47. Измерение мощности методом поглощающей стенки.

Этот метод относится к тепловым методам. В тепло превращается только часть мощности, проходящей в нагрузку. Конструктивно это достигается выполнением одного из участков линии передачи в виде термочувствительного резистивного элемента с потерями. В простейшем случае термочувствительный элемент (энтракометр) представляет собой поглощающую пленку из платины, встроенную в боковую стенку волновода (рисунок 3.7). При поглощении мощности пленка нагревается и изменяет свое сопротивление.

Энтракометр включается в схему моста, с помощью которого измеряется . Перед измерением (без мощности) мост уравновешивается изменением . При подаче мощности, часть ее поглощается пленкой, она нагревается, изменяет свое сопротивление и мост разбалансируется. Величина разбаланса будет пропорциональна . Для обеспечения термокомпенсации на внешней стороне волновода помещают аналогичную пленку, также включаемую в схему моста вместо одного из резисторов R в смежном плече.

Ваттметры с обычными энтракометрами позволяют измерять малые и средние уровни мощности. В ваттметрах большой мощности наружная поверхность энтракометра охлаждается проточной жидкостью, расход которой учитывается при определении .

Особенностью ваттметров с поглощающей стенкой является зависимость их показаний от соотношения амплитуд падающей и отраженной волн и их фаз, т.е величины – погрешность рассогласования.

При длине поглощающего элемента (энтрокометра), равной целому числу длин полуволн, погрешность, обусловленная рассогласованием, не зависит от места расположения энтракометра относительно нагрузки и от фазы коэффициента ее отражения и может быть определена по формуле:

(3.11)

Так при

Если это условие не выполняется, то возрастает. Однако в любом случае, так как носит систематический характер и всегда положительна, то ее можно исключить, введя к показаниям прибора поправочный множитель

(3.12)

Как видно из приведенных соотношений, чтобы определить и необходимо знать величину и его частотную зависимость в диапазоне рабочих частот ваттметра, что не всегда возможно.

Эти ваттметры применяются в основном для встроенного контроля в широком частотном диапазоне до десятков ГГц (от частоты показания не зависят).

Недостатки: большая погрешность измерений ±(15-25)% и большая инерционность.

Достоинства: простота и высокая надежность.

Кроме рассмотренных методов в последнее время начинают находить все большее применение методы измерения с использованием эффекта Холла и пондеромоторный.

48. Принцип работы стробоскопического осциллографа.

а) Общий принцип работы стробоскопического осциллографа

Стробоскопическим осциллографом называется осциллограф, использующий для получения изображения формы сигнала упорядоченный (или случайный) отбор мгновенных значений исследуемого сигнала и осуществляющий временное преобразованием этого сигнала. Таким образом, принцип работы стробоскопического осциллографа основан на измерении мгновенных значений повторяющихся сигналов, которые осуществляются с помощью коротких, так называемых, стробирующих импульсов (стробимпульсов) напряжения. Этот принцип позволил разрешить два противоречивых требования – широкая полоса пропускания и высокая чувствительность, благодаря чему стробоскопические осциллографы нашли широкое применение при исследовании формы колебаний СВЧ и периодических импульсных сигналов нано и пикосекундной длительности.

Принцип работы стробоскопического осциллографа наглядно можно пояснить с помощью временных диаграмм, приведенных на рисунке 6.7:

Исследуемый сигнал (рисунок 6.7,а) и стробимпульсы (рисунок 6.7,б), длительность которых много меньше , поступают одновременно на стробоскопический смеситель, содержащий диодную ключевую схему и устройство кратковременной памяти (в виде зарядного конденсатора). Ключевая схема открывается только на время действия стробимпульса, а зарядный ток конденсатора зависит от суммарного напряжения, воздействующего на диод. Таким образом, приращение напряжения на конденсаторе будет определяться соотношением полярностей и амплитуд исследуемого сигнала и стробимпульса. Так как амплитуда стробимпульса постоянна, то выходной импульс смесителя оказывается промодулированным по амплитуде мгновенным значением сигнала, соответствующим моменту поступления стробимпульса. Кроме того, этот импульс расширяется во времени, т.к. после запирания диода конденсатор разряжается через резистор с большим сопротивлением (рисунок 6.7,в).

Если организовать временной автоматический сдвиг стробимпульсов относительно начала сигнала, то это приведет за счёт периодичности сигнала к появлению на выходе стробоскопического смесителя последовательности расширенных импульсов напряжения, огибающая амплитуд которых будет повторять форму сигнала (рисунок 6.7,в). Эта последовательность импульсов, в свою очередь, будет циклически повторяться. Временной автосдвиг стробимпульсов будет обеспечен, если (рис/ 6.7,б)

, (6.5)

где Т – отрезок времени, называемый шагом считывания, на который сдвигается строб-импульс относительно начала сигнала при каждом его повторении. Схема временного автосдвига – важнейший функциональный узел любого стробоскопического осциллографа, входящий в состав устройства стробоскопической развертки.

Выделяя огибающую расширенных импульсов, можно получить аналоговый сигнал, идентичный по форме исследуемому, но значительно «растянутый» (трансформированный) во времени. Этот сигнал может быть усилен относительно узкополосным усилителем и воспроизведен на экране обычной ЭЛТ. Таким образом, если исследуемый сигнал имеет периодичный характер, то стробоскопический осциллограф не только позволяет решить поставленную задачу, но и может быть спроектирован на обычной элементной базе. Это следует квалифицировать как принципиальное преимущество стробоскопических осциллографов по сравнению со скоростными.

Временное преобразование исследуемого сигнала при стробировании принято характеризовать коэффициентом трансформации масштаба времени

,где n – число точек считывания сигнала.

, т.е. (6.6)

Поскольку стробирование исследуемого сигнала приводит к дискретизации измерительной информации (путем взятия и запоминания выборок сигнала), необходимо всегда знать минимально необходимое число точек считывания сигнала . С учетом теоремы Котельникова может быть оценено по формуле , где – верхняя граничная частота спектра .

На практике выбор значения n диктуется разными соображениями и прежде всего удобством наблюдения сигнала на экране ЭЛТ. Поэтому, как правило, n > (так называемый нормальный режим работы устройства стробоскопической развертки), но в некоторых случаях (например, при медленных развертках, когда детали формы сигнала не имеют принципиального значения) может быть n < _. Можно ещё более растянуть временной масштаб, если считывание будет осуществляться после пропуска некоторого числа m периодов сигнала, т.е. вместо необходимо обеспечить , что увеличивает практически в m раз.