7.1. Измерения мощности при высоких и сверхвысоких частотах в закрытых трактах.

Мощность необходимо измерять в волноводах различного поперечного сечения:

• в двухсвязных - коаксиальных и несимметричных полосковых линиях с поперечными сечениями;

• в односвязных - прямоугольных и круглых волноводах с поперечными сечениями.

Поперечные сечения коаксиальных и прямоугольных волноводов и соединители стандартизированы для того, чтобы два элемента, изготовленные на разных предприятиях, могли соединяться друг с другом подобно тому, как все винты и гайки имеют стандартные резьбы, или как для всех зубчатых колес имеются стандартизированные размеры зубьев и их профиль.

Измеряемой величиной является поток П мощности Р[Вт], переносимой в определенном направлении вдоль продольной оси волновода, который выражается как

,

где - плотность потока энергии - вектор Пойтинга в каждой точке поверхности S; - вектор элементарной площадки, а интегрирование производится по любой поверхности c границами по линиям, образованным сечением волновода плоскостью, перпен­дикулярной его продольной оси.

Заметим, что волны при синусоидальном изменении амплитуд во времени могут распространятся в противоположных направлениях - так получается из решения волновых уравнений Максвелла. Поэтому в волноводе конечной длины, с нагрузкой, импеданс которой не равен волновому (характеристическому) сопротивлению волновода, имеются падающие на нагрузку волны и отраженные волны. Соответственно можно говорить о мощности падающей и мощности отраженной (речь идет о мощности падающей волны и мощности отраженной волны).

Если излучение распространяется от генератора к нагрузке Н, то можно говорить о численном значении мощности в любом поперечном сечении волновода, например сечении C, причем о падающей, отраженной и поглощенной справа от C мощности . Очевидно, .

7.2. Принципы и методы измерений. Основные аксиомы.

Человек не имеет органов чувств, воспринимающих разницу двух значений напряженности поля СВЧ излучения, мощностей и т. д. Следовательно, для сравнения неизвестного (измеряемого) значения мощности с другим - известным - ее количеством необходимо целенаправленно преобразовать их в величины, доступные для наблюдения и сравнения. Например, преобразовать энергию ЭМИ, равную с мощностью Р[Вт] за время в тепловую энергию ; затем тепловую энергию превратить в приращение температуры поглотителя ; затем приращение температуры превратить в приращение объема жидкости (как в ртутном градуснике) или в приращение электрического сопротивления ; затем превратить при помощи мостовой электрической схемы в ток диагонали и, наконец, увидеть ток в диагонали, наблюдая отклонение стрелки магнитоэлектрического микроамперметра, через который протекает ток диагонали мостовой схемы. Отсюда формулируем:

Аксиома №1 бесспорна - это закон сохранения энергии при всех превращениях энергии из одного вида в другой.

Аксиома №2. Закон Джоуля-Ленца справедлив для любых электрических токов, в том числе и для токов, наведенных ЭМИ.

Аксиома №3. Мощность СВЧ для измерения всегда целенап­равленно должна превращаться в какую-либо другую величину.

Аксиома №4. Мощности разных источников невозможно суммировать, если колебания не синхронны и не синфазны. Суммируются мощности только одновременно синхронных (с одинаковой частотой) и синфазных (с нулевым фазовым сдвигом) колебаний.