Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Из многих вариантов водяных нагрузок чаще других применяют две системы. В первой системе нагрузки используется стеклянный сосуд клинообразной формы ((<морковкаэ), вводимый внутрь волновода. Циркулирующая вода обеспечивает поглощение энергии и отвод выделяющегося тепла. Устройство волноводной нагрузки видно из рис.
812. Согласование обеспечивается формой и размерами поглом щающего сосуда. Во второи систе ме водяных нагрузок используется стеклянная трубка, пересекающая волновод под малым углом относительно его оси. Сухие и водяные нагрузки вы- сокого уровня мощности при правильно выбранных размерах обеспечивают согласование, хаРис. 8.11. Устройство согласованной волноводной нагрузки Рактеризуюшееся КСВ менее высокого уровня мощности 1,1 — 1,2 в полосе частот порядка 1 — входной фланец 2 — стенки из 20 39% от среднеи частоты, поглощающей керамики с карои дом кремния, 8 — теплоотводящий Стремиться к еще более высокой степени согласования мощных нагрузок не всегда целесообразно, гак как они, как правило, не используются в качестве эталона согласования. Одним из важных применений водяных согласованных нагрузок является калориметрический измеритель мощности, простейшая схема которого изображена на рис.
8.12. Средняя во времени мощность, поглощаемая в нагрузке, может быть определена через разность температур проточной воды ~1 и ~~ на входе и на выходе поглотителя и через скорость протекания воды о через нагрузку Учитывая механический эквивалент теплоты, можно записать Рсреди О 2 ~~ (~ -' ~1) 1 ь Здесь через с обозначена удельная теплоемкость воды, которую можно приближенно считать не зависящей от температуры, равная 1 жал/г град. Скорость протекания воды о в этом соотношении должна быть выражена в граммах в секунду. Измерение температур 11 и ~~ в схеме, изображенной на рис.
8.12, производится двумя чувствительными термометрами с ценой деления не более 0,1'С. В некоторых случаях с этой же целью применяются градуированные термопары. С целью уменьшения погрешностей, связанных с возможным неравенством начальной температуры воды 11 и температуры окружающей среды, иногда прибегают к предварительному подогреву воды. Для измерения скорости протекания воды применяется расходомер — сосуд с отверстием, через которое протекает вода. Высота столба воды й в сливном сосуде в установившемся режиме однозначно связана со скоростью о. Калибровка сливного сосуда сводится к экспериментальному определению зависимости о=~(Й~ при заданном диаметре сливного отверстия.
Рис 8Л2. Водяная волноводная нагрузка высокого уровня мощности в простейшем кало- риметрическом измерителе мощности 1 — волновод, 2 — стеклянный сосуд с проточнои во дой (поглотитель), 3 — термометры, 4 — сливнои со суд расходомера, 5 — калиброванное отверстие б — вход и выход воды, 7 — буферный сосуд 8— кран для регулирования скорости течения воды Обычный калориметрический измеритель обеспечивает изме рение средних мощностей, величина которых составляет более- 1 вт. Измеряемая средняя мощность может доходить до нескольких сотен киловатт. Некоторые трудности возникают лишь при рассеянии сверхвысоких средних мошностей, приближающихся к 0,5 — 1 Мвт. Погрешность измерений оценивается обычно величиной порядка 3 — 5%.
Специальные типы калориметрических измерителей позволяют измерять очень малые средние мощности— порядка единиц милливатт и менее. Калориметрический измеритель мощности дает возможность производить измерения не только при непрерывном, но и при ичпульсном режиме генератора сверхвысокочастотных колебании Инерционность измерителя весьма велика, поэтому разность температур на входе и на выходе определяется только средней мощностью Р,р„„. С другой стороны, величина Рср~дн связана с импульсной мощностью Р„„соотношением Р йР р д (8.3) (8.4) Величина й по определениям (8.3) и (8.4) всегда больше единицы.
В типичных импульсных режимах работы радиолокационной аппаратуры коэффициент скважности имеет порядок 1000. В некоторых случаях, однако, величина Й бывает значительно ниже и в режиме меандровой модуляции доходит до 2. Частота повторения импульсов обычно бывает известна с большой точностью из режима работы задающего генератора. Для определения формы и длительности импульса применяются специальные импульсные осциллографы, позволяющие наблюдать огибающую импульса высокочастотной мощности.
Таким образом, величина Р„„находится расчетным путем по измеренным значениям Р,р„„и ~; точность измерения мощности в импульсе также зависит от точности осциллографических измерений. Калориметрическое измерение мощности относится к числу абсолютных измерений, т. е. не нуждается в предварительном сравнении с каким-либо другим эталонным измерителем.
В настоящее время, помимо калориметрического метода, находят применение два других метода измерения мощности, также являющихся абсолютными, но использующих другие принципы. Первый метод основывается на пондеромоторном действии волны, распространяющейся по волноводу, второй — на изменении сопротивления металла или полупроводника в результате нагрева, обусловленного поглощением высокочастотной мощности. Из указанных способов наиболее широко применяется второй„рассматриваемый в 8.6.
ф 8.4. ОСЛАБИТЕЛИ (АТТЕНЮАТОРЫ) Высокочастотные ослабители или аттенюаторы служат для изменения (уменьшения) мощности сигнала, проходящего по волноводному или коаксиальному тракту. Основной областью применения ослабителей СВЧ является измерительная техника. где Й вЂ” коэффициент скважности, зависящий от формы и длительности импульса, а также от частоты следования импульсов. В случае импульсов строго прямоугольной формы коэффициент скважности определяется через длительность импульса с и частоту повторения импульсов ~ очевидным соотношением 1 й = —. Ослабление сигнала бывает необходимо, например, для создания развязки между генератором и нагрузкой, т. е.
для устранения влияния измеряемого объекта на мощность и на частоту генерируемых колебаний (см. ~ 7.6). Ослабители применяются также для уменьшения поступающего сигнала в известное число раз, например, при измерении большой мощности прибором, рассчитанным на небольшую мощность. Ослабители оказываются полезными для регулирования уровня мощности с целью получения желаемого сигнала в том или другом измерительном приборе (измерительной линии, волномере и др.). Помимо основного требования, сводящегося к изменению уровня мощности, к ослабителям диапазона СВЧ обычно предъявляется требование постоянства согласования входа и выхода ослабителя.
Необходимость согласования вытекает из существования явления затягивания частоты генераторов СВЧ. Броме того, согласованный по входу и выходу ослабитель исключает погрешности, могущие возникнуть в процессе измерений за счет эффекта сопряженного согласования. Сама величина ослабления, вносимого ослабителем в тракт, однозначна лишь при условии согласования ослабителя с входной и выходной линиями. Все ослабители, используемые в технике сверхвысоких частот, можно разделить на две принципиально различные группы,— взаимные (обратимые) и невзаимные (необратимые) ослабители взависимости от того, подчиняются ли они принципу взаимности или обратимости.
По характеру ослабления различают ослабители предельного ~запредельного~ типа, использующие свойства запредельного волновода, и поглои~аюи~ие ослабители, в которых ослабление происходит за счет поглощения и Рассеяния в виде тепла части поступающей мощности. Четырехполюсники, обеспечивающие изменение проходящей мощности только за счет отражения волны, например, штырь или металлическая заслонка, расположенные внутри волновода, обычно как ослабители не рассматриваются. По конструктивным признакам различают ослабители переменные (Регулируемые) и ослабители фижсированные.
В зависимости от типа тракта применяются коаксиальные, волноводные и другие типы ослабителей. Существуют и другие признаки, по которым можно классифицировать ослабители,— ослабители калиброванные и грубые, ослабители низкого и высокого уровней мощности и др. Наиболее широкое применение в настоящее время нашли обратимые ослабители низкого уровня мощности, рассчитанные на среднюю мощность, не превьппающую примерно 1 вт.
а. Поглощающие ослабатели Типичный обратимый поглощающий ослабитыь низко~ о ~ровня мощности состоит из отрезка волновода или другои передающей линии, в котором расположены поглощающие элементы, выполненные в виде пластин (ножей) . Материалом для пластин может явиться диэлектрик с поглощающим слоем, как и в случае согласованных нагрузок. Согласование ослабителя по входу и по выходу достигается соответствующими скосами пластин.
Пластины должны быть расположены в плоскости вектора электрическог о поля в волноводе. Отличие ослабителя от согласованной нагрузки сводится фактически к наличию выхода у ослабителя. Ослабитель .является поглощающим четырехполюсником, в то время как согласованная нагрузка — двухполю сник. Ппглои~ающая пластина Птлацакицая пластина Рис 8.13. Ножевые поглощающие ослабители в волноводе прямоугольного сечения при волне типа Н1о Примеры конструктивного выполнения регулируемых погло'цающих ослабителей в прямоугольном волноводе при волне типа Ни показаны на рис. 8ЛЗ. Регулировка ослабления может осуще- ~ твляться перемещением пластины внутри волновода от узк~й тенки по направлению к середине широкой стенки (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
