy jest w zupełności wystarczający, lecz 6960B może wskazać 999.9 KW czyli 1 MW. Nie oznacza to, że nie da się tym miernikiem mierzyć tak samo dużych mocy jak MARCONI 6960B.

MARCONI-6970 może mierzyć również bardzo duże moce, tyle że zamiast mieć na wyświetlaczu np. 24 KW będziemy widzieli np. 24W. Jeżeli jesteśmy świadomi tego co robimy, w niczym nam to nie będzie przeszkadzało, to tylko kwestia interpretacji wyników.

IFR-6970 ma dodatkowo pomiar w Voltach i miliwoltach oraz dBV, co nie jest specjalnie istotne w pomiarach. W razie potrzeby można sobie te jednostki łatwo wyliczyć z prawa Ohma. MARCONI-6970 to bardzo wygodny, mobilny miernik z własnym zasilaniem akumulatorowym, wyposażonym w ładowarkę sieciową, naładowanie wystarcza na długi okres czasu. Marconi-6970 posiada akustyczny alarm przekroczenia zakresu pomiarowego i można go ustawiać zarówno dla dolnej jak i górnej wartości mierzonych mocy.

 

 

Marconi 6970 posiada funkcję pomiaru relatywnego względem wskazywanej wartości oraz funkcję offsetu. Ta funkcja pozwala na dodanie przesunięcia do wartości odczytu LCD. Typowy przykład: pomiar z wykorzystaniem tłumika umieszczonego przed power sensorem, wynik jest automatycznie korygowany o wartość tłumienia zastosowanego tłumika. Aby wprowadzić przesunięcie, naciśnij [SHIFT] [OFF], a następnie wprowadź wartość przesunięcia w dB. naciśnij [ON / ENTER], aby potwierdzić wpis. Tłumik umieszczony przed czujnikiem mocy jest zdefiniowany jako mający ujemną wartość przesunięcia, podczas gdy wzmacniacz wymaga wprowadzenia dodatniej wartości korekcji. Aby użyć aktualnej wartości pomiaru jako wartości odniesienia 0 dB (na przykład, aby zmierzyć dryf poziomu mocy) naciśnij [SHIFT] [OFF] [ON / ENTER]. Po zastosowaniu przesunięcia, zostanie wyświetlony wskaźnik w dB na wyświetlaczu LCD. naciśnij [UNITS], aby wyłączyć funkcję względną dB.

 

Ręczny czy stacjonarny ?

Przewagą MARCONI-6960B nad 6970 jest większa dokładność deklarowana przez producenta, 0.5% zamiast 1% dla 6970 oraz ma 9 pamięci ustawień. O ile MARCONI-6970 jest dokładnym miernikiem mocy w.cz. o tyle 6960B jest miernikiem precyzyjnym. W przypadku korzystania z zewnętrznego źródła mocy wzorcowej, klasy laboratoryjnej. Najlepszym rozwiązaniem jest wymiana wewnętrznego wzorca 1mW, na wzorzec mocy z miernika HP-435, dzięki tej modyfikacji dokładność wzrasta do ok. 0.1 %.

 

Marconi 6960B ma możliwość pomiarów w warunkach mobilnych

Główne zasilanie MARCONI-6960B to trafo sieciowe, następnie mostek prostowniczy, wytwarzające napięcie 14.5V na kondensatorze elektrolitycznym za mostkiem prostowniczym. Wszystkie napięcia są wytwarzane w wewnętrznych przetwornicach zasilanych głównym napięciem 14.5V.

Z tyłu obudowy miernika jest wyprowadzone gniazdo zasilania DC, umożliwiające pracę miernika mocy z napięciami zasilającymi od 11V do 26V. Napięcie z tego wejścia trafia na dodatkową przetwornicę napięcia, która przerabia je na 14V i wprowadza na główny kondensator elektrolityczny. Do tego wejścia można dołączyć zewnętrzny akumulator lub podłączyć pod gniazdo zapalniczki w samochodzie przy pomocy specjalnego kabla.

Dzięki takiemu podłączeniu uzyskujemy miernik z możliwością pracy mobilnej, zarówno z instalacjami 12V jaki 24V, jednym ciągiem, bez przełączania. Nie da się tej mobilności nijak przyrównać do mieszczącego się w dłoni, ręcznego watomierza MARCONI-6970.

MARCONI-6970 mając wbudowany akumulator, pod względem mobilności jest bezkonkurencyjny.

Nawet stary analogowy miernik mocy w.cz. HP-435B posiada jako wyposażenie dodatkowe „opcję oo1” płytkę z wewnętrznym akumulatorem. Gdy jest zasilany z sieci jarzy się neonówka wewnątrz włącznika sieciowego, w pracy z akumulatora ta kontrola nie działa.

 

Marconi-6960B przygotowanie do pomiarów.

Kolejność czynności niezbędnych do wykonania przed właściwymi pomiarami miernikiem mocy MARCONI 6960B.

Z tłumaczenia instrukcji miernika, MARCONI-6970, identyczne procedury obowiązują dla 6960B.

 

1. Wybrać odpowiedni power sensor do pomiaru.
2. Podłączyć power sensor do miernika mocy 6960B przy użyciu kabla dostarczonego z power sensorem.
3. Włączyć urządzenie.
4. Wprowadź współczynnik liniowości czujnika [LIN FACTOR] (0,01 do 15) i potwierdź klawiszem [ENTER].
5. Wprowadź 50 MHz’ owy współczynnik kalibracji sensora [CAL FACTOR] (0,01 na 200) przeważnie w okolicach 98% lecz (każdy sensor ma indywidualnie określony w fabryce ten parametr) i potwierdź klawiszem [ENTER].
6. Upewnij się, że do power sensora nie jest doprowadzona żadna moc, następnie wyzeruj sensor klawiszem AUTO ZERO, można powtarzać kilkakrotnie.
7. Podłączyć sensor do wewnętrznego źródła mocy odniesienia 50MHz, moc 0 dBm czyli 1 mW. lub zewnętrznego wzorcowego źródła mocy odniesienia.
8. Wciśnij klawisz AUTO CAL i poczekaj aż miernik skalibruje się ze wzorcem mocy 1 mW, w razie potrzeby powtarzaj kalibrację.
9. Podłącz sensor do urządzenia którego moc chcesz zmierzyć, przy wyłączonej mocy przyłączonego urządzenia do sensora, powtarzaj zerowania klawiszem AUTO ZERO. Gdy zauważysz na wyświetlaczu LCD najmniejszy możliwy wynik, zaprzestań procedury zerowania. Na tym etapie miernik mocy w.cz. 6960B jest prawidłowo wyzerowany, teraz należy przystąpić do kalibracji power sensora.

Kalibracja power sensora

Wprowadź współczynnik kalibracji power sensora odpowiadającego częstotliwości na jakiej będzie prowadzony pomiar mocy w.cz. lub w zakresie mikrofal.

Współczynnik kalibracyjny [CAL FACTOR] może przyjmować wartości w zakresie od 0,01 do 200 jednak przeważnie znajduje się w okolicach od 100 do 90% zgodnie z wykresem umieszczonym w tabelce naklejonej na sensorze.

Po wprowadzeniu współczynnika kalibracyjnego, watomierz 6960B wraz z power-sensorem, gotowy jest do bardzo precyzyjnych pomiarów mocy na wcześniej wybranej częstotliwości.

Lista artykułów szczegółowo opisujących profesjonalne mierniki mocy w.cz. w tym mikrofal oraz akcesoriów pomocniczych

https://www.youtube.com/watch?v=fe3swTO7HfQ

https://www.youtube.com/watch?v=OgZPRQEsKEo

https://www.youtube.com/watch?v=habD4xwyiyE

https://www.youtube.com/watch?v=HNyadUxXnUw

https://www.youtube.com/watch?v=xKeXSx32-lI

https://www.amt.pl/pl/faq/cty/pomiary-w-cz-i-mocy