4.4. Измерение проходящей мощности

Как следует из § 4.1, под проходящей мощностью необходимо понимать мощность, рассеиваемую в реальной нагрузке, имеющей комплексный коэффициент отражения Г_н. Таким образом, прохо­дящая мощность (Р_пр) всегда меньше падающей (Р_пад) на значение мощности, отраженной от нагрузки (Р_отр):

Р_пр = Р_пад - Р_тр=Р_пад(1- |Гн|²) (4.15)

Основным достоинством ваттметров проходящей мощности явля­ется возможность контроля Р_пр без отключения реальной нагрузки. Для этого первичные преобразователи ваттметров, включаемые в передающий тракт, как показано на рис. 4.1,6, должны отбирать из тракта лишь незначительную часть мощности и не искажать кар­тину поля в тракте, а также не ухудшать характеристики согласова­ния. Поэтому методы измерения Р_пр классифицируются не только по способу преобразования электромагнитной энергии, но и по типу первичных преобразователей и способу включения их в линию пе­редачи.

4.4.1. Метод с использованием направленных ответвителей и зондов

Применение направленных ответвителей (НО), известных из курса «Антенны и устройства СВЧ», позволяет использовать для измерения Р_пр рассмотренные выше ваттметры поглощаемой мощ­ности. Они включаются во вторичные каналы НО, конструктивно входящих в состав передающего тракта и ориентированных на Р_пад и Р_отр (рис. 4.13). В соответствии со свойствами НО ваттметр

Рис. 4.13. Структурная схема ваттметра Р_пр на на­правленных ответвителях.

во вторичном канале НО1 измеряет мощность Р₁ пропорциональ­ную Р_пад, а ваттметр во вторичном канале НО2 — мощность Р₂, пропорциональную Р_отр. Тогда, согласно (4.15),

,

где S₁ и S₂ - переходные ослабления HO1 и НО2. Как правило, S₁=S₂=S и

Р_пр = (P₁ - P₂)/S (4.16)

При конструировании НО очень часто выбирают значения S в пределах 0,01...0,001 (20...30 дБ). Поэтому в качестве ваттметров P_t и Р₂ можно использовать любые из рассмотренных выше ваттмет­ров малых уровней мощности. При практических измерениях мож­но иметь только один ваттметр, подключая его поочередно к выхо­дам НО1 и НО2, а свободный выход нагружая на согласованную нагрузку. Наоборот, можно дополнить схему рис. 4.13 устройством вычитания (Р₁ — Р₂), что позволит, согласно (4.16), автоматизиро­вать процесс измерения Р_пр.

Разновидностью рассматриваемого метода- является так называемый зондовый метод, когда в передающий тракт вводится элемент связи (зонд), имеющий пренебрежимо малые размеры по сравнению с размерами тракта и не искажаю­щий благодаря этому картину поля. При практических измерениях Р_пр может быть реализована одна из следующих методик.

1. Зонд перемещается вдоль тракта, и фиксируются максимальные и мини­мальные показания ИУ, соответствующие, как известно из теории длинных линий,

U_max =U_пад(1+|Гн|)

U_min =U_пад(1-|Гн|)

откуда, согласно (4.15),

P_пр=( U_max U_min)/W (4.17)

2. В передающий тракт вмонтировано несколько зондов на некотором рас­стоянии друг от друга. Очевидно, в этом случае также можно при выполнении определенных требований реализовать алгоритм, определяемый (4.17). Доказы­вается, что минимальную погрешность измерения Р_пр дает система из 4 зондов, размещаемых на расстоянии 0.25А, (0,25Х_в) друг от друга, причем длина волны в коаксиальном (λ) или волноводном (λ _в) тракте соответствует средней частоте рабочего диапазона. Зонды выполняются в виде полупроводниковых термопар, помещаемых в металлические стержни, вводимые в тракт. При поглощении СВЧ мощности торцевые плоскости термопар нагреваются и на выходе каждой из них появляется термоЭДС. Выходы термопар соединяются последовательно, поэто­му в качестве ИУ применяют вольтметр постоянного тока.

Основными достоинствами рассмотренного метода являются воз­можность использования для измерения больших мощностей ватт­метров поглощаемой мощности малого уровня, а также примени­мость для встроенного контроля Р_пр в различных радиотехнических устройствах. Недостатки метода: большая погрешность измерений и ограниченный частотный диапазон (особенно при применении сис­темы зондов).