книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники

по одинаковым показаниям индикаторов разностей тем­ ператур At\ = Д^2- При этом .измеряемая высокочастотная

исключаются погрешность измерения скорости потока

j 50гц

Рис. 10-7. Блок-схема калориметрического измерителя мощности с косвенным от­ счетом.

воды и погрешность за счет потерь на теплопроводность. Достоинствами калориметрических измерителей мощ­ ности являются абсолютность метода, точность, широкодиапазонноеть, возможность измерения больших мощ­ ностей. Недостатками являются инерционность прибора,

а также сложность и громоздкость его конструкции.

Измерение проходящей мощности

В ваттметрах поглощающего типа, к числу которых относятся термисторный, фотометрический и калори­ метрический измерители мощности, вся измеряемая мощ­ ность рассеивается на -нагрузочном сопротивлении ватт­ метра. В большинстве случаев эта нагрузка чисто актив­ ная и достаточно хорошо согласованная с выходным сопротивлением генератора, благодаря чему мощность измеряется при наиболее благоприятном режиме.

В реальных условиях нагрузка не всегда является согласованной и мощность, проходящая к нагрузке, бу­ дет равна разности между падающей и отраженной мощностью. Измерение проходящей мощности имеет

261

особо важное значение, так как соответствует реальным условиям работы радиотехнического устройства.

Принцип измерения проходящей мощности основан на ответвлении некоторой части мощности в измеритель­ ное устройство, которое слабо связано с линией переда­ чи и практически не влияет на режим ее работы. Для этой цели может быть использован направленный ответ­ витель.

Простейший направленный ответвитель представляет собой систему двух связанных линий. Одна линия, назы-

Рис, 10-8. Измерение проходящей мощности направленным ответвителем.

ваемая главной, включается в линейный тракт, идущий от генератора к нагрузке. Вторая добавочная линия свя­ зана с главной двумя окнами связи, расположенными на расстоянии четверти длины волны друг от друга (рис. 10-8). Добавочная линия нагружена на согласован­ ную нагрузку и индикатор мощности.

Такая система обладает направленностью, т. е. спо­ собностью реагировать только на волну одного направ­ ления — падающую или отраженную.

Так, если согласованную нагрузку и индикатор мощ­ ности поместить на правом конце добавочной линии, то пути распространения падающей волны к индикатору мощности через оба окна связи будут равны и колеба­

хода, равную половине длины волны, и, следовательно, придут в противоположных фазах. В результате колеба­ ния, возбуждаемые падающей волной, сложатся, а коле­ бания, возбуждаемые отраженной волной, взаимно уни­ чтожатся и индикатор мощности даст показание, про­ порциональное падающей мощности.

Если поместить согласованную нагрузку и индикатор мощности на левом конце добавочной линии, то колеба-

262

ния, возбуждаемые падающей волной, придут через окна связи е разностью хода, равной половине длины волны, и взаимно уничтожатся. Колебания, возбуждаемые отра­ женной волной, придут в одинаковой фазе и сложатся. Таким образом, в этом случае индикатор мощности дает показание, пропорциональное отраженной мощности. По измеренным значениям этих мощностей может быть определена мощность, проходящая к нагрузке, как раз­ ность падающей мощности Рп и отраженной Р0.

Аттенюаторы

Аттенюаторы находят широкое применение при изме­ рении средних и больших мощностей, так как позволяют уменьшать мощность, поступающую от источника коле­ баний в определенном отношении, и измерять ее с по­ мощью прибора, рассчитанного на измерение малой мощности. В диапазоне сверхвысоких частот применяют­ ся аттенюаторы двух основных типов: предельные и по­ глощающие.

Принцип действия предельных аттенюаторов основан на затухании электромагнитных колебаний при распро­ странении их в волноводе с размером сечения меньше критического. При этом колебания будут затухать вдоль волновода по экспоненциальному закону

A i — амплитуда волны на расстоянии /;

а — затухание на единицу длины волновода.

Величина затухания регулируется путем изменения длины волновода, перемещением поршня и отсчитывает­ ся по линейной шкале, нанесенной в децибелах,

Действие поглощающих аттенюаторов основано на сильном затухании электромагнитных волн в материалах с большим коэффициентом поглощения.

10-4. ИЗМЕРЕНИЯ СОГЛАСОВАНИЯ И ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Во всех случаях передачи энергии в высокочастотном тракте от генератора в антенну или от антенны к прием­ нику должно быть предусмотрено надлежащее согласо-

263

вание сопротивлений источника и нагрузки. При этом достигается как наибольшая мощность, излучаемая передатчикам, так и наибольшая чувствительность при­

емного устройства.

волны, степень согласования может быть определена ве­ личиной коэффициента отражения в линии

Для полного согласования р = 0, что соответствует условию Z — W, или

R-\-jX^=W. (10-8)

Для этого реактивная составляющая нагрузки должна

что достигается путем ее компенсации, а активная со­ ставляющая должна быть равна волновому сопротивлению, т. е.

Компенсация реактивнойсоставляющей нагрузки осуществляется путем подсоединения к ней отрезка короткозамкнутой или разомкнутой линии, длина кото­ рой подбирается таким образом, чтобы ее входное со­ противление было равно по величине и противоположно по знаку реактивной составляющей нагрузки. Так, на­ пример, если нагрузка имеет емкостную составляющую, то для ее компенсации должен быть использован отре­ зок линии с входным сопротивлением, эквивалентным индуктивности. Этому условию отвечает отрезок корот­ козамкнутой линии с длиной /|, меньшей четверти длины

264

волны, входное сопротивление которого будет равно: i w t tg рл,

где W1— волновое сопротивление отрезка короткозамкну­ той линии.

Условие компенсации определится соотношением

- / * + /HM gp/1= 0 >

откуда искомая длина отрезка линии

t g р/2

волновое сопротивление отрезка разомкнутой линии. Условие компенсации в этом случае

откуда

Очевидно, что согласование, определяемое условиями (10-11) и (10-12), будет лишь для определенной длины волны К. При этом в нагрузке, подключенной в конце ли­ нии, будет выделяться максимальная мощность, равная мощности, подведенной от генератора к началу линии.

Для получения оптимальной мощности волновое со­ противление линии должно быть равно внутреннему со­ противлению генератора, т. е.

Таким образом, полное согласование, соответствую­ щее выделению максимальной мощности на нагрузке с активным сопротивлением R, подсоединенной к генера­ тору с внутренним сопротивлением г через отрезок ли­ нии с волновым сопротивлением W, определится усло­ вием

Практически более удобно выражать степень согласова­ ния не через коэффициент отражения р, а через коэффи­ циент стоячей волны (КСВ), связанный с коэффициен­ том отражения р зависимостью:

Величина КСВ может быть легко определена экспери­ ментально с помощью измерительной линии, как отно­ шение максимального напряжения стоячей волны в ли­ нии к минимальному

U мин

где С/МИн, Uмакс — минимальное и максимальное напряже­ ния в линии. Очевидно, что степень согласования будет тем лучше, чем ближе КСВ к 1.

Измерительная линия

Измерительные линии служат для определения КСВ и полного сопротивления нагрузки. Измерительная ли-

Рис. 10-10. Измерительная линия.

ния включается последовательно в высокочастотный тракт между генератором и нагрузкой (рис. 10-10). При этом в зависимости от характера и величины нагрузки в линии установится определенное распределение напря-

266

жения (рис. 10-11). Расстояние между соседними пуч­

ного и максимального значений напряжения при опре-

Р и с . 1 0 - 1 1 . Р а с п р е д е л е н и е н а п р я ж е н и я в д о л ь и з м е р и т е л ь н о й л и н и и .

делении КСВ осуществляется перемещением вдоль ли­ нии зонда с индикатором в виде детектора и микро­ амперметра.

При измерении полного сопротивления нагрузки, присоединенной к линии, сначала находят КСВ в линии

TS U m s l KC

К = Т ---- •

С/ мин

Затем, отсчитывая по шкале измерительной линии рас­ стояние х от точки включения нагрузки до первого ми­ нимума напряжения, определяют полное сопротивление по формуле

Я— длина волны;

х— расстояние от точки включения нагрузки до пер­ вого минимума напряжения.

267

На практике активная и реактивная составляющие полного сопротивления определяются обычно с помощью круговой диаграммы.

Измерительные линии применяются для измерения КСВ и полных 'сопротивлений 'в диапазоне частот от 500 до 10 000 Мгц с погрешностью, не превышающей

5—10%.

10-5. ИЗМЕРЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПРИЕМНИКОВ В ДИАПАЗОНЕ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Предельная и абсолютная чувствительность приемника

Для оценки реальной чувствительности радиоприем­ ных устройств необходим учет уровня помех, который в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн опре­ деляется лишь внутренними шумами приемника, так как

мощностью входного сигнала Р, дающего выходную мощность, равную мощности шумов. Поскольку различ­ ные приемники имеют разный уровень шумов, то в каче­

го приемника к мощности шумов условного идеального приемника Ри с такой же полосой пропускания.

За идеальный приемник принимается такой услов­

Шумы, создаваемые антенной, находящейся в тепло­ вом равновесии с окружающей средой, одинаковы с шу­ мами, создаваемыми в эквиваленте антенны, сопротив­ ление которого равно сопротивлению излучения антен-

2 6 8

кы. Таким образом, для идеального приемника входное напряжение, эквивалентное флуктуационным шумам в антенне, определится из соотношения

где е — напряжение, эквивалентное флуктуационным шу­

площади резонансной кривой, а высота равна ординате резонансной кривой при резонансной ча­ стоте f0 (рис. 10-12).

При этом мощность шумов на входе идеального при­

Поскольку в реальном приемнике мощность шумов скла­ дывается из шумов в антенне и внутренних шумов ламп, то мощность шумов реального приемника будет больше мощности шумов идеального приемника.

к мощности шумов идеального приемника, называемое коэффициентом шума:

= 10—15 дб.

2 6 9

Из (10-20) можно видеть, что так как мощность шу­ мов Р пропорциональна полосе пропускания А/, то абсолютная чувствительность приемника, выраженная коэффициентом шума N, не зависит от полосы пропуска­ ния, а определяется величиной kT.

Генераторы стандартных сигналов сверхвысоких частот

Измерение чувствительности приемника в диапазоне сверхвысоких частот может быть выполнено с помощью генератора стандартных сигналов. Основными элемента­ ми ГСС диапазона сверхвысоких частот, так же как и ГСС длинноволнового и коротковолнового диапазона, являются задающий генератор, модулятор, индикатор уровня несущей и аттенюатор. Однако все эти элементы в диапазоне сверхвысоких частот приобретают сущест­ венные качественные отличия.

Для генерации колебаний в дециметровом диапазоне используются лампы специальной конструкции, как, на­ пример, маячковые, у которых электроды и вводы лам­ пы являются одновременно элементами колебательного

стандартных сигналов диапазона сверхвысоких частот, так же как и в резонансных волномерах этого диапазо­ на, используются отрезки коаксиальных линий и объем­ ные контуры.

значительной паразитной частотной модуляцией вслед­ ствие изменения динамической емкости лампы под дей­ ствием модулирующего напряжения. Поэтому в генера­ торах стандартных сигналов сверхвысоких частот полу­ чила широкое применение амплитудная модуляция на­ пряжением прямоугольной волны. При этом высокоча­ стотный генератор в течение одной половины периода генерирует колебания постоянной амплитуды и частоты, а в течение другой половины периода колебания отсут­ ствуют. При такой амплитудной модуляции паразитная частотная модуляция может иметь место лишь в момен­ ты нарастания и затухания колебаний. Если модулирую-

270