Главная ->  Измерение мощности СВЧ 

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

усилителя представляет собой аМплиТудно-модулировайную последовательность импульсов. Частота модуляции равна F, а глубина модуляции определяется различием амплитуд расширенных импульсов на нагрузках расширителей. Эта последовательность импульсов поступает на амплитудный детектор.

Продетектированное напряжение усиливается узкополосным селективным усилителем (центральная частота полосы пропускания равна Fyi). Напряжение с выхода селективного усилителя поступает на фазочувствительный детектор, на который одновременно подается и напряжение с низкочастотного генератора. Напряжение с выхода этого детектора через резисторы и R поступает на первый расширитель импульсов.

Фазовые соотношения сигналов низкочастотного генератора и селективного усилителя выбирают так, что выходное напряжение фазо-чувствительного детектора вызывает смещение рабочей точки на вольт-амперной характеристике диода Д1, при котором амплитуда расширенных импульсов с выхода первого расширителя стремится сравняться с амплитудой импульсов второго расширителя. Начальный ток первого расширителя /pi, определяемый сопротивлением резистора Rg, задают равным 6д/р2 (принимая Ri - Rn = С. Тогда отношение амплитуд расширенных импульсов Ри на выходах первого и второго расширителей будет стремиться к единице при Рд = 0. При Рд > О амплитуда расширенных импульсов на вь;ходе первого расширителя импульсов будет больше, чем на выходе второго.

Дополнительный ток А/ через диод Дх зависит от выходного напряжения фазочувствительного детектора и сопротивления резистора /?5, которое выбрано намного большим сопротивления нагрузки первого расширителя импульсов и внутреннего сопротивления диода. Этот ток вызывает уменьшение тока через диод, что эквивалентно введению некоторого смещающего напряжения. Различие амплитуд расширенных импульсов, а следовательно, и погрешность измерений величины обобщеннойимпульсной мощности будут тем меньше, чем больше коэффициенты усиления усилителей. Напряжение U, пропорциональное подводимой импульсной мощности, измеряют с помощью вольтметра W, шкалу которого градуируют в величинах обобщенной мощности измеряемых СВЧ импульсов. Рассмотренный тип ваттметра аналогично предыдущим обладает частотной зависимостью и поэтому требует калибровки по образцовым приборам.

Интегральный метод экспериментально опробован в диапазоне частот до 2 ГГц. Метод применим для измерения мощности малых уровней от нескольких сотен микроватт до нескольких милливатт. Погрешность приборов, использующих интегральный метод, в основном определяется погрешностью образцовой аппаратуры, с помощью которой они откалиброваны.

К достоинствам метода следует отнести: малую зависимость результата измерения от длительности и скважности импульсов, а также возможность измерения импульсной мощности при малой длительности импульсов (до 10 не). Недостатки метода: малый динамический диапазон (10-15 дБ) и сравнительно низкая точность.

Глава 5

ВОПРСЗСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СВЧ ВАИМЕТРОВ

5.1. КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВАТТМЕТРОВ

В ГЛ. 2 и 3 было показано, что одним из способов повышения точности измерения мощности является учет погрешности, обусловленной отражениями. Для этого показания ваттметра умножают на поправочный множитель \

(1 + I Г Н или 2 (КСВ + 1)/(КСВ + 1)2

для ваттметра поглощаемой мощности и на

(1 - I Гн )/(1 + I Гн 2) или 2КСВ/(КСВ2 + 1)

для ваттметра проходящей мощности зондового типа.

В эксплуатационной документации на ваттметры приводят обычно КСВ или IГI для фиксированных частот или их предельные значения в диапазоне, что не позволяет эффективно использовать поправки к результату на рабочей частоте без соответствующих измерений действительных значений КСВ.

Еще более важно знать действительное значение коэффициента эффективности для рабочих условий, которое также приводят для дискретных частот и одного уровня мощности. Опишем сложившиеся на практике методы измерения КСВ и Къ-

5.1.1. Измерение коэффициента стоячей волны

Коэффициент стоячей волны на входе ваттметра поглощаемой мощности (приемного преобразователя) определяют с помощью установки, собранной по схеме рис. 5.1. Вместо измерительной линии можно использовать также измеритель коэффициента стоячей волны или полных сопротивлений.

Модуль эффективного коэффициента отражения на выходе ваттметра проходящей мощности можно измерить с помощью установки, собранной согласно рис. 5.2, если чувствительный элемент ваттметра расположен в основном тракте, и установки, собранной согласно рис. 5.3, если ваттметр проходящей мощности представляет собой сочетание ваттметра поглощаемой мощности и направленного ответвителя. При использовании структурной схемы рис. 5.2 выполняют следующие операции:

а) с помощью фазовращателя или раздвижной линии изменяют фазу (через 10-15° в пределах от О до 180°) коэффициента отражения вспомогательного ваттметра поглощаемой мощности (приемного пре-



образователя) с известным значением КСВ (1,6-2) и одновременно определяют отношение Р показаний рабочего ваттметра проходящей мощности и вспомогательного ваттметра поглощаемой мощности;

(СВЧ)

Измерительная линия .

Индикатор измерительной линии

Рабочий ваттметр поглацаемой мощности

Приемный

преобразователь

бразцовы

мост

Рис. 5.1. Структурная схема установки для измерения коэффициента стоячей

волны.

б) найдя максимальное Рмакс и минимальное р ин значения этого соотношения, определяют модуль эффективного коэффициента отражения на выходе рабочего ваттметра проходящей мощности:

I р I Рмакс-Рмин (5 1)

Рмакс+ Рмин 2 I Гв I

где I Гв I - модуль коэффициента отражения на входе вспомогательного ваттметра поглощаемой мощности.

(CBW)

Рабочий ваттметр IbH проходящей

мощности

1 Образцовый 1 мост I


Вспомогательный ваттметр поглощающей мощности

\ I Приемный j

I преобразователь

Рис. 5.2. Структурная схема устаиовки для из1Мерения эффективного коэффициента отражения на выходе ваттметров проходящего типа при расположении чувствительного элемента в основлом тракте.

При измерении модуля эффективного коэффициента отражения по структурной схеме, приведенной на рис. 5.3, нужно:

а) плавно изменяя ослабление развязывающего ослабителя и положение короткозамыкающего поршня, включенного на входе ва-кг

Поверяемый Ваттметр проходящей мощности

Измерительная линия

(CBV)

Рис. 5.3. Структурная схема установки для измерения эффективного коэффициента отражения на выходе ваттметров проходящего типа, использующих направлен-

. ные ответвители. ,

метра проходящей мощности (отградуированного в величинах падающей мощности), добиться отсутствия показаний отсчетного устройства ваттметра при работе на самой чувствительной шкале;

б) затем с помощью измерительной линии измерить КСВ на выходе ваттметра и рассчитать значение модуля эффективного коэффициента отражения рабочего ваттметра проходящей мощности по формуле

Г, = (КСВ, - 1)/(КСВ, + 1). Измерение основной погрешности

Основную погрешность определяют сличая показания рабочих ваттметров с показаниями образцовых средств 2-го разряда в соответствии с общесоюзными поверочными схемами ГОСТ 8.059-73,

I------

Государственный специальный эталон единицы мощности переменного тока на CSV

-Непосредственное сличение или при помощи компаратора [-

Образцовые ваттметры поглощаемой мощности

Образцовые ваттметры падающей и проходящей мощности

Непосредственное

сличение

компаратора

тзцрвые ваттиет/м падаятей и проходящей мощности

Непосредственное сличение

Сличение с помощьюНепосредственное

сличение

Образцовые ваттметры поглощаемой мощности

Непосредственное сличение с .1 помощью мостов постоянного тока

Сличение

через делитель

Сличение с помощью компаратора

Сличение i через делитель

Прямое измерение

Рабочие ваттметры большого и

среднего

уровня

Преобразователи

приемные малого уроВеня

мощности

Рабочие ваттметры малого уровня

Рабочие ваттметры малого уровня

Рабочие ваттметры большого и

малого

уровня

Измеритель

ные генераторы

Рис. 5.4. Упрощенная поверочная схема .ваттметтров СВЧ.

ГОСТ 8.074-73 (рис. 5.4). В качестве образцовых средств измерений можно применять ваттметры падающей или проходящей, а также поглощаемой мощности. При этом образцовая аппаратура должна, как правило, иметь погрешность в три и более раза меньшую, чем погрешность рабочего ваттметра.

Структурные схемы для измерения основной погрешности термисторных ваттметров и коэффициента эффективности приемных преобразователей приведены на рис. 5.5. Одним из основных узлов образ-



нового ваттметра падающей (проходящей) мощности является преобразователь падающей или проходящей мощности, иногда называемый калибратором. Преобразователь падающей мощности, как правило, включает в себя направленные ответвители и опорную термисторную головку. Мощность от источника СВЧ мощности через фильтр и развязывающий аттенюатор (ослабитель) поступает в основной канал преобразователя падающей мощности. К выходу одного из вторичных

(СВЧ)

Образцовый Ваттметр \ t тданщей (проходящей) --мощности

ПреобрсвоВатепь падамщей ит проходящей мощности

Рабочий ваттметр (приемный преобразователь)

Образцовый мост

мост

*-\ный потен-\ 1 циометр \

(СВЧ)

Компаратор падающей или проходящей мощности

Образцовый ваттметр поглощаемой мощности

\Высокоомный \ I потенциометр

Рабочий ваттметр (приемный преобразователь

j J Образцовый 1 мост

I Г

Рис 55. Структурные схемы установок для измерения основной погрешности термисторных ваттметров и коэффициента эффективности приемных преобразователей при иопольэоваиин образцовых ваттметров шащающей или проходящей мощности (а) и компаратора падающей или проходящей мощности и образцового ваттметраПоглощаемой мощности (б).

каналов постоянно присоединена опорная термисторная головка, к выходу второго на время измерений подключают рабочий ваттметр (приемный преобразователь). Конструкция преобразователя падающей мощности позволяет получить наиболее постоянное и близкое к единице соотношение уровней мощности нд выходах вторичных каналов

- PuAv/Poa

согл ОП

(5.2)

где Ррогл - мощность на выходе пре обра зователя падающей мощности, нагруженного на согласованный ваттметр; Pn мощность, индицируемая образцовым мостом, в схему которого включена опорн ая термисторная головка. 131

Используя поверочную установку, соответствующую структурной схеме на рис. 5.5, а, основную погрешность рабочего ваттметра можно определить по формуле

А - Рв /согл

Рв = Pe.JK, (1 - I Гв 1)

(5.3) (5.4)

- показание рабочего прибора с учетом коэффициента эффективности /Гэ и коэффициента отражения его от входа Г.

При измерении в соответствии со структурной схемой на 5.5, б основная погрешность составляет

А = Р; - РовЛ/ смв/(1 - I Г в 1). (5.5)

где Ров - показание образцового ваттметра; JV oMn - отношение мощностей на входе рабочего и образцового ваттметров поглощаемой мощности, определяемое образцовым компаратором падающей или проходящей мощности; Гд - коэффициент отражения образцового ваттметра.

В тех случаях, когда образцовая аппаратура не позволяет определить основную погрешность во всем динамическом диапазоне поверяемого прибора, допускается поэлементная поверка рабочего ваттметра.

Поэлементная поверка термисторных ваттметров заключается в определении коэффициента стоячей волны напряжения на входе приемного преобразователя; коэффициента эффективности и погрешности приемного преобразователя; погрешности измерительной схемы и вычислении основной погрешности прибора.

Структурные схемы установок для измерения коэффициента эффективности приемного преобразователя изображены на рис. 5.5. Действительное значение коэффициента эффективности приемного преобразователя рабочего ваттметра определяют, сравнивая показания образцового моста с присоединенным к нему испытуемым приемным преобразователем и образцового ваттметра падающей (проходящей) мощности (рис. 5.5, а) или показания образцового моста с подключенным к нему испытуемым приемным преобразователем и образцового ваттметра поглощаемой мощности СВЧ идр уровней мощности СВЧ, отношение которых определено образцовым компаратором (рис. 5.5, б).

При использовании схемы рис. 5.5, а с преобразователем падающей мощности расчетная формула имеет вид

Кэ = Яаам/Рссгл (1 I Гв \%

(5.6)

где Рзам - замещающая мощность, индицируемая образцовым мостом, в схему которого включен приемный преобразователь рабочего ваттметра; Гв - коэффициент отражения приемного преобразователя рабочего ваттметра; а с преобразователем проходящей мощности -

К, = Раам/Р

зам прох



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