В диапазоне СВЧ для измерения мощности используются пленочные болометры, выполненные в виде тончайшего слоя металла на диэлектрической пластинке. В отличие от термистора болометр имеет положительный температурный коэффициент и существенно более широкую полосу рабочих частот. Кроме того, у него более низкая чувствительность - 1 – 10 Ом/мВт, поэтому он служит для измерения средней мощности от 10
до 1 Вт.
Терморезисторные приемные преобразователи характеризуются размерами СВЧ тракта и степенью согласованности с ним, рабочим диапазоном частот и коэффициентом эффективности К = Р / Ро, характеризующим степень эквивалентности замещения СВЧ мощности Р мощностью постоянного или низкочастотного тока Ро.
В термоэлектрических приемных преобразователях используются термопары из стеклянных нитей со слоями разнородных металлов. Две термопары с резистивным слоем между ними конструктивно соединяют параллельно по высокой частоте и последовательно по постоянному току. К достоинствам данного преобразователя относятся малая зависимость от температуры и высокое быстродействие. При чувствительности порядка 1 мВ/мВт обеспечи-вается измерение малой и средней мощности (10
- 1 Вт).
Принцип работы измерительного блока, используемого совместно с термисторным и болометрическим преобразователями, состоит в измерении с помощью мостовых схем изменений сопротивления терморезистора, вызванных действием мощности СВЧ колебаний. Применяется метод замещения, СВЧ мощность замещается мощностью, выделяемой постоянным или низкочастотным током. Совместное использование этих токов упрощает методику измерения. Например, перед измерением в терморезисторе, входящем в мост постоянного тока, устанавливается определенный ток, а балансировка моста проводится с помощью низкочастотного тока. Передача СВЧ мощности нарушает баланс моста, баланс восстанавливается уменьшением постоянного тока, когда мощность этого тока уменьшается на величину, равную СВЧ мощности. Сопротивление терморезистора принимает значение, которое он имел до подачи СВЧ мощности, это позволяет сохранить согласование в СВЧ тракте преобразователя.
Принцип работы измерительного блока термоэлектрического измерителя мощности состоит в прямом измерении термо-ЭДС с помощью малошумящего высокочувствительного усилителя постоянного тока и аналогового или цифрового отсчетного устройства. Усилитель выполняется как и в ряде вольтметров, с конвертированием постоянного напряжения в переменное, его усилением и преобразованием в выходное постоянное с помощью синхронного детектора, что позволяет измерять напряжение, начиная с 10
- 10 В.
Преобразование электромагнитной СВЧ энергии в тепловую в поглощающей водяной или твердотельной нагрузке реализуется в калориметрических измерителях мощности. Выделяемая тепловая энергия определяется с помощью термопар, например, по разности температур проточной воды на входе и выходе водяной нагрузки или по разности температур твердотельной нагрузки и ее конструктивного и теплового аналога, на который СВЧ энергия не подается. Используется замещение СВЧ мощности мощностью, выделяемой в нагревателем - спиралью, питаемой переменным током с частотой 50 Гц. Калориметрические приборы измеряют среднюю и большую мощность (10
- -10
Вт). Они используются в качестве образцовых средств измерения, поскольку имеют основную погрешность (без учета влияния рассогласования) от 0,5 до (3-5) %. К недостаткам калориметрических измерителей мощности относятся их сложность и большое (1 мин) время измерения.
1.11. Контрольные вопросы, схемы и задачи к коллоквиуму и зачету
Теоретические вопросы: значения напряжения, прибор магнитоэлектрической системы, цифровой вольтметр (ЦВ) с кодово-импульсным преобразованием, ЦВ с время-импульсным преобразованием, ЦВ с двойным интегрированием, детекторы и вольтметр средневыпрямленных значений, преобразователи и вольтметр среднеквадратичных значений, последовательный пиковый детектор, параллельный пиковый детектор, амплитудный и импульсный вольтметры, измерение мощности на СВЧ.
Схемы: принципиальные всех детекторов, функциональные всех цифровых и аналоговых вольтметров.
Задачи: 1. Рассчитать, сделав аналитический вывод, коэффициенты формы, амплитуды и усреднения для напряжений квадратной, пилообразной, треугольной и синусоидальной формы.
2. Найти показания в вольтах пяти вольтметров: постоянного напряжения (В2), трех вольтметров переменного напряжения – линейного (средневыпрям-ленных значений), квадратичного и амплитудного (пикового) и импульсного вольтметра (В4) при входном напряжении сложной формы, заданном графически, аналогичном приведенному на рис.37.
1.12. Список литературы
1. Дворяшин, Б. В. Метрология и радиоизмерения / Б. В.Дворяшин.- М.:Академия, 2005.С 201-231
2. Кукуш, В.Д. Электрорадиоизмерения/В. Д.Кукуш. - М.:Радио и связь,1985.С. 113-142.
3. Винокуров, В.И. Электрорадиоизмерения, под ред. В. И.Винокурова.- М.: Высшая школа, 1986. С.174-195.
4. Волгин, Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное/ Л. И.Волгин.- М.:Сов. радио, 1977. - 240 С.
2. ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ
2.1. Линейные и нелинейные цепи
Используемые в электронике цепи, устройства и системы
подразделяют на линейные и нелинейные. Название вытекает из вида
их амплитудной, или передаточной, характеристики - зависимости выход-ного напряжения или тока от входного.
Наиболее общая характеристика линейных цепей - принцип суперпозиции, состоящий в том, что отклик на сумму воздействий равен сумме откликов на отдельные воздействия. Через линейные цепи сигналы проходят, не взаимодействуя, независимо друг от друга. В общем случае форма выходного напряжения отличается от формы входного, но от амплитуды входного напряжения она не зависит, т. е. остается постоянной при изменении амплитуды. Со спектральной точки зрения на выходе линейной цепи есть только те составляющие спектра, которые были на входе. Например, из периодической последовательности импульсов узкополосный линейный фильтр может выделить гармоническое напряжение с одной из частот, кратных частоте следования импульсов. Если на входе линейной цепи действует гармоническое напряжение - одна спектральная составляющая, то она же будет и на выходе. Линейная цепь не изменяет формы гармонического напряжения, она изменяет только его амплитуду и фазу. Эти изменения называют линейными искажениями, а цепь характеризуют зависимостью модуля и фазы коэффициента передачи от частоты - частотной и фазовой характеристикой. Регулярные линейные искажения в ряде случаев удается скомпенсировать.
Для нелинейных цепей принцип суперпозиции не выполняется, отклик на сумму воздействий отличается от суммы откликов на отдельные воздействия. Форма выходного напряжения при неизменной форме входного зависит от амплитуды последнего, т. е. меняется при ее изменении. Со спектральной точки зрения нелинейная цепь характеризуется возникновением на ее выходе новых спектральных составлявших, которых не было на ее входе, т. е. нелинейными искажениями. Нелинейные цепи разделяют на цепи с существенной нелинейностью и слабонелинейные цепи. У первых нелинейность является большой и полезной, необходимой для создания соответствующих устройств, например, смесителей, умножителей частоты, импульсных устройств. Ко вторым относятся цепи и устройства, которые в первом приближении являются линейными, их относительная нелинейность невелика (не превышает единиц процентов в самом худшем случае), однако ее вредное влияние необходимо учитывать. В эту группу входят почти все реальные усилительные устройства и тракты передачи сигналов. Главными источниками нелинейности в них являются транзисторы и диоды с нелинейными характеристиками, реже учитывается нелинейность катушек индуктивности с ферромагнитным сердечником и крайне редко - конденсаторов на основе материалов с зависящей от напряжения диэлектрической проницаемостью. Нелинейные искажения оказывают наиболее вредное влияние на работу большей части электронных устройств и систем, снижая их качественные показатели.
2.2. Критерии нелинейности
Простейшим способом оценки нелинейных искажений является использование амплитудной характеристики нелинейной системы Uвых=f (Uвх). С учетом малости искажений в слабонелинейных цепях, устройствах и системах их характеристики представляются степенным полиномом:
Uвых=α1Uвх + α2U2вх+…+ αnUnвх. (1)
Чаще всего ограничиваются тремя членами этого полинома. Нормируется относительное отклонение характеристики от идеальной линейной (рис.1) – относительная нелинейность характеристики:
,
количественно она обычно выражается в процентах. При учете трех членов в (1) Uвых. ид = α1Uвх, ∆Uвых = α2U2вх+ + α3U3вх, отсюда
|
- более чем в 2 раза.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
Основные порталы (построено редакторами)