12. Методы измерения проходящей мощности: характеристика, достоинства и недостатки.
Проходящая мощность в линии передачи может определяться ваттметрами поглощаемой мощности при отводе в ваттметр определенной части проходящей мощности с помощью направленного ответвителя. Измерять непосредственно проходящую мощность можно с помощью пондеромоторных ваттметров и ваттметров с измерительными преобразователями Холла.
В пондеромоторных ваттметрах используется свойство электромагнитных волн оказывать давление на отражающую поверхность, пропорциональное их мощности. Чувствительным элементом здесь являются пьезоэлемент, конденсаторный микрофон, металлическая пластинка, подвешенная на тонкой кварцевой нити, и др. Измеряемые мощности — от десятков милливатт до десятков киловатт среднего значения.
В ваттметрах с преобразователями Холла используется эффект появления э. д. с. в кристалле полупроводника при воздействии на него магнитного поля. Электродвижущая сила Холла зависит от мощности электромагнитного поля, в которое помещен полупроводник.
13. Методы измерения импульсной мощности: характеристика, структурные схемы, принцип действия.
Прибор предназначен для измерения импульсной мощности в диапазоне частот 30—1000 МГц в лабораторных условиях и в условиях контрольно-ремонтных станций.
Прибор выполнен в виде блока настольного типа. Его внешний вид показан на рис.2.
В приборе используется метод измерения поглощаемой мощности по напряжению на известном сопротивлении нагрузки.
Электрическая принципиальная схема прибора показана на рис.3.
В состав схемы входят нагрузочный резистор, пиковый вольтметр и источник питания.
Нагрузочный резистор R1 типа УНУ-50 выполнен в виде фарфоровой трубки, покрытой снаружи углеродистым слоем, один конец которого соединен с гнездом Вход, а другой с корпусом прибора. Резистор имеет экран экспоненциальной формы для согласования сопротивления резистора в диапазоне частот.
Пиковый вольтметр собран по автобалансовой схеме и включает пиковый детектор (Л1, Л2), видеоусилитель (ЛЗ, Л4), детектор видеоимпульсов (левый триод JI6), ламповое реле (правый триод Л6), усилитель постоянного тока Л5 и индикатор (микроамперметр ИП1).
Измеряемая высокочастотная импульсная мощность подводится по кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом к гнезду Вход. С отводов нагрузочного резистора R1 высокочастотное напряжение, ослабленное в 19 и 60 раз, подается для детектирования на диоды Л1 и Л2. В зависимости от установленной шкалы прибора в схему включается либо диод Л1, либо Л2.
Видеоимпульсы, возникающие после детектирования на конденсаторах С2, С4 и С6, поступают на фильтр К4, С17 и вход видеоусилителя.
Схема пикового вольтметра имеет ту особенность, что показания прибора практически не зависят от скважности входных высокочастотных импульсов и смены ламп. Достигается это тем, что на конденсаторе С17 автоматически поддерживается напряжение, близкое к амплитуде высокочастотных импульсов на входе пикового вольтметра
Работа схемы заключается в следующем
Видеоимпульсы усиливаются в двухкаскадном видеоусилителе ЛЗ, Л4 и после расширения в детекторе (на левом триоде Л6) поступают на вход лампового реле (правый триод JI6} Лампа реле закрыта смещением на сетке, подаваемым со специального выпрямителя (минус 11 В), и отпирается входными видеоимпульсами В детекторе на левом триоде Л6 видеоимпульсы несколько расширяются,
что способствует выравниванию времени отпирания лампового реле при различных длительностях высокочастотных импульсов на входе прибора
При отпирании правого триода Л6 конденсатор С17 подзаряжается^ до пикового напряжения видеоимпульсов на входе вольтметра Постоянные времени цепей заряда и разряда конденсатора С17 выбраны такими, что напряжение на нем изменяется незначительно (В частности, сопротивление резистора R28 составляет 10 МОм)
Разница между напряжением на конденсаторе С17 и пиковым значением видеоимпульсов на входе вольтметра колеблется от нуля до нескольких милливольт
Напряжение с конденсатора С17 поступает на вход УПТ (Л5), собранного по мостовой схеме
Левый триод Л5 совместно с резисторами R14, R15 и R16 образует плечо моста с переменным сопротивлением .Три других плеча моста образуются соответственно правым триодом Л5 с резисторами R26, R29, R30, постоянным резистором R19 и переменным резистором R27.
В диагональ моста включается индикатор ИП1 С помощью R27 (ручка Установка нуля) мост балансируется перед измерением
При подаче напряжения на сетку правого триода Л5 мост разбалансируется и стрелка индикатора отклоняется на угол, пропорциональный пиковому напряжению входного высокочастотного импульса Шкала индикатора градуирована в ваттах
Наибольшая чувствительность моста (шкала индикатора 0—5 кВт) получается в том случае, когда в цепь катода левого триода Л5 включен резистор R14 (первое положение переключателя В2в) Уменьшение чувствительности моста (шкала индикатора 0—50 кВт и 0—500 кВт) производится путем подключения резисторов R15, R16 в цепь катода (второе и третье положения переключателя В2в) Полу переменными резисторами R21, R22 и R23, включаемыми в диагональ моста последовательно с микроамперметром, устанавливается чувствительность пикового вольтметра, соответствующая номинальным значениям мощностей каждой из шкал индикатора Непосредственно измерить импульсную мощность можно ваттметром, показанным на рисунке ниже:
Схема болометрического импульсного ваттметра
Исследуемые радиоимпульсы поступают в болометрическую головку через направленный ответвитель, калиброванный по затуханию, основная линия которого, нагружена согласованной нагрузкой. Болометр включен в цепь постоянного тока. Изменение его сопротивления является функцией температуры, которая определяется мощностью, поступающей на болометр.
Если тепловая постоянная времени болометра τб>>τи и период следования импульсов Тс > τб, то температура болометра линейно растет во время импульса и экспоненциально уменьшается в паузе между соседними импульсами.
Напряжение на выходе болометра имеет форму пилообразного импульса, наклон фронта которого — однозначная функция импульсной мощности. Болометр играет роль интегратора, преобразующего прямоугольный радиоимпульс в пилообразный видеоимпульс. Последний пропускается через дифференцирующую цепь, восстанавливающую форму прямоугольного импульса. На выходе дифференцирующей цепи получается видеоимпульс, точно соответствующий по форме огибающей радиоимпульса, подаваемого на болометр. Амплитуда видеоимпульса пропорциональна импульсной мощности СВЧ. Ее измеряют пиковым вольтметром, на входе которого включен видеоусилитель. Шкала вольтметра градуируется в единицах мощности.
В качестве примера измерителя малой импульсной мощности может быть названболометрический ваттметр типа МЗ-12, работающий в диапазоне частот 0,1-3,1 Гц. Он содержит выносные головки типов М5-33 и М5-34 с проволочными малоинерционными болометрами (головки различаются по входному сопротивлению).
Более надежен (менее чувствителен к перегрузкам, чем болометрический ваттметр)электронный импульсный ваттметр.
Схема электронного импульсного ваттметра
Его принцип действия заключается в следующем:
Содержащийся в детекторной головке диод (например, типа 2А107А) детектирует радиоимпульсы исследуемого СВЧ генератора, поступающие на вход головки через аттенюатор.
Амплитуда видеоимпульсов, образующихся на выходе головки, однозначно соответствует измеряемому значению импульсной мощности. Это позволяет градуировать шкалу импульсного ваттметра в единицах мощности. В состав вольтметра входит калибратор — источник калиброванных по амплитуде импульсных сигналов.