г - радиус внутреннего проводника коаксиальной линии в метрах;

г -внутренний радиус наружного проводника коаксиальной линии.

Следует указать, что выражение (3.6) дает значение давления, вызываемого только электрической составляющей поля. Давление, вызываемое магнитной составляющей поля, равно:

Пондеромоторная сила, действующая на короткозамыкающий поршень в боковом плече Т-образного волноводного соединения, может быть выражена:

где р мощность, передаваемая по волноводу, в ваттах;

с -скорость света в свободном пространстве в м/сек; I - длина волны в свободном пространстве н волноводе в метрах;

k - коэффициент, зависящий от положения поршня, Он может быть вычислен, либо измерен [47]. Если используется схема Т-образного соединения, причем применяется скомпенсированный тройннк, то k----\ и

2с /.

Для случая давления электромагнитных волн на отражающий чувствительный элемент (отрезок прямолинейного провода или пластинку), подвешенный внутри волновода или объемного резонатора, установлены теоретические соотношения между вращающим моментом, действующим на чувствительны!) элемент, и напряженностью поля или с. в. ч. мощностью. )

Для отрезка прямолинейного провода длиною /

зависи-

мость между вращающим моментом и напряженностью поля для несимметричной подвески определяется формулой

где А - расстояние от средины провода до оси вращения.

Для пластины, подвешенной в волноводе, зависимость между вращающим моментом и мощностью может быть выражена формулОй

•и=- -- 1 (З.Ш)

где / и /-В -длина волны в свободном пространстве и волноводе соответственно; b - шунтирующая проводимость, вызываемая элементом; У - угол поворота пластинки-

т. ah

Ьеличина - может быть рассчитана для данной формы элемента либо измерена [48].

§ 6 Пондеромоторные измерители мощности, основанные иа давлении электромагнитных волн на стенки волновода, коаксиальной линии или объемного резонатора

Рассмотрим устройство и действие пондеромоторных измерителей с.в.ч. мощности, в которые используется давление электромагнитных волн на стенки волновода, коаксиальной линии или объемного резонатора.

Рис. 38. Мембрана в узкой стенке Еолновода.

Рис. 37. Мембррна {.М) в uinpoKoii стенке волновода. ИУ - ипдикйтор-ное устройство.

Пондеромоторные измерители мошности состоят из двух основных частей: 1) мембраны, на которую воздействует электромагнитная волна (Л1), 2] килмкаторного устройства, с помощью которого определяется смещение мембраны, пропорциональное величине измеряемой мощности (ИУ).

На рис. 37 приведена схема устройства, в котором используется механическая сила, действующая на стенки волновода при прохождении по нему электромагнитной энергии. Эта сила вызывает смещение мембраны, вмонтированной в стенку волновода так, чтобы она не вносила значительных неоднородностей. Смещение мембраны воздействует на индикаторное устройство и является мерой проходящей по волноводу мощности.

На рис. 38 приведена другая скема прибора. Она от.тичается только тем, что мембрана монтируется не на широкой стенке волновода, а на узкой.

Сила, вызывающая смещение мембраны, в первой схеме направлена внутрь волновода, а во второй - во внешнее пространство.

На рис. 39 показана схема широкополосного измерителя мош-

.-. U(i 65

Рис. 39, Мембрана п коаксиальной линии.

ностн. в этом приборе используется коаксиальная линия. Поскольку прн данной мощности напряженность поля в коаксиальной линии не зависит от частоты, то и величина пондеромоторной силы также не будет зависеть от частоты.

Мембрана в коаксиальных из.мерителях крепится с помощью резиновой шайбы РШ. Наличие резиновой шайбы создает разрыв тока и приводит к тому, что сила пондеромоториого воздействия, обусловленная магнитной составляющей поля, будет равна иулю.

Таким образом, мембрана будет работать только под воздействием сил электрического поля. В противном случае результирующее действие пондеромоторных сил было бы равно нулю.

Рис. 40. Мембрана в стенке объемного резонатора, присоединенного к волноводу.

На рис. 40 приведена схема прибора, в котором мембрана устанавливается на стенке объемного резонатора, который связан с волноводным трактом при помощи элемента связи. Пондеромо-торное воздействие электромагнитного поля на стенки резонатора пропорционально плотности энергии. В случае настройки объемного резонатора в резонанс пондеромоторное воздействие будет максимальным. Таким образом, подобные измерители, хотя н имеют значительно большую чувствительность, являются узкополоснымн система.ми. Другп.м нх недостатком является необходимость в точном определении коэффициента передачи мощности от основного тракта к резонатору, что существенно повышает погрешность при использовании их в качестве абсолютных измерителей.

Выбор мембраны имеет решающее значение. Заделка мембраны в волновод не должна существенно влиять на распределение электромагнитного поля в волноводе. Поэтому большое внимание следует уделять выбору размеров мембраны и ее конструктивному выполнению,

В некоторых случаях при измерении мошностн в импульсных режимах с целью повышения чувствительности измерителя мощное ти собственную частоту мембраны целесообразно выбирать равной частоте следования импульсов. Многочисленные исследования мембран различной конструкции (гофрированные, плоские, язычковые и др.) показали, что наиболее чувствительной является мембрана, закрепленная с одной стороны.- язычкового типа (ЯМ), схематически показанная на рис. 41.

кварцевой

Недостатком мембраны язычкового типа является излучение через шели. Поэтому для точных измерений мощностей необходимо использовать мембрану, закрепленную со всех сторон (рис. 42), Индикаторное устройство должно обеспечивать измерение малых механических перемещений. На рис. 43 приведена схема и конструкция индикаторного устройства с кварцевой пластинкой.

Кварцевая пластинка посеребрена с наружной и внутренней сторон. Внутренняя металлизированная поверхность пластинки заменяет металлическую стенку волновода.

Преимущество данной схемы заключается в том, что здесь отсутствует мембрана, а электромагнитное поле воздействует непосредственно на пьезокварцевую пластинку.

На рис. 44 показана схема индикаторного устройства с емкостным датчиком, применяемая для измерения импульсной мощности.

Применяя в схеме с емкостным датчиком катодный чительную чувствнте шность

Рис. 41. Мембрана язычкового типа.

повторитель, можно получить зна-устройства. Такие схемы могут бы1Ь использованы при из.\1ерениях относительно «алы.ч мощностей порядка 10 ватт.

Верхний предел измеряемой мошности с помощью измерителей мощности, основа!111ЫХ девлении электромагнитных воли на стенки волновода, коаксиальной линии или резонатора.

практически органичен М лишь снижением элек-

трической прочности линии, причем с увеличением мощности точность измерений возрастает. Пробивная мощность в ваттах для однородного прямоугольного волновода

Рис. 42. Мембрана, закрепленная со всех стороа. определяется следующим выражением:

(3,11)

W проб - пробивная напряженность электрического поля в в.м-

а и b ~ размеры поперечного сечения прямоугольного волновод;; в ж;

и >.в -длина волны в свободном пространстве и волновоте соответственно.

цевой пластинки составляет 40-

Пробивная напряженность электрического поля на частотах миллиметрового диапазона составляет £проб2,5-iO ejMM.

Нижний предел измеряемой мощности при применении квар-

-50 кет в импульсе, что соответствует средней мощности в 40 - 50 ватт.

При использовании сег-нетового бнморфного элемента и упругой диафрагмы нижний предел измеряемой средней мощности снижается до ватта и даже до долей ватта.

При измерениях малых мощностей индикаторное устройство становится сложным и громоздким. Пондеромоторные ваттметры такого типа, как правило, применяются для измерения больших мощностей.

Пондеромоторным измерителям мощности присущи как случайные, так и систематические погрешностн.

Основными источниками случайных погрешностей являются механические вибрации волновода и акустические шумы, наводки на измерительные цепи индикаторного прибора от посторонних полей, вариация индикаторного устройства и т. п.

Систематические погрешности изм е ригеля обусловливаются в основном отражениями от нагрузки, включенной иа выход измерителя, искажениями поля ввиду наличия мембраны, неточностью размеров поперечного сечения волновода или коаксиальной линии, систематическими погрешностями индикаторного устройства и т. п.

Однако некоторые из приведенных основных

Рис. 43. Схема и конструкция индикаторного устройства с пьезокварцевон пластинкой.

/. Отрезок волновода. 2 Кварцевая пластина- 3. Де тали прижимного устройства. 4. Прижимной винг S. Усилитель. 6. Ламповый иольтметр.

Рис. 44. Блок-схема измерений импульсной мошности индикаторным устройством с емкостным датчиком. / Генератор. 2. Отрезок волновода. 3. Емкостный тат чик. 4. Нагрузка. 5. Усилитель. 5. Оинхронный детектор Г. Ламповый вольтметр. &. .Модулятор.

источников систематических погрешностей имеются лишь прн использовании прибора в качестве абсолютного измерителя. Погрешность известных измерителей такого типа обычно лежит в пределах 5- ]о%, если на выходе измерителя включена согласованная нагрузка. При наличии в тракте отражений погрешность резко возрастает.

При длине мембраны, равной половине длины волны в волноводе, зависимость давления от коэффициента отражения нагрузки определяется выражением:

Poos. 1 + ipP 3,2)

Рверт

где р - коэффициент отражения нагрузки;

О -угол падения плоской волны на боковую поверхность волновода.

Систематическая погрешность подобных измерителей может быть значительно .меньшей, если приборы не будут использоваться как абсолютные, а будут проградуированы по более точным, образцовым приборам (например, калориметрическим измерителям). В этом случае их систематическая погрешность будет в значительной степени исключена, а неисключенный остаток систематической погрешности будет в основном определяться погрешностью градуировки и погрешностью вследствие рассогласования.

§ 7. Поидеромоторные измерители мощности, основаииые на давлении электромагнитных волн на отражающие элементы, введенные внутрь волновода или объемного резонатса

Рассмотрим схемы пондеромоторных измерителей мощности, использующих механическое действие электромагнитных волн на гфепятствие, введенное в волновод или резонатор.

На рис. 45 приведена схема прибора, в котором использхется пондеромоторное действие электромагнитного поля в волноводе на подвешенный на кварцевой нити отрезок тонкого провода. Провод подвешивается-под таким углом к плоскости сечения волновода, чтобы обеспечить максимальную чувствительность прибора. Теоретический анализ показывает, что угол поворота под влиянием проходящей мощности пропорционален величине мощности.

На рис. 46 приведена другая схема измерителя .мощности.

Рис. 45. Схема пондеромоторного

измерителя мощности с отрезком провода в волноводе.