Главная страница  Индикаторы миллиметровых волн 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [ 6 ] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

же углом к оси рефлектора. Под этим углом и будет направлена волна после отражения от решетки.

Такая антенная система может рассматриваться как две раздельные антенны, оси которых пересекаются под углом 2 Ь.

Максимум отраженного решеткой и принятого приемником сигнала будет в том случае, если расстояние по нормали между от-ражаюшими поверхностями смежных элементов решетки кратно половине длины волны, т. е. при выполнении соотношения:

А = - COS j, П

(2.7)

где X - длина вэлны в сантиметрах;

-угол между рамой и нормалью к отражаюшей поверхности;

п - порядок дифракции, целое число.


но прорезанными шелями с niaroM 5. Решетка устанавливается иа поворотном столике со шкалой.

Из физики известно, что длина волиы излучения выражается через углы падения и дифракции и параметр решетки следующим образом

X=-*(sini + sinrf), (2.8)

где d - угол дифракции, при котором наблюдается максимум приема;

i - угол падения излучения на решетку; S ~ шаг решетки; п - порядок спектра.

Приемный рупор связан через детектор и усилитель с самописцем, вычерчивающим график зависимости интенсивности принятого сигнала в функции угла поворота решетки. По графику рассчитывается длина волны излучения. За малый промежуток време-н.ч может быть выполнено большое число измерений. Точность измерения длины волны порядка 0,01%.

Оптические методы измерения могут быть использованы во всем диапазоне миллиметровых волн и обеспечивают более высокую точность измерений, чем резонансный метод. В силу этого при переходе к более коротковолновым участкам миллиметрового диапазона оптические методы измерений находят широкое применение.

Рис. 27, Схема измерений миллиметровых, волн с помощью дифракционной решетки.

/ Источник колебание. 2. Дифракииоиная решетка, 3, Поворотный столик, 4. Шкала. 5. Приемннк. 6. Усилитель. 7. Самописец.

Работа на приборе ведется автоматически. Решетка вращается от ф = 90 до 0 = 0; при этом положение решетки через каждые полградуса регистрируется на самописце, который вычерчивает график интенсивности принятого сигнала в функции угла поворота. Длина волны рассчитывается из данных графика. Вращение решетки может быть замедлено так, что точка максимума отсчнтывается с точностью + Г, что обеспечивает точность измерения длины волны г: 0,04%.

Блок-схе.ма несколько иного дифракцнонного спектрометра миллиметрового диапазона приведена на рис. 27.

Излучение от источника колебаний падает па дифракционную решетку, представляющую собой алюминиевый лист с равноме]!-



ГЛАВА m

МЕТОДЫ и ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ

Известные измерители мощности миллиметрового диапазона волн можно отнести к одному из следующих двух типов:

а) измерители, оонованные на тепловом действии с. в. ч. мощности;

б) приборы, основанные на давлении электромагнитных волн

(пондеромоторные измерители).

В других диапазонах волн существуют измерители мощности, основанные на эффекте Холла [44], измерители, в основу которых положен метод сравнения с. в. ч. мощности с мощностью излучения черного тела и др. Однако эти измерители еще не применяются в миллиметровом диапазоне волн и потому не рассматриваются.

Закон сохранения энергии позволяет производить измерение мощности с. в. ч. колебаний путем превращения всей мощности электромагнитной волны в тепловую мощность и последующего измерения последней калориметрическими методами.

Наиболее употребительным является метод замещения измеряемой с. в. ч. мощности, эквивалентной по тепловому действию мощностью посгоянного или низкочастотного тока. Об эквивалентности мощностей судят по одинаковой интенсивности какого-либо теплового процесса (нагрева тела, фазового перехода вещества и т. п.). Таким образом, измерение с. в.ч. мощности сводится при этом методе к измерению равной ей мощности постоянного или низкочастотного тока.

1 Классификация измерителей мощности

В зависи.мости от принципа действия измерители с. в. ч. мощности могут или включаться последовательно в волноводный тракт и измерять проходящую через них мощность, или подключаться вместо рабочего тракта как его эквиваленты и измерять мощность, поглощающчося в них. Соответственно они называются или измерителями п р о х о д ящ е й м о Щ1н ости или измерителями поглощающего типа.

С помощью ответвителей или тройников (см. гл. IV) измерители поглощающего типа могут использоваться как измерители проходящей мощности (хотя и с другими пределами измерения).

С другой стороны, подключение на выход измерителя проходя-шей мощности согласованной нагрузки превращает его в измеритель поглощающего типа { с теми же пределами измерения).

Следовательно, измерители проходящей мощности при Прочих равных параметрах являются более предпочтительными, так как они, во-первых, позволяют измерять мощность источника при работе его иа саму нагрузку, а не на ее эквивалент и, во-вторых, в случае необходимости они могут служить измерителями поглощающего типа без нарушения их градуировки.

Диапазон измеряемых в различных случаях мощностей очень широк и поэтому одни и те же приборы не могут быть пригодными для измерения и малых и больших мощностей. Малыми мощностями принято считать мощности порядка сотен милливатт и менее, большими - мощности порядка десятков ватт и более, а средними- от сотен милливатт до десятков ватт.

Соответственно и измерители с. в. ч. мощности делятся на и з м е-ригели малой, средней или большой мощности.

В технике миллиметровых волн амплитудная синусоидальная модуляция практически не применяется. Обычно генераторы работают или в режиме непрерывной генерации (иногда с частотной модуляцией), или в режиме импульсио-модулированных колебаний. В соответствии с этими режимами измерители с.в.ч. мощности предназначаются для измерения или непрерывной мощиос-ти, или с D е д н е й мощности и и м п у л ь с н с-м о д у л и р о-ванных колебаний, или мощности в импульсе. В настоящее время неизвестны измерители мощности, с помощью которых можно было бы производить в миллиметровом диапазона РОЛИ П1?ямьк измерения мощности в импуотьсо.

Мощность в импульсе обычно рассчитывается по результатам измерений средней мощности и временных параметров импульсов (длительности, скважности и формы).

В зависимости от основного назначения к измерителям мощности могут предъявляться различные требования. Образцовые приборы предназначаются в основном для поверки и градуировки рабочих приборов, обладающих большими погрешностями, а также для ответственных измерений, которые должны быть произведены с повышенной точностью. Для них решающее значение имеют такие основные параметры, как погрешность прибора в нормальных условиях работы (основная погрешность) и степень согласования его входа (к. с. в. н.)- Широкодиапазонность, удобство в работе, скорость отсчета, устойчивость к механическим сотрясениям и т. п. характеристики образцового измерителя, хотя и важны, однако являются второстепенными его параметрами.

Для рабочих приборов подобные характеристики настолько важны, что зачастую при разработке таких приборов требования.



связанные с универсальностью прибора н его эксплуатационными качествами, удовлетворяются даже в ущерб основным параметрам.

Из сказанного следует, что измерители мощности (как и другие измерительные приборы) обычно бывают либо образцовыми, лцбо р абоч им и. Это, конечно, не исключает в ряде случаев возможности применения образцовых измерителей мощности как рабочих, однако обратное, как правило, невозможно.

В заключение отметим, что если измерители позволяют производить косвенные измерения с. в. ч. мощности, в основе которых лежат результаты прямых измерений только массы, длины и времени, то они называются абсолютными измерителями с. в. ч. мощности.

Абсолютность метода или прибора не является самоцелью и не может считаться безусловным преимуществом прибора.

Даже в измерителях, принцип действия которых позволяет использовать их как абсолютные, эта возможность не реализуется, если ее реализация связана с увеличением погрещности прибора.

Зачастую такие приборы градуируются по более точным образцовым приборам (даже если они сами образцовые, но более низкого разряда) на рабочей частоте (например, пондеромоторные измерители) или калибруются путем сравнения с известной мощностью постоянного тока по эквивалентному тепловому действию (например, калориметр с фазовым переходом вещества) и, следовательно, не используются как абсолютные.

§ 2. Калориметрические измерители мощности

Как уже указывалось, в больщинстве случаев измерение с. в. ч. мощности калориметрическими измерителями производится путем замещения с. в. ч. мощности известной по величине эквивалентной по тепловому действию мощностью постоянного или низкочастотного тока.

Любой калориметрический измеритель с. в. ч. мощности состоит из следующих основных элементов:

1) поглощающей нагрузки, в которой рассеивается энергия

электро.магнитного поля, переходя в тепловую энергию;

2) волноводного тракта, подводящего с. в. ч. мощность к на-1рузке.

3) нагревателя для рассеивания за.мешаюшей мощности постоянного или низкочастотного тока, смонтированиото на с. в. ч нагрузке;

4) индикаторного устройства для сравнения интенсивности тепловых процессов, протекающих при рассеивании с. в. ч. мощности или замещающей ее мощности постоянного и.ти низкочастотною тока (например, нагрева тела, фазового перехода вещества и т. п.). Калориметрические измерители с в. ч. мощности обычно являются измерителями средней или большой мощности. Некоторые типы

этих измерителей применяются и как измерители малой мощности (порядка нескольких милливат и более)

Погрешность калориметрических измернтолей мощности миллиметрового диапазона волн обычно лежит в пределах от ± 2 до ±10%. Оии очень часто являются образцовыми приборами, так как обладают сравнительно малыми погрешностями, но относительно сложны и не особенно удобны в работе.

Калориметрические измерители большой мощности применяются и KJK образцовые и как рабочие приборы, так как измерение большой мощности с помощью других типов измерителей с, в. ч. мощности крайне затруднительно.

Тепловая постоянная времени с. в. ч. нагрузки калориметров настолько велика, что ими без существенных дополнительных погрешностей может измеряться не только непрерывная мощность, но и средняя мощность импульсно-модулированных колебаний. По этой же причине мощность в импульсе калориметрическими измерителями непосредственно не может быть измерена.

Как и в теплотехнике, калориметрические измерители с. в. ч. мошности делятся на две группы: калориметры переменной температуры и калориметры постоянной температуры.

В калориметрах переменной температуры выделение тепловой мощности приводит к повышению температуры нагрузки н соответственному изменению разности температур между ней и оболочкой калориметра. При этом неизбежно часть рассеянной в нагрузке мо!цности переходит от нее к оболочке и не воздействует на индикаторное устройство калориметра.

Часть мощности, ке воздействующая на индикаторное устройство, является мощностью тепловых потерь, влияние которой на погрешность прибора подробно рассмотрено далее.

Наиболее употребительными в настоящее время калориметрическими измерителями переменной температуры являются калориметры с проточной водой. Однако конструирование калориметров с проточной водой для миллиметрового диапазона волн встречает большие затруднения, а их погрешность при тех же уровнях мощности относительно повышается. Поэтому все большее распространение получают дифференциальные калориметры с твердой нагрузкой, которые, как правило, являются калориметрами малой и средней мощности, а также калориметры постоянной температуры.

В калориметрах постоянной температуры (изотермических ка-лсриметрах) выделение в нагрузке тепловой мощности всегда сопровождается отдачей от нее или поглощением (например, при фазовом переходе вещества) равной тепловой мощности. Поэтому температура нагрузки и перепад температур между ней и оболоч-гой ка.юримегра (обычно очень близкий к кулю) остаются неизменными во все время измерения. Таким образом, в идеальном изотермическом калориметре тепловые потери отсутствуют и вся мощность, вне зависимости от ее распределения вдоль нагрузки, ьочтеГствует па HH.iHKaTcpnoe устро11СТво.




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [ 6 ] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

0.0235