ного тракта через калиброванный направленный ответвитель в измеритель поступает небольшая часть электромагнитной энергии, а основная часть энергии проходит в собственную (реальную) нагрузку. При измерении поглощаемой мощности энергия
электромагнитных колебаний полностью рассеивается в поглощающей нагрузке измерителя, которая служит нагрузкой передатчика (рис. 9.2).
Применение измерителей поглощаемой мощности при эксплуатации передающих устройств практически затруднительно. Это вызвано тем, что для измерения мощности высокочастотных колебаний необходимо отключать антенно-фидерную систему от передатчика, что вызывает определенные технические трудности. Кроме того, если параметры нагрузки на выходе передатчика будут изменяться при замене антенно-фидерной системы измерителем мощности, го могут измениться параметры сигнала на выходе передатчика (в частности, мощность).
Различают косвенные и непосредственные методы измерения мощности.
При косвенных методах мощность вычисляют по измеренным значениям тока или напряжения при известной величине сопротивления нагрузки. Эти методы используются для измерения мощности непрерывных и импульсных колебаний от десятков милливатт до сотен киловатт на частотах от 10 до 1500 мГц с точностью, не превышающей ±10%.
На более высоких частотах измерение тока и напряжения становится недостаточно точным. Поэтому в диапазоне СВЧ преимущественно применяются непосредственные методы измерения мощности. Сущность почти всех этих методов сводится к преобразованию энергии электромагнитных колебаний в энергию какого-либо другого вида, удобного для измерения.
Рассмотрим особенности методов измерения мощности в диапазоне СВЧ:
а) Калориметрический метод является
одним из наиболее
точных методов измерения средней мощности. Широко используется в диапазоне
СВЧ от метровых до миллиметровых волн.
Сущность метода состоит в определении количества тепла, которое выделяется при
рассеивании электромагнитной энергии в поглощающей нагрузке. В зависимости
от типа поглощающей на
грузки различают калориметрические ваттметры с водяной, газовой пли
другими твердотельными поглощающими энергию на
грузками с воздушным или водяным охлаждением. Эти ваттметры применяются для
измерения средних мощностей от 200 мВт
до 100 кВт сигналов на частотах до 37,5 ГГц с точностью
(3...10)%, могут измерять путем пересчета импульсные мощности
до 10 МВт.
б) Фотометрический метод основан
на измерении яркости
свечения специальной лампы накаливания, помещаемой в тракт
СВЧ в качестве оконечной согласованной нагрузки. Яркость из
меряется при помощи фотоэлемента и гальванометра. Метод
можно использовать вплоть до сантиметрового диапазона волн
для измерения мощности от десятых долей ватта до 100 Вт с точностью порядка
(10...15)%.
в) Пондеромоторный метод основан на эффекте механического давления электромагнитных волн, падающих на какую-либо поверхность. Давление электромагнитных волн, испытываемое отражающейся поверхностью, пропорционально значению вектора. Умова-Пойнтинга. Следовательно, измеряя механического давления, можно измерить мощность электромагнитных колебаний. Возможно измерение мощности СВЧ колебаний от 0,1 до 10000 Вт с точностью (0,6..7)%.
г) Измерители с использованием эффекта Холла наиболее удобны в эксплуатации передающих устройств, поскольку измерительный элемент постоянно находится в фидерном тракте и намеряет всю проходящую мощность. Эффект Холла возникает в результате отклонения носителей зарядов в проводнике или полупроводнике при воздействии магнитного поля. Это обусловливает появление ЭДС Холла, пропорциональной вектору Умомова —Пойнтинга, т. е. мощности. Такие измерители работают в различных диапазонах волн. Измеряемая мощность достигает десятков ватт. Точность измерения 3...5%.
д) Болометрический и термисторный методы наиболее широко используются в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн для измерения малых мощностей от долей микроватта до единиц ватт с точностью (З..10)%.. Принцип работы таких измерителей заключается в том, что измеряемая высокочастотная мощность нагревает помещенный в тракт СВЧ термочувствительный элемент, вследствие чего изменяется его сопротивление. Изменение сопротивления измеряется с помощью моста постоянного или переменного тока. В качестве термочувствитйльных элементов применяют болометры или термисторы.
е) Метод, основанный на изменении сопротивления полупроводниковых элементов в результате разогрева носителей тока СВЧ полем, отличается простотой, малой инерционностью, возможностью измерения больших уровней мощности. Если поместить полупроводник в электрическое поле, то под действием электрического поля изменится скорость электронов (в полупроводнике n-типа) и на хаотическую траекторию электронов будет накладываться составляющая упорядоченного движения, увеличивая их кинетическую энергию. Составляющая упорядоченного движения сравнительно невелика, поэтому при наложении электрического поля увеличивается средняя хаотическая скорость носителей, что эквивалентно повышению их температуры относительно температуры решетки. Описанное явление называется разогревом электронов, в результате чего уменьшается их подвижность, растет сопротивление полупроводника. В Если через полупроводник пропустить постоянный ток, то в результате воздействия импульса СВЧ мощности на время импульса так уменьшится, что приводит к образованию видеоимпульса в цепи с полупроводниковый элементом. Амплитуда видеоимпульса пропорциональна импульсной мощности. Недостатки метода; малая чувствительность, ограниченный динамический диапазон из-за нагрева полупроводника поглощаемой мощностью, значительная температурная зависимость частотной характеристики; наличие мешающих эффектов (ЭДС Холла, термо-ЭДС, эффект выпрямления).
ж) Метод, основанный на использовании эффекта образования термо-ЭДС «горячих» носителей тока в полупроводниковых элементах под действием СВЧ поля.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.