5.1.5. Меры индуктивности.

Меры индуктивности используются так же, как и меры емкости как для целей измерения индуктивностей тока и в составе мер добротности, резонансных контуров и в тех же диапазонах частот. В качестве мер индуктивности применяются проволочные катушки, намотанные на каркасе. Номиналы мер индуктивности для радиодиапазона . Погрешность мер индуктивности в радиодиапазоне 0,05 % считается очень хорошей.

5.1.6. Меры мощности шумового излучения.

Воспроизведения единицы мощности шумового (теплового) электромагнитного излучения мерами основано на фундаментальном физическом законе излучения абсолютно черного тела (закон Планка), который описывает распределение интенсивности теплового излучения в зависимости от частоты (длины волны). Поскольку в радиодиапазоне , то распределение энергии Е по спектру достаточно хорошо описывается законом Рэлея-Джинса

, (5.4)

который для действующего напряжения шумов в полосе частот Δf нагретого резистора R в полосе частот Δf, представляется формулой Найквиста

или , (5.5)

где k – постоянная Больцмана, с - скорость света, Т - абсолютная температура, f – частота излучения, Δf - полоса частот, и - мощность шумов генератора и мощность, выделяемая на согласованном резисторе.

Исходные (эталонные) меры шумового излучения представляют собой нагретый до температуры Т резистор, у которого измеряется его абсолютная температура, а коэффициент отражения минимален. Для коаксиальных высокочастотных трактов резистор - согласованная (неотражающая) нагрузка – расположен в коаксиале. В волноводном тракте резистор – это согласованная нагрузка чаще всего в виде поглотителя, имеющего форму клина. Для калибровки радиометрических приемников, у которых входные каскады исполняются в виде малошумящих усилителей, температура резистора устанавливается на уровне кипящего жидкого азота, а для измерения предельно малых значений мощности шумов применяют и тепловые генераторы шума, начиная с температуры жидкого гелия.

Рабочие меры (рабочие эталоны) ограниченной точности изготавливают на основе диодных (вакуумных и полупроводниковых) и газоразрядных генераторов шума. Мощность, излучаемая такими генераторами шума, определяется сравнением с тепловыми, то есть расчетными, генераторами шума.

Наименьшая погрешность тепловых генераторов шума с излучателями при температурах жидкого азота составляют ≈ 1 ˚С. Поэтому отношения мощностей шумового излучения для разности температур излучателей ≈ 200 ˚С могут быть измерены в лучшем случае с погрешностью . Такие погрешности реализуются в исходных эталонах. Хорошие рабочие эталоны имеют обычно погрешность .

5.1.7. Меры волнового сопротивления и коэффициента отражения.

Наилучшие условия передачи энергии электромагнитного излучения обеспечиваются в режиме бегущих волн, то есть в отсутствии неоднородностей в линии (пространстве) передачи. Такие условия реализуются, например, в однородном бесконечном изотропном пространстве с неизменными значениями диэлектрической и магнитной проникаемости – в вакууме. Однако, передача (канализация) энергии в технических устройствах производится в линиях со стандар­тизированными значениями волновых сопротивлений. Стандартизуются поперечные размеры только волноводов прямоугольного сечения и волноводы с определенными значениями волновых сопротивлений. Ввиду чрезвычайной практической важности контроля отличий волновых сопротивлений реальных волноводов от идеальных меры волнового сопротивления и отношений волновых сопротивлений необходимы для включения в состав измерителей свойств узлов и устройств на СВЧ.

В качестве исходной меры волнового сопротивления применяют устройства, обладающие свойствами однородного бесконечного волновода без потерь определенного стандартизованного поперечного сечения. Таким устройством является идеально согласованная нагрузка – поглотитель, расположенная в отрезке волновода с нужным поперечным сечением. Погрешность такой меры обусловлена тремя факторами:

• качеством, близостью к идеальным размерам отрезка волновода, изготовленного с минимальными погрешностями по сравнению с заданными размерами;

• качеством поглотителя, который не должен отражать энергии;

• качеством изготовления соединителя.

Однородность волновода проверяется контролем геометрических размеров поперечного сечения по всей длине при помощи специальных инструментов для измерения длин, диаметров наружных и внутренних проводников коаксиалов и их соединителей, качества поверхностей.

Качество поглотителя, как неотражающей нагрузки, проверяется путем его перемещения внутри идеального волновода и наблюдением за постоянством напряженности поля в определенной плоскости поперечного сечения при помощи неподвижного зонда. Если соблюдается режим бегущей волны, то при перемещении поглотителя напряжение на зонде не должно изменяться. Таким методом устанавливают пригодность нагрузки как меры волнового сопротивления и ее погрешность, то есть отличие от волнового сопротивления воображаемого идеального волновода.

В качестве эталонных мер коэффициента отражения используется короткозамыкатель и холостой ход, у которых коэффициент отражения при их идеальном изготовлении. За счет активных потерь в стенках или излучения может быть так, что . Определение для короткозамыкателя разности с минимальной погрешностью является достаточно сложной научной и инженерной задачей, которую решают только для исходных эталонов, с которыми сравниваются все рабочие эталоны – меры коэффициента отражения.

Меры коэффициента отражения создают также для промежуточных значений Г=0,15; Г=0,3; Г=0,5. Набора таких мер обычно достаточно, чтобы откалибровать и проверить погрешность любого прибора, предназначенного для измерений коэффициента отражения. Меры создают на основе расчетных неоднородностей в однородном волноводе. Наиболее распространены меры со ступенчатым измерением (скачками) волнового сопротивления в коаксиале или ступенькой по узкой стенке прямоугольного волновода. За ступенькой помещают неотражающий поглотитель уже в суженном волноводе. Согласование его проверяют тем же методом перемещения относительно неподвижного зонда.

Погрешности воспроизведения значений коэффициента отражения в наилучших мерах для волноводных прямоугольных и коаксиальных трактов обычно составляют около 1%. В рабочих эталонах меньшей точности – .