Параметры электромагнитных волн и их измерение на сверхвысоких частотах
Основные понятия
В диапазоне СВЧ, как правило, измеряют мощность, частоту и
полное сопротивление устройств. Важными также являются измерения фазового сдвига,
напряженности поля, добротности, ослабления мощности волны,
амплитудно-частотного спектра и др. Чтобы определить указанные величины в
широких интервалах их изменения, требуется использовать различные методы и
радиоизмерительные приборы.
Различают прямые и косвенные измерения. Прямые измерения
применяют в тех случаях, когда измеряемая величина доступна непосредственному
сравнению с мерой или может быть измерена приборами, проградуированными в
выбранных единицах. Прямые измерения выполняют либо методом непосредственной
оценки, когда измеряемую величину определяют по показаниям проградуированного
прибора, либо методом сравнения, когда измеряемую величину определяют
сравнением ее с мерой данной величины. Косвенные измерения состоят в замене
измерений данной величины другими, связанными с искомой известной зависимостью.
Основными характеристиками радиоизмерительных приборов
являются:
·
диапазон измеряемых величин; диапазон частот, в
котором прибор может применяться;
·
чувствительность по измеряемому параметру,
представляющая собой отношение приращения показаний прибора к вызвавшему его
приращению измеряемой величины;
·
разрешающая способность, определяемая как
минимальная разность двух значений измеряемых величин, которую может различить
прибор;
·
погрешность;
·
потребляемая мощность.
Измерение мощности.
Общие сведения
Уровни мощностей, подлежащие измерениям, различаются более
чем на двадцать порядков. Естественно, что методы и приборы, используемые при
таких измерениях, весьма разнообразны. Принцип действия подавляющего
большинства измерителей мощности СВЧ, называемых ваттметрами, основан на
измерении изменений температуры или сопротивления элементов, в которых
рассеивается энергия исследуемых электромагнитных колебаний. К приборам,
основанным на этом явлении, относятся калориметрические и терморезисторные
измерители мощности. Получили распространение ваттметры, использующие
пондеромоторные явления (электромеханические силы), и ваттметры, работающие на
эффекте Холла. Особенность первых из них — возможность абсолютных измерений
мощности, а вторых — измерение мощности независимо от согласования ВЧ-тракта.
По способу включения в передающий тракт различают
ваттметры проходящего типа и поглощающего типа. Ваттметр проходящего типа
представляет собой четырехполюсник, в котором поглощается лишь небольшая часть
общей мощности. Ваттметр поглощающего типа, представляющий собой двухполюсник,
подключается на конце передающей линии, и в идеальном случае в нем поглощается
вся мощность падающей волны. Ваттметр проходящего типа часто выполняется на
основе измерителя поглощающего типа, включенного в тракт через направленный
ответвитель.
Калориметрические измерители мощности
Калориметрические методы измерения мощности основаны на
преобразовании электромагнитной энергии в тепловую в сопротивлении нагрузки,
являющейся составной частью измерителя. Количество выделяемого тепла
определяется по данным изменения температуры в нагрузке или в среде, куда
передано тепло. Различают калориметры статические (адиабатические) и поточные
(не адиабатические). В первых мощность СВЧ рассеивается в термоизолированной
нагрузке, а во вторых предусмотрено непрерывное протекание калориметрической
жидкости. Калориметрические измерители позволяют измерять мощность от единиц
милливатт до сотен киловатт. Статические калориметры измеряют малый и средний
уровни мощности, а поточные — средние и большие значения мощности
|