Зависимость сопротивления проволочного болометра от температуры в общем виде может быть записана как

(2.23)

где 0 = Гк-Гко р-

Постоянная рассеяния Л, термочувствительного элемента определяет чувствительность и дрейфовые характеристики ваттметра. Дрейф показаний отсчетного прибора при изменении температуры окружающей среды прямо пропорционален постоянной рассеяния болометра (термистора):

АР = ht-> А0. (2.24)

Основные характеристики наиболее распространенных болометров и термисторов приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Как термисторы, так и болометры используют для измерения малых уровней мощности непрерывных сигналов и среднего значения мощности импульсно-модулированных СВЧ сигналов. На практике предпочтение отдают термисторам из-за их более высокой чувствительности и большей энергии перегорания при одном и том же максимальном пределе измерений среднего значения мощности импульсно-модулированных сигналов. Вместе с тем проволочные и нитевидные болометры на стекловолокне применяют для измерения малых уровней импульсной мощности благодаря их малой постоянной времени. На проволочных болометрах, имеющих высокую стабильность параметров, строят образцовую аппаратуру. Плоские пленочные болометры поз-юляют расширить динамический диапазон средних уровней мощности до 1000 мВт. Для уровней мощности ниже 10 мВт такие болометры малопригодны из-за большой постоянной рассеяния, обусловливающей значительный дрейф показаний при измерениях.

i.3.2. конструкции коаксиальных приемных преобразователей

Коаксиальные приемные преобразователи могут быть с одним или двумя термочувствительными элементами. В первом случае для включения термистора (болометра) в измерительное устройство применяют высокочастотные дроссели, во втором-дроссель не нужен.

Приемный преобразователь с одним термистором (рис. 2.16) представляет собой отрезок коаксиала, на конце которого включен термистор Rt- таким образом, что один из его выводов продолжает централь-

измери тельному устройству

измерительному устройству

Рис. 2.16. Упрощенная конструкция приемного термисторното преобразователя с дросселем (а) и его этсвивалентная схема (б).

ный проводник 1, а второй соединен с корпусом заглушки, образующей с внешним проводником линии 2 конденсатор С . Конденсатор и дроссель Др в виде спирали Архимеда обеспечивают включение термистора в цепь моста постоянного тока. Дроссель припаивают к внутреннему и внешнему проводникам линии и располагают в плоскости поперечного сечения коаксиала. Сопротивление дросселя постоянному току и токам низкой частоты значительно меньше рабочего сопротивления преобразователя. Для токов СВЧ дроссель представляет большое реактивное сопротивление в рабочем диапазоне частот и поэтому не вносит рассогласования. Емкость конденсатора подбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление в рабочем диапазоне частот было во много раз меньше рабочего сопротивления преобразователя.

Размеры дросселя определяют рабочий диапазон частот преобразователя. СВЧ дроссель с некоторым приближением можно представить в виде короткозамкнутого шлейфа определенной длины. Тогда его проводимость будет изменяться, как показано на рис. 2.17. На низких ча-2* 35

герв - окота на женщину /у.м

500 f,Mrc{

Рис. 2.17. Изменение проводимости дросселя в диапазоне частот.

стотах сопротивление дросселя шунтирует передающую линию, при этом возникают большие отражения. На высоких частотах из-за последовательного резонанса дросселя линия снова оказывается зашун-тированной. Резонанс дросселя приводит не только к возрастанию

КСВ преобразователя, но и к уменьшению коэффициента эффективности К, что подтверждают экспериментально полученные данные рис. 2.18.

Первый резонанс наступает приблизительно при длине волны = 2 / (/ - длина проволоки дросселя). Затеем резонансы повторяются при длинах волн, близких к кратным значениям длины волны первого резонанса. Кратность не выдерживается точно, поскольку с ростом частоты изменяется влияние паразитных параметров дросселя на резонансную частоту. Дроссель выбирают таким образом, чтобы его низшая резонансная частота была выше верхней частоты рабочего диапазона преобразователя. Окончательные размеры дросселя устанавливают экспериментально.

Схема рассмотренного коаксиального преобразователя (рис. 2.16) положена в основу конструкций приемных преобразователей М5-8,

М5-12(рис. 2.19)и М5-17,.М5-18.

В большинстве случаев для измерений используют преобразователи, не требующие настройки при эксплуатации. Оптимальное положение термистора в согласующей камере устанавливают при регулировке преобразователя, перемещая термистор или смещая относительно него камеру (рис. 2.19). Входное сопротивление преобразователей с фиксированной настройкой изменяется с изменением частоты. Изменение входного импеданса преобразователя в небольших пределах частично компенсируют изменением рабочего сопротивления термистора (сопротивления постоянному току), достигаемым изменением тока подогрева. Современные коаксиальные термисторные преобразователи без перестраиваемых элементов имеют КСВ 1,5 в рабочем диапазоне частот.

W0 200 300 W0 f,/Wrt4

Рис. 2.18. Зависимость Ка преобразователя, встроенного в прибор МЗ-1А, от частоты.

В последнее время широко используют термисторные вставки [36], выполненные на безбаллонных термисторах, обеспечивающие лучшую взаимозаменяемость, чем термисторы в стеклянных баллонах. Термисторная вставка (рис. 2.20) представляет собой согласованную коаксиальную нагрузку. Один из выводов безбаллонного термистора

Согласутщая камера

Рис. 2.19. Конструкции приемных преобразователей М5-8 (а), M5-I2 (б):

Др -дроссель; До - термистор; - KoiueHcaTop.

приварен в ней к центральному проводнику, а второй - к корпусу. Корпус вставки выполняет роль внешнего проводника и предохраняет термистор от механических повреждений. В зависимости от волноюго сопротивления линии передачи термисторные вставки имеют различные диаметры проводников коаксиала: для 50-омного тракта - 2,3 X X 1 мм, для 75-омного - 3 X 0,85 мм. Поскольку термистор во вставке имеет короткие токоподводы и расположен близко к корпусу, его коэффициент теплоотдачи существенно повышается. Это приводит к увеличению мощности подогрева, необходимой для получения желаемого рабочего сопротивления.

Термисторную вставку включают в линию приемного преобразо-

вателя таким образом, что их внутренние проводники продолжают друг друга, а корпус контактирует с корпусом заглушки, которая образует с внешним проводником конденсатор (рис. 2.21). Рабочее сопротивление вставки для 50-омного тракта составляет 50-100 Ом, для 75-омного - 75-100 Ом. На базе термисторных вставок созданы термисторные преобразователи М5-29 -М5-32 (см. рис. 2.21). Конструкция преобразователей позволяет заменять термисторные вставки в процессе эксплуатации без подрегулировки. Заметим, что это не исключает аттестацию преобразователя по коэффициенту эффективности для каждой новой вставки. Иногда аттестацию выполняют заранее для всего сомп-лекта вставок.

В корпус преобразователя дополнительно монтируют термокомпенси-рующую вставку, аналогичную рабочей, чтобы обеспечить работу преобразователя с измерительными устройствами, в которых предусмотрены схемы компенсации дрейфа, вызванного флуктуацией температуры окружающей среды.

Рис. 2.20. Термисторная вставка:

/ - центральный проводник; 2 - корпус; R f° - термистор.

, . Рис. 2.21. Конструкция приемного преобразователя М5-30: К/рабочая и термокомпенсирующая термисторные вставки; Др-дроссель; С -

конденсатор.

В настоящее время все большее применение находят коаксиальные преобразователи, не требующие дросселя для включения термисторов (болометров) в измерительную цепь. Такие преобразователи должны иметь два идентичных термочувствительных элемента, включенных в линию передачи параллельно, а в измерительную цепь - последовательно. Преобразователи без дросселя хорошо согласуются в широком диапазоне частот. Так, одним преобразователем с входным 38

сечением коаксиала 7 X 3 мм можно перекрыть диапазон частот от 10 МГц до 18 ГГц. Конструкция модуля с термисторными элементами такого преобразователя аналогична изображенной на рис. 2.13. Болометрический преобразователь с двумя идентичными болометрами приведен на рис. 2.22.

Наличие двух элементов может ухудшать характеристики преобразователей из-за возникновения дополнительной неэквивалентности замещения измеряемой мощности мощностью постоянного тока. Возрастание неэквивалентности замещения обусловлено неидентичностью характеристик

Рис. 2.22. Общий вид (в разрезе) болометрического прео€разователя М5-46-.

/ - вставка; 2 - конденсатор; 3 - вкладыш нз диэлектрика; 4 - согласующая камера.

элементов, из-за которой неравномерно распределяются мощности замещения и СВЧ между отдельными элементами. Пoдpoбнeej данный вопрос будет рассмотрен далее. Этот недостаток можно исключить, используя преобразователи с теплосвязанными сдвоенными элементами 138]. Конструктивно наиболее простым сдвоенным элементом является термисторная бусинка с тремя выводами (рис. 2 2.23). Такой термистор монтируют во вставке (рис. 2.24), ко-

Рис. 2.24. Термисторная вставка со сдвоенным TepMiiCTopoM:

/ - центральный проводник; 2 - внешний проводник: 3 -корпус; <-меманиая пружина; Rfo - термистор; Ск - конденсатор.

Рис. 2.23. Термисторная бусинка с тремя выводами.

торая представляет собой отрезок коаксиала сечением 2,3 X 1 мм. Корпус вставки 3 и внешний проводник коаксиала 2 разделены конструктивным конденсатором С в виде керамической шайбы с посеребренными плоскостями. Средний выюд термистора приварен к внутреннему проводнику вставки, а два других-к внешнему проводнику и корпусу соответственно. Преобразователь, конструкция которого приведена на рис. 2.25, а, содержит две идентичные термисторные вставки, одна из которых является рабочей (Rti), а вторая - термо-компенсирующей (Rt)-

В преобразователе с теплосвязанными термисторами конденсатор Ci, включаемый в разрез внутреннего проводника коаксиальной ли-