40. Общие сведения и классификация методов и приборов для измерения мощности

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени. Размерность электрической мощности .

В настоящее время в радиоэлектронике мощность измеряют в пределах от до Вт.

В соответствии с ГОСТ 15094-86 ваттметры образуют подгруппу М и подразделяются в зависимости от назначения на следующие виды;

М2 – ваттметры проходящей мощности;

М3 – ваттметры поглощаемой мощности;

М4 – преобразователи мощности.

Согласно этой классификации существуют два основных вида ваттметров: ваттметры поглощаемой мощности, которые измеряют мощность, которую источник может отдать в согласованную нагрузку; и ваттметры проходящей мощности, измеряющие мощность, которая проходит от источника в нагрузку. Соответственно существуют и две основные схемы включения их в передающий тракт (рисунок 3.1).

Основными узлами ваттметров обоих видов, как видно из рисунка 3.1, являются приемный преобра­зователь (ПП) и измерительное устройство (ИУ). В приемных преобразователях (М5) осуществляется преобразование электромагнитной энер­гии в другой вид энергии, доступный для прямого измерения. Как видно из рисунка 3.1,а приемный преобразователь ваттметра поглощаемой мощности включается вместо реальной нагрузки на выход тракта, т.е. он должен являться эквивалентом согласованной нагрузки и его входное сопротивление должно быть равно характеристическому волновому сопротивлению линии передачи и выходному сопротивлению источника измеряемой мощности.

Рисунок 3.1 _­­– ­­­­­­­­­­Схемы включения ваттметров в передающий тракт: а) – при измерении поглощаемой мощности; б) – при измерении проходящей мощности.

Аналогичное требование предъявляют и к ваттметрам проходящей мощности. Их приемный преобразователь включают в тракт между источником измеряемой мощности и нагрузкой. Следовательно, он не должен нарушать условия передачи мощности по тракту. Это возможно в том случае, когда входной и выходной импедансы ваттметра проходящей мощности тоже равны волновому сопротивлению тракта .

В реальных приборах условия согласования выполняются с некоторым приближением. Степень согласования преобразователя ваттметра с волновым сопротивлением линии передачи характеризуется коэффициентом отражения входа преобразователя

(3.1)

С другой стороны, модуль коэффициента отражения равен отношению мощности отраженной к падающей , т.е.

(3.2)

На практике чаще измеряют и нормируют коэффициент стоячей волны входа преобразователя (КСВ), который связан с коэффициентом отражения соотношением:

(3.3)

По способу преобразования энергии вся совокупность существующих мето­дов измере­ния мощности и соответственно ваттметров дополнительно может быть классифицирована следующим образом

Рисунок 3.2 – Классификация методов измерения мощности и ваттметров по способу преобразования электромагнитной энергии

Важным признаком при классификации ваттметров является характер измеряемого значения мощности. По этому признаку различают

- ваттметры среднего значения мощности;

- ваттметры импульсной мощности.

Наибольшее распространение на практике получили ваттметры, предназначенные для измерения среднего значения мощности непрерывных и импульсно-модулированных колебаний. Под понимается пиковая мощность при практически прямоугольных импульсах:

, (3.4)

где - среднее значение мощности;

- период следования импульсов; - длительность импульсов; - скважность.

Если же огибающая СВЧ импульсов имеет форму отличную от прямоугольной, понятие импульсная мощность становится неопределенным из-за отсутствия четкого определения длительности импульса произвольной формы. На практике значение в таких случаях измеряют на уровне 0,5 от амплитуды, но погрешность определения значения по формуле (3.4) становится большей.

Наконец, важной для практических целей является классификация ваттметров по уровню среднего значения измеряемой мощности .

В зависимости от величины различают:

- ваттметры малой мощности ( 10 мВт);

- ваттметры средней мощности (10 мВт 10 Вт);

- ваттметры большой мощности (10 Вт 10 кВт).

В зависимости от пределов допускаемой основной погрешности ваттметры могут иметь следующее классы точности. Соответственно КСВ на входе приемного преобразователя не должен превышать следующих значений:

	1,0	1,5	2,5		4,0		6,0		10,0		15,0		25,0
	1,1			1,2		1,3		1,4		1,5		1,7