Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 51

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.