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]

небольшом участке диапазона частот). Точно так же, как и в сл\ае терчисторной головки, к. п, д. болометрическо!! головЮ-i зависит н от с. в. ч- Потерь в ией.

Коэффициент полезного действия болометрических головок с металлической нитью обычно выше, а стабильность их параметров лучше, чем соответствующие параметры термисторной головки.

В последнее время все большее распространение получают пленочные болометры, представляющие собой тонкую (порядка датей микрона) металлическую пленку, нанесенную иа подложку из изолятора (например, слюды).

Сопротивление пленки обычно выбирается около 200-400 ом иа квадрат. Пленка, являясь поглощающей нагрузкой и термочувствительным элементом, обычно располагается в болометрический гсътовке в плоскости, нормальной к осевой линии волновода. Она шунтирует волновод активным соп]отивлением, близким к его волновому сопротивлению, что обеспечивает хорошее согласование болометрической головки в широком диапазоне частот.

И в случае пленочного болометра может возникать неэквивалентность нагрева пленки с. в. ч. мощностью и мощностью постоянного тока (как за счет поверхностного эффекта, так и за счет неодинакового распределения плотности поглощаемой мощности на поверхности пленки).

Конструкции термисторных и болометрических головок могут быть различными. Однако можно указать на два основных типа термисторных и болометрических головок: настраиваемые и не-настраиваемые.

В настраиваемых головках полное эквивалентное сопротивление цепи термистора (вместе с его вводами, крепящими цанга:<1и н т. п.), на любой частоте может быть трансформировано с помощью различных согласующих устройств в активное сопротивление, равное волновому сопротивлению волновода. Другими словами, с помощью согласующего устройства на любой частоте рабочего диапазона можно скомпенсировать отражения мощности.

Конструкция ненастраиваемых головок обеспечивает в достаточно большо-м рабочем диапазоне частот удовлетворительное согласование, т. е, ненастраиваемые головки обычно более широкополосны, чем настраиваемые. Широкополосность такого типа головок достигается за счет взаимной компенсации дополнительных отражений, возникающих при расстройке относительно средней частоты, от поршня и от узла термистора (самого термистора, крепящих цанг и т. п.). Ненастраиваемые головки более удобны в эксплуатации и поэтому находят широкое при.менение в рабочих измерителях мощности.

Термисторный измеритель мощности типа ВИ.1-1, выпускаемый отечественной промышленностью, является измерителем с

автоматическим мостом с прямым отсчетом, комплектующимся набором ненастраиваемых термисторных головок для работы в диапазоне волн до 8 мм. Однако к. с. в. н. широкополосных головок в рабочем диапазоне частот обычно достигает 1,7, а иногда и более, что приводит к появлению значительных цогрешностей вследствие рассогласования и является совершенно недопустимым для образцовых приборов.



трсики

Рис. 33. Конструкция настрэиааемой термисторной головки.

Поэтому в образцовых приборах обычно применяются (или во всяком случае должны применяться) настраиваемые термисторные или болометрические головки. Перед измерением мощности измерителями с настраиваемой головкой необходимо согласовать вход прибора по измерительной линии или другому прибору того же целевого назначения, пользуясь органами настройки головки. Согласование входа прибора является дополни тельной сравнительно трудоемкси операпиеГ. которую приходите/ 1роводить при каждом изменении рабочем частоты. Это обстоя-те тьство и обусловливает ограниченное П) име нение настраиваемых головок.

На рис, 33 приведена упрошенная схема, поясняюшая устройство одного из типов настраиваемых головок, а на рис. 34 - ненастраиваемых термисторных головок. На piic. 35 дана схема головки с пленочным болометром. Головки, предназначенные для работы с ниточными болометрами, аналогичны гермнсторны.м головкам.



Хотя и принято считать, что термисторные и болометрические измерители мошности предназначены для измерения как непре-


Рис. 34. Схема ненастраиваемой термисторной головки.

i 1


Рис. 35. Схема пленочной боло.мстрической головки.

рывной. так и средней мощности импульсно-модулированных колебаний, последние исследования показывают, что при измерении средней мощности импульсно-модулированных колебаний могут возникать значительные дополнительные погрешности. Эти погрешности тем меньше, чем больше тепловая постоянная времени термистора. Наибольшую постоянную времени имеют термисторы типа ТШ с Продолговатой сравнительно массивной бусинкой.

§ 4. Энтракометры

Действие энтракометров, как и плепочн.ы.\ болометров, основано на изменении сопротивления тонкой металлической пленки под влиянием нагревания ее с. в ч. мощностью. Однако энтракометр, в отличие от пленочного болометра, является прежде всего изме- рителем проходящей с. в. ч. мощности. Поглощающая пленка в нем

рассеивает не всю, а лишь обычно небольшую часть подведенной к прибору мощности, в то время как основная часть мощности поступает на выход прибора.

Чувствительный элемент (пленка) в энтракометрах монтируется по центру волновода (как и в болометрических головках), но ее размеры и сопротивление таковы, что она поглощает лишь нужную часть мощности, являясь как бы полупрозрачной для распространяющихся по волноводу волн.

Часть с в. ч. мощности, пог-ющениая в пленке, вызывает ее нагрев и поэтому может быть измерена таким же образом, как и в случае болометрических измерителей мощности.

Соотношение между поглощенной частью мощности и мощностью, прошедшей через прибор на его выход, может быть измерено на рабочей частоте как затухание св. ч. мощности методами, применяющимися для измерения затухания ослабителей (см. гл. IV).

Следовательно, мощность на выходе прибора (или на его входе) может быть рассчитана по данным измерения поглощенной части мощности с учетом градуировочного коэффициента, характеризующего энтракометр как ослабитель, т. е. вычисленного по данным измерения затухания.

Конечно, это не единственный способ градуировки и зачастую энтракометры градуируются по более точным образцовым приборам на рабочей частоте.

Энтракометрам присуши все погрешности, характерные для пленочных болометрических измерителей мощности, и, кроме того, следующие дополнительные погрешности:

1. Если энтракометр градуирован методом измерения затухания, то погрещность измерения затухания при градуировке прибора становится его систематической погрешностью.

2. Если поглощающая пленка (при любом методе градуировки) имеет размер вдоль волновода значительно меньший, чем половина длины волны, то возникает дополнительная погрешность за счет отражений от прибора, включенного на выход энтракомет-ра. Появление этой погрешности обязано различной возможной амплитуде электромагнитной волны в месте, где расположена поглощающая пленка (минимум или максимум распределения амплитуды) ,

Таким образом, погрешность энтракометра может превышать погрешность соответствующего болометрического измерителя, однако несомненным преимуществом является то, что энтракометр- измеритель проходящей мощности.

При применении энтракометров. как и пленочных болометров. треб\ются тщательные меры предосторожности для уменьшения влияния изменений температуры окружающей среды. Поэтому у некоторых типов энтракометров в высокочастотной голотке мон-



тируется пара металлических пленок, имеющих одинаковые температурные коэффициенты. Одна пленка подвергается воздей ствию высокочастотной мощности, а другая монтируется вдоль стенки волновода .вне с. в. ч. поля. Таким образОМ, на обе пленки одинаково действуют изменения окружающей температуры, и, если пленки соответствующим образом включены в схему моста, условия баланса изменяться не будут. Обе пленки составляют два плеча мостовой схе.мы, выход с которых усиливается и подается на индикатор. Прибор в данном случае калибруется подачей известной мощности на активную пленку.

Изготовленные по этому принципу энтракометры, согласно данным фирмы-изготовителя, могут применяться для измерения мощности от 1 до 100 мет в диапазоне 35 000 Мгц с погрещностью 2-3%.

§ 5- Применение пондеромоториого действия электромагнитных воли для измерения с. в. ч, мощности

Еще Максвелл, развивая основные положения электромагнитной теории, указывал на наличие давления электромагнитной волиы на отражающую поверхность. Экспериментально наличие светового давления было доказано замечательными опытами П. Н. Лебедева.

Но лищь спустя шестьдесят лет это явление нашло себе применение для измерения мощности электромагнитных волн на сверхвысоких частотах. За последние пять-шесть „тет в советской и иностранной литературе появились сообщения о разработке новых измерителей с. в. ч. мощности, работающих на принципе пондеромоториого (механического) действия электромагнитных волн на отражающую поверхность или стенки с. в. ч. тракта.

Известные в настоящее время пондеромоторные измерители с в. ч. мощности можно отнести к одному из следующих двух типов"

а) измерители, основанные на давлении электромагнитных волн на стенки волновода, коаксиальной линии или объемного резонатора;

б) измерители, основанные на давлении электромагнитных волн на отражающий элемен!, помещенный в волноводе или объемном резонаторе.

Пондеромоторные измерители мощности являются в больщинстве случаев измерителями проходящей с. в.ч мощности. Они обыч но являются измерителями средней или большой мошности, однако, имеются отечественные разработки пондеромоторных измерителей мощности трехсантиметрового диапазона волн с нижним пределом измерения .мощности порядка нескольких милливатт.

Измерители, основанные на давлении электромагнитного поля, применяются для измерения как мощности непрерывных, так и средней мощности импульсио-модулированных с. в. ч. колебаний Зачастую они используются как абсолютные измерители моишости.

Рассмотрим теоретические соотношения между давлением электромагнитных волн и св. ч. мощностью.

Для случая давления электромагнитных волнна стенки волновода, коаксиальной линии или объемного резонатора это соотно-Н1ение имеет следующий вид.

Величина среднего за период давления, испытываемого горизонтальной и вертикальной стенками прямоугольного волновода, при распространении в нем волны типа Яю определяется выражениями:

P-zos-b 2~х ньютон

-, cos

cs\nb-a-b

ньютон

(3.4) (3.5)

с-а Ь-&-

среднее значение мощности в ваттах; скорость света в свободном пространстве в м/сек; ширина волновода в метрах; высоте! волновода в метрах;

угол падения плоской волны на боковую поверхность волновода;

У Кр

Sin &

Из приведенных выражений следует, что при прочих равных условиях величина давления обратно пропорциональна площади поперечного сечения волновода.

Поэтому в диапазоне миллиметровых волн достижимы большие значения пондеромоторных сил по сравнению с диапазоном сантиметровых волн при одном и том же значении мощности, передаваемой по волноводу.

На рис. 36 приведено распределение среднего за период давления на стенки t-олновода. Да-1.1ение на вертиьальн 1,1 е стенкн, обусловленное магнитным полем в волноводе, направ.ено всегда наружу. Давление на горизонтальные стенки изменяет направление. В центре стенки давление направлено внутрь, по краям - наружу.

Величина пондеромоториого действия электромагнитного поля на стенки коаксиальной линии определяется из выражения;


Рис. 36. Распределение среднего за период давления на стенки пря.чо}тольного во.тновода при волне И,„.

где Р - мощность в ваттах;

-10-г

ньютон

(3.6)




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

0.0168