Файл: Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ..pdf

лебаний в число импульсов, подсчитываемых электронным счет­ чиком. Реализуется этот метод в приборах, получивших назва­ ние электронно-счетных частотомеров.

Одним из самых распространенных методов измерения часто­ ты является резонансный метод, основанный на использовании явления резонанса в колебательной системе. Он заключается в сравнении измеряемой частоты с частотой собственных колеба­ ний контура или резонатора в момент резонанса. Этот метод широко применяется в радиочастотном диапазоне, особенно в области СВЧ.

Р и с . 3 2 1 . И з м е р е н и е ч а с т о т ы р е з о н а н с н ы м М е т о д о м

Прибор, измеряющий частоту резонансным методом, называ­ ют резонансным волномером (эхо-камерой). Его принцип дейст­ вия сводится к следующему (рис. 321). Колебательная система через элемент связи (входное устройство) возбуждается сигна­ лом источника, частоту которого необходимо измерить. С по­ мощью органа настройки изменяется частота собственных коле­ баний колебательной системы до наступления резонанса. В мо­ мент резонанса, фиксируемый по индикатору резонанса, произ­ водят отсчет по шкале настройки колебательной системы.

Основным узлом резонансного волномера является колеба­ тельная система. Она образуется одной из сменных катушек ин­ дуктивности и переменным конденсатором, снабженным шкалой настройки. Индикатором резонанса может быть ламповый диод, полупроводниковый детектор или термоэлемент с микроампер­ метром.

§ 6. Измерение мощности

Как известно, активная мощность переменного тока опреде­ ляется соотношением

/

(здесь R и Z — соответственно активное и полное сопротивления потребителя энергии).

346

Из формулы (90) следует, что мощность переменного тока можно определить косвенным путем, сведя все к измерению U, I, R и Z.

Таким косвенным методом измерения мощности пользуются на звуковых и радиочастотах в том диапазоне их (примерно до нескольких десятков мегагерц), в котором измерение напряже­ ния и тока не представляет больших трудностей. Для измерения напряжения используют ламповые вольтметры, а для измерения тока — термоэлектрические приборы. На очень высоких часто­ тах метод косвенного определения мощности не пригоден ввиду того, что измерения напряжения и тока на таких частотах ста­ новятся неопределенными и сопровождаются столь большой ре­ акцией со стороны измерительных устройств, что приводит к большим ошибкам. Поэтому на сантиметровых, дециметровых и отчасти метровых волнах основными методами измерения мощ­ ности являются калориметрический, фотометрический и термисторный. Эти методы основаны на использовании тепла, выде­ ляемого всей измеряемой мощностью или частью ее. Ниже рас­ смотрен только последний метод, который применяется для из­ мерения малых мощностей (меньше 1 Вт) в области сантимет­ рового и дециметрового диапазонов волн.

Термисторный метод измерения мощности поясняется рис. 322, на котором изображен мост, питаемый батареей Е. Три плеча моста образованы сопротивлениями R, а четвертое —термочув­ ствительным резистором RT, величина которого является функ­ цией его температуры. С помощью потенциометра R\ величина постоянного тока /, питающего мост, подбирается такой, чтобы мощность, выделяющаяся в ре­ зисторе /?т, обусловила такой нагрев его, при котором /?т= ^- В этом случае мост будет уравновешен и стрелка ми­ кроамперметра установится на

нуле.

Если теперь к зажимам АБ подвести энергию высокой ча­ стоты, то мощность, поглощае­ мая термочувствительным ре­ зистором Rt, возрастает, изме­ нится его температура, а зна­ чит, и сопротивление. В связи с этим нарушится равновесие

моста, что вызовет отклонение стрелки микроамперметра Г. Ве­ личина этого отклонения будет зависеть от величины мощности высокой частоты, поглощаемой в резисторе /?т.

Если одинаковые мощности постоянного тока и тока высокой частоты вызывают одинаковое повышение температуры резисто­ ра RT, то зависимость показаний микроамперметра Г от величи­

347

ны измеряемой мощности можно установить на постоянном токе и пользоваться ею при измерении мощности высокой частоты.

Конденсаторы С и дроссели Др в схеме разделяют цепи вы­ сокой частоты и постоянного тока.

В качестве термочувствительного резистора при измерении мощности применяется болометр или термистор.

Болометр (рис. 323) представляет собой термочувствитель­ ное сопротивление с положительным температурным коэффици­ ентом (с повышением температуры сопротивление его растет).

Термистор (рис. 324) является термочувствительным резисто­ ром с отрицательным температурным коэффициентом (с повы­ шением температуры величина его сопротивления падает).

Сопротивление термистора изменяется в значительно более широких пределах, и чувствительность его заметно больше, чем у болометра. Поэтому в настоящее время термисторы почти пол­ ностью вытеснили болометры при измерении мощности менее 10 мВт, в особенности на волнах сантиметрового диапазона.

Термистор представляет собой полупроводник, которому при­ дают форму шарика (бусинки) или диска. В качестве материа­ лов для термисторов используют смеси из различных окислов металлов (никеля, марганца, магния и др.).

Термисторные головки в зависимости от частотного диапазо­ на могут быть коаксиальными или волноводными.

Коаксиальная термисторная головка представляет собой от­ резок коаксиальной линии с рабочим термистором, включенным как продолжение центрального проводника в качестве оконеч­ ной нагрузки этой линии.

Волноводная термисторная головка представляет собой от­ резок короткозамкнутого волновода с закрепленным внутри с помощью специальных цанг термистором.

Для выравнивания температуры термисторной головки и сгла­ живания ее быстрых изменений головка делается достаточно массивной. Головка помещается в пластмассовый корпус, кото­ рый частично предохраняет ее от влияния быстрых изменений внешней температуры.

Термисторные измерители с мостом, выполненным по сба­ лансированной схеме (рис. 325). Измерения осуществляют пу­ тем сравнения мощности СВЧ, рассеиваемой в термисторе №

348

разогревающей его, с мощностью постоянного тока (или пере­ менного тока низкой частоты), вызывающей такой же нагрев термистора.

Методика измерения мощности в схеме сбалансированного моста заключается в следующем. До подачи мощности СВЧ мост предварительно балансируют.

Это достигается изменением тока в цепи питания моста с помощью потен­ циометра Ro. Устанавливается такая величина тока / 1, фиксируемая прибо­ ром ИПи при которой сопротивление термистора равно /?То (показание ин­

дикатора ИП2 равно нулю). Тогда мощность постоянного тока, выделяю­ щаяся в термисторе, составляет Рi =

РсвчПри этом термистор дополнительно разогревается, его со­ противление уменьшается и мост разбалансируется. Баланс мо­ ста восстанавливают, уменьшая потенциометром R0 постояннный ток через термистор. Если при вторичном балансе прибор ИП\

Разбалансированный мост позволяет получить прямопоказывающий измеритель мощности, показания которого читаются по стрелочному индикатору, включенному в диагональ моста и про­ градуированному в единицах мощности.

При определенном выборе рабочей точки на характеристике термистора ток в диагонали моста, измеряемый гальванометром, является линейной функцией измеряемой мощности. Это удобно для практических измерений. Однако, как показывает анализ работы схемы разбалансированного моста, измеритель мощно­ сти, построенный по такой схеме, требует предварительной гра­ дуировки методом сбалансированного моста. Поэтому прямым отсчетом удобно пользоваться преимущественно в тех случаях, когда нужно непрерывно следить за относительными измене­ ниями мощности.

349

Обе схемы — сбалансированного и разбалансированного мос­ тов— применяются, например, в измерителе малой мощности

МЗ-fl.

Верхний предел мощности, измеряемый термисторным ватт­ метром, можно увеличить, включив на входе прибора градуи­ рованный аттенюатор. Тогда измеряемая мощность определя­ ется отсчетом по шкале ваттметра, умноженным на величину за­ тухания аттенюатора.

§ 7. Проверка и настройка фидерно-волноводного тракта

Основными требованиями, предъявляемыми к фидерно-вол­ новодному тракту, являются передача нагрузке максимальной величины мощности и малое влияние тракта на работу генера­ тора СВЧ. Эти требования могут быть выполнены только при хорошем согласовании тракта с нагрузкой.

Степень согласования принято характеризовать коэффициен­ том бегущей волны (КБВ).

Существуют два метода определения КБВ. Один из них ос­ нован на измерении распределения напряженности поля, уста­ навливающейся вдоль оси тракта, другой — на раздельном из­ мерении мощности прямой и отраженной волн в тракте.

И з м е р е н и е К Б В с п о м о щ ь ю и з м е р и т е л ь н о й л и ­ нии. Известно, что в результате образования отраженной волны

и используется для измерения КБВ с помощью измерительной линии.

Передвигая каретку измерительной линии, замечают по ин­ дикаторному прибору его наибольшее и наименьшее показания («макс и «мин), после чего рассчитывают КБВ по формуле

теля заключается в том, что он вызывает различное затухание

35Q