Подготовка к работе

Внимание! Приборы должны быть заземлены. Для подготовки к работе необходимо:

1. тумблер «сеть» поставить в выключенное положение;

2. присоединить кабель питания;

3. переключатель сети – в положение, соответствующее напряжению и частоте в сети;

4. заземлить корпусную клемму;

5. подключить термисторный преобразователь на нужный диапазон частот;

6. переключатель «сопротивление термистора » поставить в положение, соответствующее рабочему сопротивлению преобразователя (240 для М5-40, М5-41, 150 для М5-88, М5-89);

7. ручку «установка нуля», «грубо» повернуть против часовой стрелки до упора, установить механическим корректором стрелку на нуль.

Подготовка к проведению измерений

Для проведения измерений необходимо:

• отжать все клавиши «пределы измерений»;

• включить тумблер «сеть», при этом загорится лампочка;

• переключатель «пределы измерения» в положение 10 мВт и ручками «установка нуля» сбалансировать мост, при этом сигнал СВЧ должен быть выключен.

Проведение измерений

При измерениях на пределах меньше 5 мВт необходимо предварительно сбалансировать мост на пределе 5 мВт, после чего включить последовательно пределы 1,5; 0,5; 0,15 мВт и точно балансировать нуль.

Измеряемая мощность подсчитывается по формуле

P_изм = P_отсч/K_э ,

где P_отсч – мощность, отсчитанная по соответствующей шкале индикатора, K_э- коэффициент эффективности преобразователя.

Для повышения точности рекомендуется провести проверку нуля после того, как была измерена мощность.

При измерении средней мощности импульсно-модулированных колебаний необходимо, чтобы частота следования не была менее 20 Гц. Мощность в импульсе (несущей) определяется по формуле

Р_и = Р_ср/F_и ,

где F – частота следования, _и – длительность импульса, Р_ср – измеренная средняя мощность.

7. Блоки измерительные термоэлектрических ваттметров

В блоках измерительных термоэлектрических и калориметрических ваттметров используются более простые алгоритмы, поскольку преобразователи выдают напряжение, прямо пропорциональное поглощенной мощности СВЧ. Пример структурной схемы приведен на рис.8.

Напряжение термопары усиливается усилителем постоянного тока (УПТ), преобразуется в цифру и выводится на цифровое табло прибора. В зависимости от значения коэффициента преобразования преобразователя необходимо регулировать коэффициент усиления УПТ так, чтобы одно и то же напряжение на выходе УПТ соответствовало бы одной и той же мощности СВЧ. Эту операцию выполняют с применением калибровочной мощности низкой (10 – 30 кГц) частоты. Калибратор НЧ выдает известную строго постоянную НЧ мощность в термопару преобразователя. Коэффициент усиления УПТ регулируют так, чтобы показания индикатора были равны мощности НЧ, выделяемой в термопаре. Блок управления обеспечивает автоматический выбор пределов измерения путем автоматического напряжения на выходе УПТ. Так в принципе устроен блок измерительный Я2М-66 одного из наиболее распространенных семейств ваттметров типов от М3-51 до М3-58.

7. Калибровочные коэффициенты ваттметров

Как следует из предыдущих материалов, блоки измерительные ваттметров СВЧ измеряют непосредственно либо мощность замещения постоянного тока P_зам в термопаре, либо термо-ЭДС термопары, соответствующую определенной калибровочной мощности Р_кал низкой частоты, но не мощность СВЧ непосредственно. При этом предполагается, что существует некоторый постоянный для данной частоты коэффициент, который связывает мощность замещения P_зам или мощность калибровки Р_кал (что в принципе одно и то же) с мощностью СВЧ, падающей на вход преобразователя. Запишем уже известные соотношения

К_э = Р_зам/Р_СВЧ, е_т = const, R_т = const

Образуем произведение и назовем его калибровочным коэффициентом ваттметра. В силу того, что Г иK_э зависят от частоты, имеется зависимость К_к от частоты. Если значение К_к неизвестно, измерять мощность СВЧ невозможно.

Для ваттметров проходящей мощности необходимо точно так же значение калибровочного коэффициента. При этом К_к связывает мощность, падающую на нагрузку, с показаниями ваттметра, то есть К_к = Р_пад/P_зам, где под P_зам уже понимаются просто показания блока измерительного, отградуированного в значениях мощности.

В данной лабораторной работе предстоит определить калибровочные коэффициенты ваттметров поглощаемой и проходящей мощности в контрольных заданиях 6.3, 6.4, 6.5.

7. Погрешности ваттметров СВЧ

Мощность СВЧ чаще всего определяется по формуле Р_СВЧ = Р_зам/К_к. Отсюда следует, что имеются две главные составляющие: погрешность измерения Р_зам и погрешность, с которой известен коэффициент К_к, зависящий от частоты.

Погрешность измерения Р_зам обусловлена следующими факторами: систематическими и случайными составляющими измерения I или напряжения термопары, нестабильностью температуры, напряжения сети и т.п.; систематическими составляющими мощности калибровки Р_кал; конечным разрешением цифровых и аналоговых индикаторов. Погрешность К_к обусловлена неточными измерениями значений коэффициента отражения преобразователей Г, погрешностями калибровки первичных преобразователей по значениям коэффициента эффективности К_э. Заметим, что погрешности значений К_к обычно в 3-4 раза больше, чем погрешности блоков измерительных при верхних пределах измерения ваттметра и примерно одинаковы на нижних пределах измерения (при наименьших измеряемых мощностях).

В данной лабораторной работе предстоит оценить случайные погрешности измерений ваттметра М3-10А при двух уровнях измеряемой мощности.

7. Измерения импульсной мощности

Большинство радиолокационных систем СВЧ работает с импульсно-модулированными сигналами. Поэтому измерения импульсной мощности имеют большое практическое значение. Под импульсной мощностью понимают среднюю за время импульса мощность. Это значение мощности используют для характеристики импульсов прямоугольной формы. В этом случае импульсная мощность и ее среднее значениеза периодповторения импульсов связаны соотношением

,

где - длительность импульса,- скважность последовательности импульсов. На практике измеряют среднюю мощность и по данной формуле определяют. Среднюю мощность измеряют при помощи преобразователей, у которых постоянные времени нагрева чувствительного элемента много больше периода повторения, то есть они являются хорошими интеграторами. Если интегрирующие свойства преобразователей недостаточны, тогда дополнительное интегрирование осуществляется пр помощи измерительного блока. В данной лабораторной работе предстоит измерить среднее значение мощности при модуляции меандром и определить скважность по результатам измерений, считая что.