Федеральнеагентство з освіти
Санкт-Петербурзькийдержавний електротехнічний університет "ЛЕТІ"
Кафедра Електронногоприладобудування
Доповідь
з дисципліни:
Вимірювання тавипробування в НВЧ діапазоні
на тему
"Вимірювання НВЧ потужності"
Виконав:
Студент Лебедєв Р.Ю.
Група 5062
Перевірив:
Беневоленський Д. М.
Санкт-Петербург
2010
Зміст
Введення
1. Способи вимірювання НВЧ потужності
2. Методи вимірювання НВЧ потужності
2.1 Вимірювання поглинається потужності
2.2 Вимірювання проходить потужності
Висновок
Список літератури
Введення
Потужність в загальному виглядіТобто фізична величина, яка визначається роботою, виробленої в одиницючасу. Одиниця потужності ват (Вт) відповідає потужності, при якій за однусекунду виконується робота в один джоуль (Дж). На постійному струмі і змінномуструмі низької частоти безпосереднє вимірювання потужності часто замінюєтьсявиміром діючого значення електричної напруги на навантаженні U, діючого значення струму,протікає через навантаження, кута зсуву фаз між струмом і напруги P = UI cosП†. В НВЧ діапазоні вимірювання напругиі струму стає скрутним. Сумірність розмірів вхідних ланцюгіввимірювальних пристроїв з довгої хвилі є однією з причиннеоднозначності вимірювання напруги і струму. Вимірювання супроводжуютьсязначними частотними похибками. Слід додати, що вимірнапруги і струму в хвилеводних трактах при деяких типах хвиль, втрачаєпрактичний сенс, оскільки подовжня складова в провіднику відсутня, ареальна різниця потенціалів між кінцями будь-якого діаметру перетину хвилеводудорівнює нулю. У зв'язку зі сказаним на частотах починаючи з десятків мегагерцкращим і більш точним ставати безпосереднє вимірюванняпотужності, а на частотах понад 10000 МГц - це єдиний вид вимірювання,однозначно характеризує інтенсивність електромагнітного коливання. Длябезпосереднього вимірювання потужності НВЧ застосовують методи, засновані нафундаментальні фізичні закони, що включають метод прямого вимірювання основнихвеличин: маси, довжини і часу.
При цьому розрізняють дваосновні випадки:
- вимірювання потужності,проходить від джерела в дану навантаження;
- вимірювання потужності,яку джерело може віддати в узгоджену навантаження (поглинається потужності).
1. Способивимірювання НВЧ потужності
Вимірюванняпотужності джерела електромагнітних коливань (генератора).
Згіднозагальноприйнятому визначенню, під потужністю генератора розуміють потужність,що віддається їм у узгоджене навантаження (рис.1). В цьому випадку вимірюванапотужність повністю розсіюється на деякому вимірювальному еквіваленті навантаженняз наступним вимірюванням потужності теплового процесу. Такі вимірювачі потужностіназиваються Ваттметри поглинаючого типу. Так як навантаження має повністюпоглинати вимірювану потужність, то використання приладу можливо лише приВідключення споживачів. Результат вимірювання буде найбільш точним, якщовхідний опір вимірювального приладу повністю узгоджено з вихіднимопором досліджуваного генератора або хвильовим опором лініїпередачі, тобто Zг = Z н.
Вимірювання електричноїпотужності, що виділяється в навантаженні, повний опір якої може бутидовільно.
У цьому випадку міжгенератором і навантаженням включається спеціальний пристрій, що перетворює віншу форму лише незначну частину переданої по лінія енергії і непорушує процесу її передачі (Рис.2)
Принципова відмінністьцих двох груп полягає в тому, що прийомні перетворювачі в першому випадкурозсіюють всю подводимую СВЧ потужність, а в другому, як правило, споживаютьнезначну частину потужності, що проходить в навантаження.
Вимірювальний пристрій
Як правило, воно включаєвузли та блоки, що перетворюють вихідний сигнал приймального перетворювача в сигнал,зручний для індикації й подачі на відліковий пристрій, калібратор (принеобхідності) та інші допоміжні вузли. В залежності від типу приймальногоперетворювача, вимірювальним пристроєм може служити самобалансірующейся містабо міст з ручним балансуванням (для біологічний і термісторних ватметрів),підсилювач постійного або змінного струму, імпульсний підсилювач, механічнавимірювальна система і т.д.
Основні вимоги,пред'являються до вимірювального:
- постійністькоефіцієнта передачі в робочих умовах експлуатації (лінійна амплітуднахарактеристика);
- мала інерційність;
- мала нестабільностіпоказань (в тому числі дрейф нуля);
- зручне і (або)автоматизоване управління.
відліковий пристрій
Індукує потужність,рассеиваемую перетворювачем, в аналоговому або цифровому вигляді. Зазвичай відліковийпристрій суміщають з вимірювальним.
2. Методи вимірювання НВЧ потужності
А. Вимірювання поглинаєтьсяпотужності
Вимірювання поглинаєтьсяпотужності є найбільш поширеним видом вимірювання НВЧ потужності.Приймальні перетворювачі ватметрів поглинається потужності, що єеквівалентом узгодженої навантаження, включать на кінці передавальної лінії. ВЗалежно від виду застосовуваних перетворювачів розрізняють такі методивимірювань: теплові (калориметричний, болометріческій, термоелектричний);метод вольтметра; метод з використанням частотно - виборчих феритовихелементів.
Вимірюванняпотужності за допомогою резистивних термочутливих елементів (терморезисторів)
НайбільшНайпоширенішим методом виміру малих потужностей, на якому побудованіпромислові ватметри, є метод вимірювання опору терморезисторапри розсіянні в ньому електромагнітної енергії. В якості резистивнихтермочутливих елементів використовуються болометри, опір якихзростає з підвищенням температури (позитивний температурний коефіцієнтопору), і термістори, опір яких зі зростанням температурипадає.
Основнимиперевагами термісторів в порівнянні з болометр є їх більш високачутливість і велика стійкість до перевантажень.
термісториназивають терморезистор, виготовлений зі спеціального напівпровідниковогоматеріалу, що володіє великим негативним температурним коефіцієнтом опору,тобто температурна характеристика термістора - негативна. Застосовують дватипу термісторів: стрижневий і бусінковий. Стрижневі термістори мають більшвисокою електричною міцністю і мають відносно меншу реактивнеопір. Термістори бусінкового типу за інших рівних умов маютьменшу поверхню охолодження і тому володіють більшою чутливістю.Чутливість термістора висока-від 10 до 100 Ом/мВт. Для отримання високоїчутливості робочу точку термістоpa вибирають на ділянці з максимальноюкрутизною характеристики.
Болометр -дротяний або плівковий терморезистор з позитивним температурнимхарактеристикою, поміщений в скляний (вакуумний або наповнений інертнимгазом) балон. Для збільшення чутливості нитка виконана з матеріалу звисоким температурним коефіцієнтом опору. Болометри меншчутливі, ніж терморезистори, але мають більш стабільні, що не залежать відтемператури навколишнього середовища характеристики.
термістори або болометр поміщаютьвсередину вимірювальної головки, що складається з відрізка хвилеводу або коаксіальноїлінії. Зміна опору терморезистора при розсіюванні в ньомуелектромагнітної енергії вимірюється зазвичай за допомогою мостових схем.
Промисловітерморезисторні ватметри мають загальну абсолютну похибку порядку 4 ... 10%.Похибки вимірювання таких ватметрів визначаються в основному ступенемузгодженості навантаження і якістю вимірювальної головки. Істотнимнедоліком термісторних і болометріческіх ватметрів є обмеженнямаксимального значення вимірюваної потужності. Практично стандартні термісториздатні витримати без руйнування потужність, не перевершує декількохдесятків мілліватт.
Вимірювання потужностітермопарами
Даний методвиміру заснований на реєстрації значення термоЕРС, що виникає при нагріваннітермопари ...
