Файл: Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения.pdf

свивается мощность постоянного тока (мощность начального по­ догрева термистора)

Измеряемая мощность СВЧ равна (без учета коэффициента пре­ образования головки) изменению мощности постоянного тока

муле (9.4) AI составляет малую разность токов, протекающих в одной и той же цепи до и после подачи измеряемой мощности, и определяется как разность показаний одного и того же миллиам­ перметра, то ток I" является током, протекающим в цепи источни­

ка Е2 (в диагонали моста Ml) и измеряемым миллиамперметром, включенным в эту цепь. Очевидно, что точность измерения тока I" гораздо выше точности определения разности А/.

Найдем зависимость тока I", протекающего через миллиампер­ метр, включенный в диагональ моста Ml, от измеряемой мощности Рх. Для этого разрешим (9.8) относительно тока I" и подставим в полученное уравнение значение тока /', выраженное через фикси­ рованную мощность начального подогрева термистора Р0' на осно­

вании формулы (9.5), из которой Г -= 4Ѵ~Р0'ІРТ0. Выполнив под­ становку, получим квадратное уравнение относительно искомой величины I"

ся для градуировки шкалы миллиамперметра в единицах мощно­ сти. Чтобы учесть коэффициент преобразования головки т1г, в фор­ мулу (9.9) вместо Рх достаточно подставить Рх~Цг-

Рассмотрим основные источники погрешностей термисторных измерителей мощности.

1. Неточное согласование сопротивления головки с волновы сопротивлением тракта (обычно КСВ-=1,2—1,6). Эту погрешность

146

можно определить следующим образом. Мощность, поглощаемая нагрузкой (термисторной головкой)

где kz— коэффициент стоячей волны головки. Погрешность за счет неполного согласования является систематической.

2.Нестабильность источников питания моста. Эта погрешность носит случайный характер и особенно сильно проявляется при из­ мерении мощности с помощью неуравновешенного моста. Для ее уменьшения применяют стабилизированные источники питания.

3.Температурная погрешность, обусловленная изменением тем­ пературы окружающей среды. Она имеет как систематическую, так и случайную составляющие. Систематическая составляющая уменьшается при использовании термокомпенсации.

4.Неточность градуировки измерителя мощности и неточность значения коэффициента преобразования головки.

Современные термисторные измерители мощности имеют об­ щую основную погрешность порядка + (5 —10)%. Примером термисторного ваттметра является прибор М3-10, который имеет сле­ дующие метрологические характеристики:

—диапазон частот 0,15—16,7 ГГц;

—пределы измерения мощности 0,05—7,5 мВт;

—погрешность измерения без учета погрешности за счет рас­ согласования 10%;

—.коэффициент стоячей волны головок не более 1,5—1,7 в за­ висимости от частотного диапазона (в комплект входят две коак­

сиальные и четыре волноводные головки).

§ 9.3. КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Калориметрический метод основан на преобразовании электро­ магнитной энергии, поглощаемой согласованной нагрузкой, в теп­ ловую. О величине мощности судят по изменению температуры на­ грузки. Метод является одним из наиболее точных и используется для измерения средних и больших мощностей в широком диапазо­ не частот (от единиц мегагерц до сотен гигагерц).

Калориметрический измеритель мощности состоит из двух ос­ новных частей: поглощающей нагрузки и измерителя температуры.

Наиболее распространены поглощающие нагрузки с проточной во­

148

Если расход калориметрической жидкости ѵ поддерживать по­ стоянным, то для определения мощности достаточно измерить раз­ ность температур на входе и выходе жидкостной нагрузки. Раз­ ность температур измеряется с помощью встречно включенных термопар и магнитоэлектрического прибора, шкала которого гра­ дуируется непосредственно в единицах мощности.

На практике применяются жидкостные нагрузки различной формы (трубки, конусы и др., по которым с постоянной скоростью протекает вода). Форма и размеры нагрузки обеспечивают плавное введение водяного потока в электромагнитное цоле и достаточное поглощение, благодаря чему нагрузка оказывается хорошо со­ гласованной с волноводом или коаксиальной линией в достаточно широком диапазоне частот.

Основными причинами погрешности рассмотренного измерите­ ля являются наличие утечки тепла, неполное согласование нагруз­ ки с трактом (систематические составляющие), ошибки в измере­ нии разности температур и не вполне строгое постоянство расхода воды (случайные составляющие). Суммарная погрешность состав­ ляет величину порядка +10% .

Меньшую погрешность имеют калориметрические измерители с косвенным отсчетом. Структурная схема такого измерителя при­ ведена на рис. 9.8. Он работает на принципе сравнения. Измеряе­

мая мощность СВЧ поглощается водяной нагрузкой. Нагретая во­ да далее поступает в нагреватель, питаемый переменным током низкой частоты. Мощность низкой частоты Янч, идущая на подо­ грев, измеряется электродинамическим ваттметром.

Разность температур АГі0 на выходе и входе водяной нагрузки, а также на выходе и входе нагревателя АТ% измеряется встречно включенными термопарами. Регулировкой напряжения, питающего

сопротивление нагревателя R, устанавливается одинаковый перепад температур:

А Т* = Д 7у>.

149

При этом мощность СВЧ, потребляемая водяной нагрузкой, прак­ тически равна мощности, рассеиваемой в сопротивлении и измеряе­ мой низкочастотным ваттметром, т. е. ЯХ= Я„Ч.

В калориметрических измерителях мощности высокой точности применяется также метод замещения. Суть его заключается в сле­ дующем (рис. 9.9). Сначала к водяной нагрузке подводят измеряе­

В ы ход ё о д ы

Рис. 9.9.

мую мощность и фиксируют разность т.э.д.с. термопар, укреплен­ ных на входном и на выходном фланцах канала с водой. Затем вместо мощности СВЧ в дополнительный нагреватель, установ­ ленный непосредственно перед водяной нагрузкой, подают низко­ частотный ток для нагрева воды. Значение тока подбирают таким, чтобы разность т.э.д.с. была той же, что и при подаче измеряемой мощности. В этом случае Рх = Рнч. При таком способе, как и в предыдущем случае, нет необходимости измерять абсолютное зна чение разности температур. Подогреватель должен быть устроен так, чтобы вся низкочастотная мощность поглощалась водой. Мощ­ ность низкой частоты, так же как в приборе с косвенным отсчетом, измеряется электродинамическим ваттметром.

На этом принципе строятся образцовые измерители мощности, погрешность которых составляет примерно ±1% . Такие измерите­ ли представляют собой сложные стационарные установки.

—- пределы измерения мощности 0,003—10 Вт;

—погрешность измерения + (6 —12)%;

—коэффициент стоячей волны входа не более 1,3 на частотах

до 5 ГГц;

—коэффициент стоячей волны входа не более 1,5 на частотах до 10 ГГц;

—коэффициент стоячей волны входа не более 1,7 на частотах свыше 10 ГГц.

150