Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Генератор импульсов

Нагрузка

Четырехплечий ответвитель

Нагрузка или поверяемый ваттметр

Четырехплечий ответвитель

Образцовый измеритель мошности

Блок настройки

Блок развязки

Приемник

Триггер

Источник опорного сигнала

Осциллограф

Рис. 3.42. Схема измерения импульсной мощности с компенсацией изменения скважности

СВЧ с выхода 2 поступает на детектор, постоянное напряжение на выходе которого измеряется и регистрируется. Затем источник импульсной мощности отключается переключателем Кл, а на вход диодного коммутатора через калиброванный направленный ответвитель подается непрерывная мощность. Вьцерживая все параметры стробирующего импульса такими же, как и в предьщущем случае, мощность непрерывного сигнала устанавливают такой, чтобы напряжение на выходе детектора оказалось равным напряжению, зарегистрированному ранее при подключении импульсного источника. Измеренная известными методами непрерывная мощность будет равна импульсной мощности источника. Осциллограф в этой схеме служит для регистрации момента равенства амплитуд измеряемого и стробирующего импульсов. Для уменьшения погрешности за счет рассогласования входной КСВН коммутатора должен быть как можно меньше. При КСВН, равном 1,08, максимальная погрешность не превьпиает 2%. Применение направленного ответвителя увеличивает погрешность до 3%. Определенное влияние на значение погрешности оказывает изменение скважности импульсов.

На рис. 3.42 приведена схема измерения импульсной мощности, где влияние изменения скважности сведено к минимуму. Эта схема, как и предыдущая, основана на последовательном сравнении импульсной мощности с регулируемым уровнем мощности непрерывного опорного сигнала той же частоты, что и несущая частота импульса. Определенная часть мощности от генератора импульсов подается во вторичное плечо калиброванного четырехплечего ответвителя и далее через второй ответвитель - на приемник. Видеоимпульс с выхода приемника поступает на осциллограф и триггерный коммутатор, который подключает источник непрерывного опорного сигнала на период

времени, равный интервалу между импульсами.

Выход опорного непрерывного сигнала через вторичное плечо первого ответвителя соединяется с образцовым измерителем мощности. Часть мощности непрерывного сигнала через второй ответвитель подается на приемник, огибающая сигнала регистрируется на экране осциллографа. Благодаря наличию коммутатора развертка осциллографа в течение каждого периода импульсной модуляции запускается дважды. Таким образом, непрерывный сигнал и огибающая импульса на экране осциллографа перекрываются, что позволяет точно совместить уровень опорного сигнала с амплитудой импульса.

Уровень импульсной мощности определяется по значению мощности, измеренному образцовым ваттметром, умноженному на коэффициент связи направленного ответвителя и на множитель п - 1, где и - отношение уровней сигнала опорного источника соответственно в положениях «выключено» и «включено». Максимальная погрешность метода составляет 3%. Метод применим в диапазоне от метровых до миллиметровых длин волн. Динамический диапазон уровня измеряемой мощности при применении направленных ответвителей составляет от единиц милливатт до сотен киловатт.

Основным элементом, необходимым для технической реализации описанных методов, является коаксиальный диодный коммутатор, который должен иметь следующие технические характеристики: время переключения - единицы наносекунд; входное сопротивление 50 Ом; допустимую мощность около 3 Вт; вносимые потери 1,5 дБ; высокую развязку (70 дБ) в выключенном положении, что очень важно, так как среднее значение мощности непрерывных колебаний и импульсов может отличаться более чем на 33 дБ при коэффициенте заполнения 0,0005.



Изоляция

) ди~р п

Катодный

Преобразователь амплитуды импульса Б длительность

повторитель

и Четапл

Л

К(Е)-полу-

ПрОБОДНИКОБЫЙ

образец

Л"

Схема совпадения

t ШИШ

Формирователь

Эмиттерный повторитель

Генератор- импульсов

Счетчик

Цифровой индикатор

Р]с. 3.43. Схема измерения мощности одиночных импульсов с датчиком, измеряющим проводимость

Если погрещность за счет утечки в переключателе не должна превышать 0,1%, то развязка должна быть не ниже 63 дБ. В коммутаторе применяют точечные германиевые диоды, обладающие большим обратным сопротивлением и достаточно малым временем переключения, что позволяет получить прямоугольный стробирующий импульс длительностью не менее 100 не.

Диоды монтируются на полосковой линии. Все провода, несущие постоянный ток, развязываются индуктивно-емкостными фильтрами. Для согласования коммутатора с 50-омной линией предусматриваются элементы подстройки. С их помощью изменяется емкость между внутренними и внешними проводниками, что обеспечивает хорошее согласование в полосе около 40 МГц.

Метод измерения мощности одиночных импульсов. Для измерения мощности одиночных или редко повторяющихся импульсов используется метод преобразования (детектирования) СВЧ сигнала и последующего преобразования амплитуды полученного видеоимпульса в длительность импульса, а затем в унитарный код, фиксируемый счетчиком импульсов. На рис. 3.43 приведена структурная схема прибора, где в качестве детектора СВЧ сигнала используется полупроводниковый датчик, у которого под действием электромагнитного поля изменяется проводимость. Датчик представляет собой делитель напряжения постоянного тока, одним из плеч которого является полупроводниковый стержень, расположенный в волноводе параллельно силовым линиям электрического поля. Изменение напряжения на сопротивлении полупроводникового стержня определяется выражением

AU = U{R{E)/IR{E) + R]-R (0)/ [jR (0) + R]},

где jR (£) - сопротивление стержня в электрическом поле с напряженностью Е; jR(0) - сопротивление образца при отсутствии поля; jR - сопротивление второго плеча делителя; и - напряжение питания делителя.

С датчика импульсное напряжение Д17 поступает через катодный повторитель на преобразователь амплитуды импульсов в длительность, который работает на принципе заряда емкости до значения амплитуды входного импульса и последующего линейного разряда. Интервал времени, равный длительности разряда, пропорционален амплитуде входного сигнала.

При изменении амплитуды импульса от 1,5 до 20 В длительность изменяется от 30 до 600 мкс. Эти прямоугольные импульсы через формирователь подаются на схему совпадения, на которую также поступают импульсы от специального генератора. На выходе схемы совпадения формируется серия импульсов с числом импульсов, пропорциональным длительности импульса на выходе преобразователя. Эти импульсы поступают на счетчик и цифровой индикатор.

Погрешность измерения мощности одиночных и редко повторяющихся импульсов составляет 15-20%.

3.3.6. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОХОДЯЩЕЙ МОЩНОСТИ

Методы измерения проходящей мощности применяются для непрерывного контроля за уровнем мощности, поступающей от источника к нагрузке при эксплуатации радиотехнических передающих устройств. Эти методы находят широкое применение для измерения средних, больших и очень больших уровней мощности в линиях передачи с постоянной или хорошо согласованной нагрузкой. Датчики ваттметров проходящей



мощности включают в линию передачи электромагнитной энергии между генератором и нагрузкой непосредственно или через направленный ответвитель. При непосредственной связи датчика с линией передачи стремятся обеспечить слабую связь между ним и электромагнитным полем в линии для того, чтобы уменьшить искажение поля и потребление мощности ваттметром.

Заметим, что проходящая мощность равна падающей только при отсутствии отраженной волны в линии передачи, а это осуществимо при идеальном согласовании генератора с нагрузкой. Обычно коэффициент отражения не равен нулю и проходящая мощность всегда меньше падающей:

-f*np ~ Рттл ~ -f*OTp - -Рпад(1 ~ I н Р)-

Общая погрешность измерения подобным методом будет складываться из погрешности датчика и погрешности, обусловленной рассогласованием.

Применение направленного ответвителя в комбинации с датчиком поглощающего типа позволяет значительно расширить пределы измерения мощности и уменьшить погрешность за счет рассогласования, так как направленные ответвители реагируют на электромагнитную волну, распространяющуюся в одном направлении. На рис. 3,44 представлена одна из наиболее распространенных на практике схем измерения проходящей мощности, состоящей из направленного ответвителя и измерителя малой мощности поглощающего типа. Отношение мощности, подводимой к нагрузке в плече 1, к мощности, снимаемой в плече 2, определяется следующим выражением:

1 = к- -

(3.14)

где К - коэффициент, определяемый затуханием направленного ответвителя. Его количественное значение определяется при калибровке с помощью другого измерителя мощности. Если - мощность, измеряемая в плече 1 измерителем мощности с коэффициентом отражения Гм, а Ргм - мощность, измеряемая в плече 2, то К нахо-

Датчик

Индикатор

К нагрузке

Рис. 3.44. Схема измерения проходящей мощности с направленным ответвителем

дится из уравнения (3.14):

К=Р,(\\- ÄÄР)/Р2„(1 - Г„Р). В этом случае

Ры l-irP

Рг Plu \-ГГ,

Применение однонаправленного ответвителя с измерительным датчиком целесообразно при нагрузках с небольшим коэффициентом отражения и невысоких требованиях к точности измерения мощности. При нагрузке с коэффициентом отражения 0,1 (КСВН равен 1,2) разница между падающей и проходящей мощностью не превьппает 1 %:

-пр ~ Pn&j\ ~ Рд/о

где Рд - мощность, регистрируемая датчиком.

Сочетание направленного ответвителя с измерительным датчиком имеет следующие преимущества: обеспечивается непрерывное измерение мощности, выбором коэффициента передачи ответвителя можно в широких пределах изменять динамический диапазон измеряемых мощностей, калибровка ваттметра не зависит от характеристик генератора, применением согласующего устройства можно получить коэффициент отражения, равный нулю.

Улучшить характеристики измерителя проходящей мощности можно путем применения двух направленных ответвителей (рис. 3.45). Суммарная проходящая мощность определяется таким измерителем в соответствии с выражением

-1*1 (

+ 2Re

{ВО*-АС*ЩЬ2

(3.15)

где А, В, С, D, А содержат в себе информацию о коэффициентах рассеяния четырехплечего волноводного соединения и коэффициентах отражения измерительных датчиков

Измерительный датчик 1

Измерительный датчик 2

е-

Рис. 3.45. Измерение проходящей мощности с применением двух направленных ответвителей



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 [51] 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0092