Погрешности измерений. Измерение токов и напряжений. Приборы анализа электрических сигналов. Измерение напряженности поля и помех, страница 10

Необходимо подчеркнуть, что калометрический метод измерения относится к образцовым (более точным, чем рабочие), позволяет измерить малые и средние мощности от 5 до 2000 Вт в диапазоне частот (500÷37000) МГц с погрешностью . При этом на каждом участке диапазона СВЧ используются соединительные длинные линии различного типа (коаксиальные, полосковые, волноводные) соответствующего рабочего сечения. Но наличие «мокрого» процесса измерения ограничивает технические эксплуатационные возможности метода только лабораторными условиями.

В качестве рабочих ваттметров СЧ диапазона в подавляющем большинстве случаев используется терморезисторный метод с непосредственным измерением величины сопротивления, которое зависит от его нагрева поглощенной мощностью. Чтобы геометрические размеры терморезистора не оказывали заметного влияния на величину проходящей мощности СВЧ, его длина  

(- длина волны, на которой производится измерение ). Поэтому в качестве терморезисторов, конечно, используются не обычные сопротивления, а болометры, либо термисторы.

Рисунок 3.4

            Болометр, как говорит само название, это стеклянный баллон, диаметром , заполненный для лучшего поглощения СВЧ энергии, инертным газом, внутри которого расположена тонкая вольфрамовая (или платиновая) нить сечение 3 – 10 мкм. Сопротивление холодного болометра

6 – 120 Ом, температурный коэффициент – положительный (рисунок 3.4).

Основной характеристикой болометра является зависимость его сопротивления от рассеиваемой на нем мощности . Обычно эта величина от 1.5 до 8 Ом/мВт. Болометрические головки с успехом используются на частотах до 1 ГГц, на более высоких частотах применяются пленочные болометры, либо термисторы.

Термисторы – это бусинки из полупроводниковых материалов (для увеличения чувствительности к температуре) диаметром  мм, имеющие выводы для подсоединения и покрытые тонким слоем стекла (для исключения внешних атмосферных влияний). Чувствительность термистора более высокая –  10 – 100 Ом/мВт, а температурный ход отрицательный (рисунок 3.5).

            Термисторы позволяют измерять мощность от 10 мкВт до 10 мВт в диапазоне до 78 ГГц.

            И болометры, и термисторы собираются в специальные измерительные головки (обозначаемые от М5-1 до М5-21), представляющие собой высокочастотное устройство, в котором помещен терморезистор и согласующее (нагрузочное) сопротивление (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6

                  Измерительные головки бывают коаксиального (частоты от 20 МГц до 6ГГц) или волноводного типа (частоты до 40 ГГц).  Выводы термосопротивления (термистора или болометра) 1÷2 изолированы от стенок

волновода и служат для включения его в мостовую схему измерителя мощности М3-1 (рисунок 3.7).

Мостовая схема собрана из двух масштабных сопротивлений R1 и R2 и двух одинаковых терморезисторов, один из которых помещен в измерительную головку и его сопротивление зависит от поглощенной СВЧ энергии. Второй терморезистор находится под температурой окружающей среды, что позволяет компенсировать ее влияние на измерение. Для уменьшения дрейфа нуля и повышения избирательности к помехам мост запитывается переменным н/ч напряжением, на частоте которого и призводится измерение.

Необходимо особенно подчеркнуть, что для калибровки ваттметраСВЧ

Рисунок 3.7

диапазона термометрического типа можно подавать на измерительный мост посттоянное (или низкочастотное) напряжение, которое приведет к его разбалансировке (нагреву R_т), причем величину подводимой низкочастотной мощности легко измерить самыми простыми и точными приборами. Отпадает необходимость калибровать прибор на свервысоких частотах!