книги / Электрорадиоизмерения

наличие емкости позволяет уменьшить габариты частото­ мера, т. е. длину линии, так как часть ее можно заменить эквивалентной емкостью. Кроме того, использование в каче­ стве нагрузки линии конденсатора переменной емкости позволяет при нормальных размерах прибора значительно расширить диапазон измеряемых частот.

Возбуждение контуров таких частотомеров осущест­ вляется через внешний штырь, оканчивающийся внутри контура петлей связи. В качестве индикатора резонанса используется детектор с магнитоэлектрическим прибором, связанный с контуром также через петлю связи.

Микрометрическое устройство настройки частотомера градуируется обычно в делениях шкалы, которым соот­ ветствует определенная частота, определяемая по градуи­ ровочным таблицам.

Вследствие высокой добротности используемых конту­ ров резонансные частотомеры с отрезком коаксиальной линии имеют сравнительно большую точность измерения (0,01—0,05%).

Примером резонансного коаксиального частотомера является прибор 42-28, работающий в диапазоне частот 2000-3000 МГц и имеющий погрешность измерения 0,05%.

Упрощенная схема прибора 42-28 приведена на рис. 12-29. Исследуемый сигнал подается непосредственно на вход прибора или через рупорную антенну. Затем через переменный аттенюатор 1 и волноводно-коаксиаль­ ный переход 2 он поступает на резонатор 3, представляю­ щий собой отрезок коаксиальной разомкнутой линии. Настройка резонансной линии осуществляется измене­

Шкала частотомера выполняется в условных делениях и затем уже градуируется по образцовому прибору. Это объясняется тем, что из-за отражения энергии от стенок резонатора в нем образуется электромагнитное поле слож­ ной конфигурации с длиной волны, не равной длине волны в свободном пространстве.

Недостаток частотомеров с объемным резонатором сос­ тоит в одновременном образовании электромагнитных полей различных типов с различной длиной волны. Поэтому частотомеры подобного типа конструируются так, чтобы возможность образования в резонаторе дополнительных, т. е. паразитных, типов волн была наименьшей, что дости­ гается соответствующим способом возбуждения резона­ тора, его размерами и т. д.

Для повышения точности измерения частоты частото­ меров с объемным резонатором пользуются поправочными

частотомера с объемным резонатором состоит в недостаточно высокой точности механизма настройки частотомера, а также малой точности отсчета.

Примерами волноводных частотомеров промышленного типа являются приборы 42-34 — 42-37, работающие в диа­ пазоне частот от 3300 до 10 700 МГц (длина волны примерно от 3 до 10 см). Упрощенная схема таких частотомеров, изо­ браженная на рис. 12-31, состоит из аттенюатора, резона­ тора, детектора Д, усилителя, индикатора и блока питания.

Исследуемые колебания подаются на частотомер через коаксиальный аттенюатор ножевого типа. Колебательный контур частотомера представляет собой цилиндрический объемный резонатор, настраиваемый плунжером. Связь резонатора с П-образным волноводом, в который встроен детектор, и переход*для соединения с аттенюатором осу­ ществляются при помощи щели.

Данным частотомером можно измерять частоту как немодулированных колебаний, так и импульсно-модулиро- ванных. В последнем случае для повышения чувствитель­ ности прибора используется усилитель, выполненный на полупроводниках.

Блок питания прибора представляет собой выпрями­ тель переменного напряжения сети мостового типа. Кроме того, прибор можно питать от отдельного источника посто­ янного тока напряжением 12 В..

Чувствительность частотомера в режима незатухающих колебаний не ниже 200 мкВ/мкА, а гщгр^шность измере­ ний не превышает ± 0,05% .

При измерении длины волны с помощью резонансного частотомера последний может подключаться к тракту исследуемых колебаний различными способами.

Схемы, изображенные на рис. 12-32, иллюстрируют три возможных способа измерения длины волны резонансным частотомером.

вло*

писания

Рис. 12-31. Упрощенная схема волноводных частотоме­ ров типа 42-34 — 42-37.

Первый способ (рис. 12-32, а) — частотомер помещают в электромагнитное поле источника исследуемых колеба­ ний и настраивают его в резонанс, о чем судят по макси­ мальному показанию индикатора. Отметив деления микро­ метрического винта, ищут соседнее его резонансное поло­ жение. По этим двум отсчетам с учетом типа волн в волно­ воде определяют длину волны генератора. Регулировка степени связи осуществляется изменением расстояния между исследуемым источником и частотомером.

Второй способ (рис. 12-32, б) используется, если наг­ рузку исследуемого источника колебаний СВЧ отключать нежелательно, и поэтому элемент связи частотомера включа­ ется непосредственно в линию передачи энергии. При этом частотомер должен потреблять незначительную часть энергии и не вносить в линию заметного рассогласования. В данном случае настройка в резонанс также находится по максимальному показанию индикатора.

Третий способ (рис. 12-32, в) отличается от предыдущих тем, что настройка частотомера в резонанс определяется по минимальному показанию индикатора, включенного в линию передачи после частотомера. Это объясняется тем,

Рис. 12-32. Схемы включения частотомеров СВЧ.

что настроенный в резонанс частотомер максимально пот­ ребляет энергию, уменьшая мощность бегущей волны в пос­ ледующем участке линии передачи. После измерения час­ тоты частотомер нужно расстроить, так как расстроенный частотомер не нарушает нормальной работы передающего тракта.

Гетеродинные частотомеры диапазона СВЧ работают на том же принципе, что и приборы подобного типа радио­ частотного диапазона, но имеют более сложную схему. Это объясняется тем, что конструирование стабильных широкополосных генераторов плавно-переменной частоты очень сложно. Поэтому подобные частотомеры в зависи­ мости от диапазона частот, кроме гетеродина плавной настройки, могут содержать дополнительные генераторы,

делители и умножители частоты, осциллографический визу­

так называемые переносчики частоты, представляющие собой гетеродинные преобразователи частоты и исполь­ зуемые совместно с электронными счетчиками. Примером переносчика частоты промышленного типа является при­ бор 44-26, обеспечивающий перенос частоты исследуемого сигнала из диапазона 0,1—10 ГГц в диапазон 100—220 МГц.

12-5. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ

Измерение мощности на СВЧ имеет особо важное зна­ чение, так как контроль за режимом работы радиоустройств на этих частотах по току и напряжению или затруднен из-за большой погрешности амперметров и вольтметров, или совсем невозможен. Так, например, в сантиметровом диапазоне волн, где используются волноводы и резонаторы и энергия передается в форме электромагнитного поля, измерение тока и напряжения теряет смысл. Следовательно, очень важной величиной, характеризующей режим и эффек­ тивность таких систем, является мощность.

Измерение мощности на СВЧ в большинстве случаев производится теми же методами, что и на радиочастотах, но имеет ряд особенностей вследствие специфики устрой­ ства колебательных систем и линий передачи энергии. При измерении мощности и некоторых других параметров радиоустройств диапазона СВЧ применяются различные специальные вспомогательные устройства, например атте­ нюаторы, ответвители и пр. Некоторые из этих элементов рассмотрены в § 12-2.

Измерение мощности в СВЧ диапазоне производится преимущественно косвенными методами, основанными на превращении измеряемой мощности или части ее в тепло (калориметрический и термисторный методы). Чаще всего применяются ваттметры поглощающего типа, которые слу­ жат для генератора или усилителя искусственной нагруз­ кой. Если необходимо контролировать мощность бегущей волны, передаваемую по волноводу или фидеру, то исполь­ зуются ваттметры, измеряющие проходящую мощность и почти не потребляющие ее.

В зависимости от пределов измерения ваттметры делятся на три группы: измерители большой (10—107 Вт), средней (0,1—10 Вт) и малой (10-1—10'1®Вт) мощности.

По погрешности измерения ваттметры промышленного

вольтметра основано на определении высокочастотного напряжения на известном активном сопротивлении, являю­ щемся согласованным эквивалентом нагрузки для передаю­ щей коаксиальной линии.

На рис. 12-33 изображена простейшая блок-схема такого измерителя мощности. Для уменьшения рассогла­ сования передающей линии с эквивалентом нагрузки

электронный вольтметр обычно подключается не ко всему нагрузочному сопротивлению R n, а лишь к определенной его части R 1. При этом мощность, потребляемая эквива­ лентом нагрузки, определяется по формуле

г2К,Р, — и ” 2

откуда следует, что вольтметр может быть проградуирован непосредственно в значениях средней мощности или же в значениях мощности в импульсе.

Обычно в подобных измерителях мощности использу­ ются пиковые электронные вольтметры, имеющие для повы­ шения чувствительности усилитель постоянного тока или же электронный измерительный мост.

Метод вольтметра применяется в диапазоне метровых и дециметровых волн.

Примером измерителя мощности промышленного типа, использующего метод вольтметра, является прибор МЗ-7,

имеющий следующие основные технические характеристики: диапазон частот 20—200 МГц; основная погрешность изме­ рения не больше ± 20% измеряемой мощности; входное сопротивление прибора 75 Ом; КСВ не более 1,2.

Термисторный метод. Термисторный метод основан на использовании теплоэлектрических свойств термистора. При помощи термисторной головки термистор включен в передающую линию и является ее нагрузкой. Одновре­ менно термистор включен в одно из плеч термисторного измерительного моста постоянного или переменного тока.

Для уменьшения влияния температуры окружающей среды на сопротивление термистора, а следовательно, и на

новка нуля прибора, осуществляется при помощи перемен­ ного резистора R t изменением величины постоянного тока, протекающего через плечи моста. При этом сопротивление термистора Rr изменяется значительно больше сопротив­ ления резисторов R. Кроме того, сопротивления термистора

R1K предназначен для термокомпенсации, т. е. для умень­ шения влияния температуры окружающей среды на пог­ решность измерения. Например, если окружающая темпе­

ратура упадет, то /?х увеличится, создавая разбалансировку моста.

Однако увеличится также и RTк, оказывая меньшее шунтирующее действие на мост. При этом увеличится / 0, а также падение напряжения на мосту, что вызовет воз­ растание тока термистора, а следовательно, и уменьшение # т. В результате сопротивление основного термистора, а также баланс моста перед измерением автоматически поддержи­ ваются примерно постоянными. Однако практически пол­ ную компенсацию в данной схеме получить нельзя.

Если к термистору, включенному в передающую ли­ нию подвести мощность, то происходит разбалансировка моста.

Чем больше подводимая мощность, тем значительней происходит разбалансировка моста, вследствие чего микро­ амперметр |хА можно проградуировать непосредственно в значениях мощности. Такие приборы относятся к группе ваттметров с неуравновешенным мостом.

Иногда для повышения чувствительности неуравно­ вешенного моста его питают звуковой частотой, а в качестве индикатора используют электронный вольтметр с предва­ рительным усилителем низкой частоты.

Причинами погрешности измерения мощности термисторным ваттметром являются:

а) зависимость работы термистора от температуры окру­ жающей среды, которая может быть снижена примене­ нием термокомпенсации;

б) непостоянство напряжения питающего мост источ­ ника, которое может быть уменьшено применением стаби­ лизаторов напряжения;

в) неточное согласование входного сопротивления ватт­ метра с волновым сопротивлением передающей линии; обычно в большинстве термисторных ваттметров КСВ не превышает 1,25—1,5;

г) неточность градуировки ваттметра. Болометрический ваттметр. Болометрический ваттметр

работает на том же принципе, что и термисторный. Примером термисторного волноводного измерителя мощ­

ности промышленного типа является прибор МЗ-2А, а боло­ метрического — МЗ-8А.

Измеритель мощности МЗ-2А имеет следующие основ­ ные параметры: частотный диапазон 7—16,7 ГГц; пределы измерения мощности 0,002—6 мВт; погрешность измере­ ния .9—37%.

Измеритель мощности широкодиапазонный болометри­ ческий МЗ-8А имеет диапазон частот 0,1 —10 ГГц, наиболь­

можно считать не зависящим от частоты до очень высоких частот (сантиметровые и миллиметровые волны), эти при­ боры пригодны для измерения малых мощностей (микро­ ватты и милливатты). Для расширения пределов измере­

согласования калориметра с измеряемым трактом.

Через калориметр протекает вода, разность температур которой на входе и выходе потока измеряется прибором, состоящим из последовательно соединенных термопар и индикатора магнитоэлектрической системы. Расход воды, протекающей через калориметр, определяется водомером.

Мощность Р, поглощаемая калориметром, пропорци­ ональна скорости протекания воды через калориметр v, а также разности температур АТ и может быть определена по формуле