Методы измерения импульсной проходящей мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХНУРЭ

Кафедра МИТ

Реферат

По дисциплине: «Измерения в микроволновом и оптическом диапазонах»

На тему: «Методы измерения импульсной проходящей мощности»

Харьков 2010



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КОСВЕННЫЙ МЕТОД

2. МЕТОД ДИОДНОГО ДЕТЕКТОРА (ДАТЧИКА)

3. МЕТОД, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ЭФФЕКТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКА В СВЧ ПОЛЕ

4. МЕТОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОРАЗРЯДНОГО ДАТЧИКА

5. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

6. МЕТОД СРАВНЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ СВЧ НЕПРЕРЫВНЫХ КОЛЕБАНИЙ

7. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ОДИНОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Мощность в общем виде есть физическая величина, которая определяется работой, производимой в единицу времени. Единица мощности ватт (Вт) соответствует мощности, при которой за одну секунду выполняется работа в один джоуль (Дж).

Для непосредственного измерения мощности СВЧ применяют методы, основанные на фундаментальных физических законах, включающие метод прямого измерения основных величин: массы, длины и времени.

При этом различают два основных случая:

- измерение мощности, проходящей от источника в данную нагрузку (проходящей мощности);

- измерение мощности, которую источник может отдать в согласованную нагрузку (поглощаемой мощности).

В первом случае применяют ваттметры проходящей мощности, во втором - ваттметры поглощаемой мощности[1].

Измерение импульсной мощности наиболее часто производится в радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии и различных системах передачи информации, таких, как системы с кодово-импульсной модуляцией, с широтно-импульсной модуляцией, с фазово-импульсной модуляцией. В радиопередающих устройствах с импульсной модуляцией мощность в импульсе является важной энергетической характеристикой, которая требует количественной оценки с заданной погрешностью как в процессе их создания, так и в условиях эксплуатации.

Известны самые разнообразные методы измерения мощности импульсно-модулированных сигналов. Рассмотрим самые распространенные [2].



1. КОСВЕННЫЙ МЕТОД

Самым простым, но менее точным является косвенный метод, основанный на определении импульсной мощности расчетным путем по результатам измерения средней мощности. На основе сложных, но, как правило, и более точных методов создают приборы с непосредственной индикацией измеряемой величины в аналоговой или цифровой форме.

Вычисление импульсной мощности по результатам измерения средней мощности. Точное измерение импульсной мощности по результатам измерения средней возможно в том случае, когда форма импульсов близка к прямоугольной. Для случаев, когда форма импульсов значительно отличается от прямоугольной, погрешность этого метода резко возрастает даже с учетом поправочных коэффициентов на форму импульсов.

Средняя мощность периодически повторяющихся импульсов может быть измерена калориметрическим или болометрическим методом при условии, что постоянные времени этих методов велики по сравнению с периодом повторения импульсов. Измерение длительности импульса и периода повторения производится известными методами, например с помощью осциллографа. Если форма импульса отличается от прямоугольной, вносят поправку на коэффициент формы, который равен отношению амплитуды измеряемого импульса к амплитуде эквивалентного импульса той же длительности и площади (энергии). Для точного измерения этого коэффициента необходимо определить форму огибающей импульса (после детектирования), внести поправку на нелинейность детектора, измерить площадь импульса и определить амплитуду эквивалентного прямоугольного импульса. Поправку на нелинейность детектора определяют с помощью генератора стандартных сигналов; выходное напряжение детектора калибруют в зависимости от мощности на входе.

Погрешность метода определяется следующими составляющими: погрешностью измерения среднего значения мощности; погрешностью измерения длительности импульса; погрешностью измерения частоты следования импульсов; погрешностью определения коэффициента формы импульса.

Суммарная погрешность данного метода при прямоугольной форме импульсов и постоянной скважности составляет от 5 до 10%[3].

2. МЕТОД ДИОДНОГО ДЕТЕКТОРА (ДАТЧИКА)

Измерения импульсной проходящей мощности с применением диодных датчиков основано на измерении напряжения на известном сопротивлении. Ламповые (вакуумные) диоды применяются в диапазоне частот до 3 ГГц. На более высоких частотах их применение ограничивается из-за существенного роста частотной составляющей погрешности, а также из-за конечного времени пролета электронов и больших значений межэлектродных емкостей. На рис. 2.1 приведена схема датчика на вакуумном диоде, встроенном в коаксиальный тракт.

Рис. 2.1 - Схема простейшего датчика на вакуумном диоде

Для уменьшения поступающего на диод напряжения применяются емкостная связь или направленный ответвитель. Импульсное напряжение подается на диод и выпрямляется. Сопротивление нагрузки шунтируется конденсатором С, напряжение на котором при известном сопротивлении нагрузки может быть пересчитано в значение импульсной или средней мощности. Эквивалентная схема диодного датчика, применяемого для измерения импульсной мощности, изображена на рис. 2.2.

Рис. 2.2

В процессе работы конденсатор С заряжается в момент поступления импульса и разряжается в промежутках между ними. Так как внутреннее сопротивление диода Ri должно быть значительно меньше сопротивления RH,то заряд происходит значительно быстрее разряда. Через период Т напряжение на емкости становится постоянным. Процесс можно считать установившимся, если уменьшение напряжения на емкости в момент разряда равно приращению напряжения в момент заряда.

Определить соотношения между параметрами эквивалентной схемы датчика и параметрами СВЧ сигнала можно из временной диаграммы на рис. 2.3.

Рис. 2.3 - Временная диаграмма для определения соотношения между параметрами СВЧ сигнала и эквивалентной схемы датчика



Если то напряжение на емкости

Угол отсечки можно определить из уравнения

- длительность импульса;

Т0 - интервал между импульсами.

Увеличение емкости С приводит к увеличению времени установления стационарного процесса. Входное сопротивление находится по следующей формуле:

Так как обычно коэффициент заполнения Q значительно меньше единицы, то из приведенного выше выражения следует, что входное сопротивление датчика имеет меньшее значение, чем при измерении непрерывного сигнала. Как уже говорилось, область применения диодных датчиков ограничивается вследствие возрастания частотной погрешности, которая обусловливается резонансным влиянием во входной цепи и влиянием конечного времени пролета электронов между электродами вакуумного диода. Для случая, когда цепь может быть представлена эквивалентной схемой в виде однородной линии с распределенными параметрами, частотная погрешность определяется из следующего выражения

где - резонансная частота входной цепи.

Влияние конечного времени пролета электронов сказывается на уменьшении сопротивления датчика.

Контроль малых уровней мощности, а также импульсной мощности в диапазоне частот выше 3 ГГц может осуществляться с помощью датчиков на полупроводниковых диодах СВЧ. Обычно они применяются для относительной оценки проходящей мощности. Эквивалентная схема СВЧ диода изображена на рис. 2.4.

Рис. 2.4 - Эквивалентная схема СВЧ диода

Параллельно внутреннему сопротивлению диода включена межэлектродная емкость С. Последовательно Ri включены индуктивность и сопротивление вводов .

Максимально подводимая средняя мощность может составлять Вт и не более нескольких ватт в импульсе при длительности импульса 1 мкс и частоте повторения 1000 Гц. Зависимость сопротивления диодов от выпрямленного напряжения затрудняет их согласование в широком диапазоне частот, поскольку диод представляет собой комплексное сопротивление. Схема датчика на полупроводниковом диоде, предназначенного для контроля импульсного значения проходящей мощности, представлена на рис. 2.5.



Рис. 2.5 - Схема датчика на полупроводниковом диоде

В состав схемы входят направленный ответвитель с детекторной головкой и автокомпенсационный преобразователь. Проходящая по высокочастотному тракту электромагнитная энергия через направленный ответвитель проходит на полупроводниковый диод С выходного диода видеоимпульсы поступают на усилитель с отрицательной обратной связью.

Амплитуда видеоимпульсов при работе на квадратичном участке характеристики диода пропорциональна мошности измеряемых радиоимпульсов. В схемах датчиков могут применяться диоды типов Д 605 и др. Благодаря использованию нулевой точки вольт-амперной характеристики диода в режиме компенсации значительно уменьшается влияние температуры и разбросов характеристик от детектора к детектору на погрешность изменения мощности. Динамический диапазон, так же как и частотный, в основном определяется характеристиками применяемых диодов. Для полупроводниковых диодов, работающих на квадратичном участке, динамический диапазон составляет не более 20 дБ, для ламповых диодов в линейном режиме он может превьпиать 30 дБ.

Погрешность измерения мощности автокомпенсационным методом определяется следующими составляющими: частотной погрешностью диодного датчика, которая может составлять в зависимости от точности калибровки от 6 до 10%; погрешностью, обусловленной нелинейными свойствами диода. Для различных диодов эта погрешность может составлять t-3%; погрешностью из-за измерения параметров импульсов (длительности и частоты следования), которая может составлять 2-3% при длительности импульсов более 1 мкс и частотах следования от 100 Гц до 10 кГц; погрешностью измерения компенсирующего напряжения постоянного тока, которая в зависимости от выбранного метода индикации может не превышать долей процента; погрешностью, обусловленной наличием гармонических составляющих в спектре сигнала; погрешностью рассогласования.

Пользуясь известными методами, можно показать, что максимальная погрешность для данного случая составит 8 - 12% без учета погрешности рассогласование Уменьшение погрешности за счет гармонических составляющих в измеряемом сигнале осуществляется применением источников с хорошей фильтрацией (до 60 дБ)[3].

3. МЕТОД, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ЭФФЕКТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКА В СВЧ ПОЛЕ

Большое значение при измерении импульсной проходящей мощности имеют явления, которые происходят в полупроводниках под действием электромагнитного поля в СВЧ диапазоне частот. Эффект разогревания носителей тока в сильном электромагнитном поле может существенно изменять сопротивление полупроводника практически безинерционно, что можно использовать при измерении импульсной мощности в СВЧ диапазоне.

Если полупроводниковый образец поместить в волновод, то можно предположить, что для проходящей в волноводе СВЧ мощности он представляет собой чисто активную нагрузку, и изменение проводимости происходит безинерционно. Мгновенное значение напряженности поля Е в полупроводнике будет зависеть от проходящей в волноводе мощности Р следующим образом:



где - удельное сопротивление полупроводника; V - объем полупроводникового образца, помещенного в волновод.

Для случая, когда образец помещен через широкую стенку волновода, по которому проходит волна типа Н10, и при

не зависит от Е и

где Р - поглощаемая импульсная мощность, определенная экспериментально.

Если , что в действительности имеет место в германии при достаточно больших Е, то, проведя усреднение, получим

Очевидно, от конкретного выражения, определяющего функцию будет зависеть и погрешность определения Е. Кроме того, из-за этой погрешности возникают трудности определения Р, когда образец имеет малый объем, и часть мощности, падающая на образец, выводится через отверстие в широкой стенке волновода, через которое он вводится в волновод.

Полупроводниковые образцы представляют собой брусочки, длина которых равна высоте прямоугольного волновода. Сечение образца около 10" см. Образец помещается в волноводный тракт в область максимального электрического поля через отверстие в середине широкой стенки волновода. Экспериментальная проверка показывает, что изменение проводимости в наибольшей степени проявляется в кремнии с электронной проводимостью и в германии с электронной и дырочной проводимостями. у германия с электронной проводимостью при напряженности поля 5 кВ/см подвижность электронов изменяется в 4 раза. Для разогрева носителей тока электромагнитным полем высокой частоты требуются мощности, в миллионы раз меньшие мощностей для нагрева до такой же температуры атомов кристаллической решетки. Этим и объясняется безинерционный разогрев носителей тока в полупроводнике в отличие от инерционного в болометрических, калориметрических и термопарных методах.

На подвижность носителей тока оказывает влияние окружающая температура, причем в сильных электромагнитных полях эта зависимость значительно меньше, чем в слабых. Вследствие этого применение полупроводниковых образцов из германия n- и р-типов при температуре выше комнатной ограничено, поскольку удельное сопротивление германия быстро уменьшается с повышением температуры.

Полупроводниковые образцы из кремния n-типа могут работать до 100 "С и выше, однако требуют температурной компенсации. Схемы термокомпенсации могут быть основаны на термостатировании или на автоматическом изменении параметров измерительной схемы. В ряде случаев удается получить хорошую термокомпенсацию температур от -50 до +60°С с полупроводниковыми кремниевыми образцами n-типа. В качестве компенсирующего элемента в мостовой схеме используется второй образец из такого же материала. Погрешность метода зависит также от качества обработки поверхности полупроводника, поскольку при различных способах обработки изменяется скорость поверхностной рекомбинации носителей тока. Чтобы концентрация носителей тока оставалась постоянной, необходимо стабилизировать скорость поверхностной рекомбинации электронов путем обработки поверхности полупроводника в специальных растворах, после чего их поверхность покрывают защитным слоем лака. Влияние поверхностных эффектов устраняется путем уменьшения диффузионной длины носителей тока за счет уменьшения времени их жизни, что достигается применением примеси из золота.

Датчики для измерения импульсной мощности, основанные на эффекте изменения проводимости полупроводника в электромагнитном поле, обладают очень хорошими свойствами. Расчеты показывают, что погрешность датчика не зависит от частоты до 10 в 10й степени Гц из-за безинерционности разогрева носителей тока в полупроводниковом материале. Градуировка датчиков принципиально возможна по видеоимпульсному сигналу, что значительно уменьшает погрешность калибровки датчика по сравнению с погрешностью калибровки по СВЧ мощности, так как в последнем случае погрешность увеличивается при пересчете средней мощности в импульсную. Для уменьшения погрешности за счет изменения КСВН применяется конструкция датчика в виде пластинки длиной , которая устанавливается на широкой стенке волновода вдоль распространения волны в максимуме поля, при этом чувствительность датчика несколько снижается. Такая конструкция обеспечивает погрешность измерения мощности ±15% при изменении КСВН от 1,05 до 3,6. Полупроводниковый образец обладает сравнительно большим сопротивлением, поэтому для его согласования с измерительной цепью требуется катодный или эмиттерный повторитель[3].

4. МЕТОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОРАЗРЯДНОГО ДАТЧИКА

Методы, основанные на использовании эффекта изменения проводимости полупроводника, кристаллических и вакуумных диодов, хотя и применяются для измерения и контроля импульсной мощности, но имеют ряд недостатков, ограничивающих область их возможного использования. Например, датчики, основанные на эффекте изменения проводимости полупроводника, имеют недостаточную чувствительность, которая к тому же уменьшается с уменьшением частоты. Кристаллические детекторы и болометры имеют низкую перегрузочную способность, а вакуумные диоды требуют дополнительных источников питания и трудно согласуются с трактом, а также имеют возрастающую погрешность с увеличением частоты.

Эти недостатки отсутствуют в методах, основанных на использовании некоторых свойств газоразрядных приборов. В газоразрядных датчиках для контроля СВЧ мощности используется эффект изменения проводимости плазмы под действием электромагнитной энергии. Существуют две разновидности плазменных приборов: газоразрядные датчики и газоразрядные детекторы. В-первых в результате взаимодействия поля с плазмой между электродами датчика возникает направленный диффузионный ток заряженных частиц вследствие разности их энергии и концентрации в различных зонах газового разряда. Во-вторых, плазма возбуждается вспомогательным источником постоянного тока. Прирост начального тока в цепи электродов пропорционален уровню мощности, воздействующей на плазму. Этот прирост происходит в результате повышения энергии и изменения концентрации заряженных частиц под воздействием электромагнитного поля.

Газоразрядные детекторы и датчики имеют двухэлектродную конструкцию.

Разряд происходит между центральным электродом в виде штыря и цилиндром, являющимся вторым электродом.

Датчики включаются в СВЧ тракт с помощью измерительной головки (рис. 4.1).



Рис. 4.1 - Измерительная головка газоразрядного датчика

Высокочастотная энергия поступает на вход датчика через разъем. Внешний цилиндрический электрод изолируется от корпуса по постоянному току диэлектрической прокладкой. Штыревой электрод соединяется с корпусом головки. Выходной сигнал снимается между корпусом и цилиндрическим электродом. Датчик работает на произвольную нагрузку и может рассматриваться как источник напряжения и как источник тока.

Для работы газоразрядного детектора необходим источник постоянного напряжения 120-130 В. Поджиг прибора осуществляется кратковременной подачей напряжения 300 - 600 В. Внутреннее сопротивление детектора удовлетворительно согласуется с волновым сопротивлением коаксиального тракта в широком диапазоне частот. Увеличение падающей мощности вызывает рост разрядного тока и уменьшение внутреннего сопротивления детектора. Детекторная характеристика датчика близка к линейной в диапазоне изменения мощности от 0,5 до 2 Вт. Нижний предел зависит от мощности погасания газового разряда и равен 200 - 300 мВт. Мощность поджига в непрерывном режиме не более 1,5 Вт. В случае необходимости разряд может быть получен при меньшей мощности путем кратковременной подачи напряжения амплитудой 2СЮ В. Верхний уровень мощности определяется уровнем теплового разрушения электродов и изоляторов датчика и не превышает 5 Вт.

Крутизна характеристики по току максимальна при нагрузке 10 - 50 Ом, и на частоте 3100 МГц она составляет 1,5 - 2 мА/Вт. Датчик работоспособен при повышении сопротивления нагрузки и не выходит из строя при коротком замыкании электродов, но включение в тракт необходимо производить через направленный ответвитель как нагрузку, поскольку датчик имеет значительный КСВН. В импульсном режиме детекторная характеристика датчика линейна в диапазоне мощностей 0,3 - 2 кВт; крутизна характеристики 150 В/кВт на частоте 3000 МГц. На частоте 10000 МГц крутизна характеристики уменьшается до 40 В/кВт.

Мощность поджига на частоте повторения импульсов 1500 Гц составляет 40 Вт. При уменьшении частоты следования импульсов мощность поджига возрастает и на частоте 10 Гц достигает 800 Вт. Инерционность датчика меньше 0,1 мкс. Газоразрядные детекторы более чувствительны, чем датчики. Детекторная характеристика их линейна в пределах от 1 до 100 мВт и может быть выражена следующим соотношением:

где - прирост тока; Р - падающая СВЧ мощность; к - коэффициент, зависящий от частоты и сопротивления нагрузки.

Верхний предел ограничивается переходом разряда постоянного тока в высокочастотный и увеличением КСВН прибора. Время нарастания выходного импульса не превышает 3,5 мкс. Детекторная характеристика в импульсном режиме практически не отличается от детекторной характеристики, снятой в непрерывном режиме. При подаче на вход детектора импульса длительностью менее 1 мкс с выхода можно получить треугольные импульсы, крутизна которых пропорциональна мощности. Продифференцировав эти импульсы, можно получить прямоугольные импульсы с амплитудой, пропорциональной импульсной мощности.

Газоразрядные приборы устойчиво работают в диапазоне температур от -60 до +125 °С, а температурный коэффициент не превышает 1% на 10 °С[3].

5. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Для измерения импульсной СВЧ мощности могут применяться пьезоэлектрические датчики, принцип действия которых основан на деформации пьезоэлемента под действием электромагнитной энергии. Электродвижущая сила на электродах такого датчика пропорциональна энергии, вызвавшей его деформацию.

Пьезодатчик конструктивно накладывается на отверстие в узкой стенке волновода. Минимальный уровень измеряемой мощности 3 - 5 кВт в миллиметровом диапазоне длин волн.

Чувствительность датчика составляет 100 - 250 мкВ/кВт при длительности импульса 0,1-0,2 мкс.

Длительность фронта выходного импульса пьезоэлемента равна 1 мкс, а среза - 80-100 мкс.

Температурная погрешность метода не превышает 5% в диапазоне температур от -10 до - 70°С.

Результирующая погрешность измерения не превьшает 15%[3].

6. МЕТОД СРАВНЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ СВЧ НЕПРЕРЫВНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Измерение импульсной мощности по этому методу основано на сравнении пиковой мощности радиочастотного импульса с непрерывной СВЧ мощностью той же частоты. На рис. 6.1 приведена структурная схема, которая содержит быстродействующий коммутатор на полупроводниковом диоде, позволяющий производить идентичные выборки импульсного и непрерывного сигналов.

Рис. 6.1 - Структурная схема измерителя импульсной мощности, основанного на методе сравнения

датчик метод поле полупроводник

При измерении импульсная мощность через ручной коаксиальный коммутатор поступает на вход диодного коммутатора, имеющего два выхода. Выход 1 нормально закрыт. Генератор стробирующих импульсов подключает вход к выходу 2 на время, меньшее длительности импульса СВЧ. Этот генератор через линию задержки синхронизируется генератором импульсов, модулирующих источник измеряемой импульсной мощности. Таким образом, коммутатор переключается каждый раз, когда на его входе появляется измеряемый импульс. Импульс СВЧ с выхода 2 поступает на детектор, постоянное напряжение на выходе которого измеряется и регистрируется. Затем источник импульсной мощности отключается переключателем Кл, а на вход диодного коммутатора через калиброванный направленный ответвитель подается непрерывная мощность. Выдерживая все параметры стробирующего импульса такими же, как и в предыдущем случае, мощность непрерывного сигнала устанавливают такой, чтобы напряжение на выходе детектора оказалось равным напряжению, зарегистрированному ранее при подключении импульсного источника. Измеренная известными методами непрерывная мощность будет равна импульсной мощности источника. Осциллограф в этой схеме служит для регистрации момента равенства амплитуд измеряемого и стробирующего импульсов. Для уменьшения погрешности за счет рассогласования входной КСВН коммутатора должен быть как можно меньше. При КСВН, равном 1,08, максимальная погрешность не превышает 2%. Применение направленного ответвителя увеличивает погрешность до 3%. Определенное влияние на значение погрешности оказывает изменение скважности импульсов.

На рис. 6.2 приведена схема измерения импульсной мощности, где влияние изменения скважности сведено к минимуму. Эта схема, как и предыдущая, основана на последовательном сравнении импульсной мощности с регулируемым уровнем мощности непрерывного опорного сигнала той же частоты, что и несущая частота импульса.

Рис. 6.2 - Схема измерения импульсной мощности с компенсацией изменения скважности

Определенная часть мощности от генератора импульсов подается во вторичное плечо калиброванного четырехплечего ответвителя и далее через второй ответвитель - на приемник. Видеоимпульс с выхода приемника поступает на осциллограф и триггерный коммутатор, который подключает источник непрерывного опорного сигнала на период времени, равный интервалу между импульсами. Выход опорного непрерывного сигнала через вторичное плечо первого ответвителя соединяется с образцовым измерителем мощности. Часть мощности непрерывного сигнала через второй ответвитель подается на приемник, огибающая сигнала регистрируется на экране осциллографа. Благодаря наличию коммутатора развертка осциллографа в течение каждого периода импульсной модуляции запускается дважды. Таким образом, непрерывный сигнал и огибающая импульса на экране осциллографа перекрываются, что позволяет точно совместить уровень опорного сигнала с амплитудой импульса. Уровень импульсной мощности определяется по значению мощности, измеренному образцовым ваттметром, умноженному на коэффициент связи направленного ответвителя и на множитель n - 1, где n - отношение уровней сигнала опорного источника соответственно в положениях «выключено» и «включено». Максимальная погрешность метода составляет 3%. Метод применим в диапазоне от метровых до миллиметровых длин волн. Динамический диапазон уровня измеряемой мощности при применении направленных ответвителей составляет от единиц милливатт до сотен киловатт.

Основным элементом, необходимым для технической реализации описанных методов, является коаксиальный диодный коммутатор, который должен иметь следующие технические характеристики: время переключения - единицы наносекунд; входное сопротивление 50 Ом; допустимую мощность около 3 Вт; вносимые потери 1,5 дБ; высокую развязку (70 дБ) в выключенном положении, что очень важно, так как среднее значение мощности непрерывных колебаний и импульсов может отличаться более чем на 33 дБ при коэффициенте заполнения 0,0005.

Если погрешность за счет утечки в переключателе не должна превышать 0,1%, то развязка должна быть не ниже 63 дБ. В коммутаторе применяют точечные германиевые диоды, обладающие большим обратным сопротивлением и достаточно малым временем переключения, что позволяет получить прямоугольный стробирующий импульс длительностью не менее 100 не.

Диоды монтируются на полосковой линии. Все провода, несущие постоянный ток, развязываются индуктивно-емкостными фильтрами. Для согласования коммутатора с 50-омной линией предусматриваются элементы подстройки. С их помощью изменяется емкость между внутренними и внешними проводниками, что обеспечивает хорошее согласование в полосе около 40 МГц[3].

7. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ОДИНОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Для измерения мощности одиночных или редко повторяющихся импульсов используется метод преобразования (детектирования) СВЧ сигнала и последующего преобразования амплитуды полученного видеоимпульса в длительность импульса, а затем в унитарный код, фиксируемый счетчиком импульсов. На рис. 7.1 приведена структурная схема прибора, где в качестве детектора СВЧ сигнала используется полупроводниковый датчик, у которого под действием электромагнитного поля изменяется проводимость.

Рис. 7.1 - Схема измерения мощности одиночных импульсов с датчиком, измеряющим проводимость



Датчик представляет собой делитель напряжения постоянного тока, одним из плеч которого является полупроводниковый стержень, расположенный в волноводе параллельно силовым линиям электрического поля. Изменение напряжения на сопротивлении полупроводникового стержня определяется выражением где R(Е) - сопротивление стержня в электрическом поле с напряженностью Е; R(0) - сопротивление образца при отсутствии поля; R - сопротивление второго плеча делителя; U - напряжение питания делителя.

С датчика импульсное напряжение поступает через катодный повторитель на преобразователь амплитуды импульсов в длительность, который работает на принципе заряда емкости до значения амплитуды входного импульса и последующего линейного разряда. Интервал времени, равный длительности разряда, пропорционален амплитуде входного сигнала. При изменении амплитуды импульса от 1,5 до 20 В длительность изменяется от 30 до 600 мкс. Эти прямоугольные импульсы через формирователь подаются на схему совпадения, на которую также поступают импульсы от специального генератора. На выходе схемы совпадения формируется серия импульсов с числом импульсов, пропорциональным длительности импульса на выходе преобразователя. Эти импульсы поступают на счетчик и цифровой индикатор.

Погрешность измерения мощности одиночных и редко повторяющихся импульсов составляет 15-20%[3].



СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Билько М.И., Томашевский А.К., Шаров П.П., Баимуратов Е.А.. Измерение мощности на СВЧ. (Серия «Радиоэлектронные измерительные приборы».) М.: «Сов. радио», 1976, 168 с.

2. http://www.akran.ru/bt/229/49/

3. Измерения в электронике: Справочник/ В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских и др.; Под ред. В.А. Кузнецова,- М.: Энергоатомиздат, 1987, 521 с.

Размещено на Allbest.ru