Вимірювання параметрів кіл надвисоких частот

Основні параметри кіл надвисоких частот (НВЧ) і методи їх вимірю­вань. Використання вимірювальної лінії, рефлектометрів, мостів НВЧ, по­ляризаційних засобів вимірювання: принцип роботи, особливості конс­трукції, джерела похибок.

Автоматичні засоби вимірювання коефіцієнта стоячої хвилі і повних опорів. Похибки вимірювань. Особливості вимірювання довжини хвилі в оптичному діапазоні.

Методичні вказівки

Для вивчення даної теми спочатку необхідно повторити теорію дов­гих ліній з курсу “Основи теорії кіл”, а потім уяснити фізичну сутність об­межень, які властиві більшості принципам і методам вимірювань парамет­рів елементів і кіл, які використовуються в діапазоні низьких частот.

Повний опір можна визначити, якщо відомий розподіл поля в лінії передачі (за коефіцієнтом стоячої хвилі напруги і зсувом його мінімуму) з наступним розрахунком, або за круговою діаграмою. Для цього використо­вуються вимірювальні лінії, які є відрізками хвилеводів, і рухомі секції з зондовою головкою. Важливо звернути увагу на виведення теоретичних співвідношень, які зв’язують невідомі параметри з результатами вимірю­вань.

Література: [1, С.269-288; 2, С.273-291; 3, С.322-343].

Контрольні запитання

1. Перерахуйте і дайте визначення параметрів, які характеризують амплітудний розподіл поля в хвилеводі.

2. Поясніть принцип роботи і джерела похибок вимірювальної лінії.

3. Які типи вимірювань можна провести за допомогою вимірюваль­ної лінії?

4. Що називається повним і характеристичним опором лінії передачі НВЧ?

5. Як змінюється повний опір і коефіцієнт відбиття в поздовжньому та поперечному перерізах лінії передачі НВЧ?

6. Як пов’язані між собою коефіцієнт відбиття і повний опір?

7. Поясніть принцип роботи і вкажіть джерела похибок автоматич­ного засобу вимірювання коефіцієнта стоячої хвилі та повних опорів.

Вимірювання потужності

Значення вимірюваних величин. Вимірювання потужності на висо­ких частотах: метод вольтметра і амперметра, ватметри з квадратичним пе­ретворювачем і з використанням ефекту Холла в напівпровідниках.

Вимірювання потужності в діапазоні НВЧ. Вимірювання поглинутої потужності: калориметричний метод вимірювання, метод терморезистора, конструкції терморезисторних перетворювачів, схеми терморезисторних мостів. Вимірювання прохідної потужності: використання відгалужуваль­них пристроїв, принцип стінки, що поглинає, пондеромоторний метод. Вплив опору навантаження і вихідного опору генератора на показання ват­метрів. Аналіз похибок.

Методичні вказівки

В передавальних, приймальних і вимірювальних пристроях дово­диться мати справу з широкими межами вимірюваних потужностей (від до Вт).

В колах постійного струму промислової і звукової частоти викорис­товуються прямі (за допомогою ватметра) та непрямі методи вимірювання потужності (за допомогою амперметра і вольтметра).

На низьких частотах великі рівні потужності вимірюються електро­динамічними ватметрами.

На високих частотах потужність визначається шляхом вимірювання напруги або струму на опорах відомої величини, а в діапазоні НВЧ – мето­дами, які базуються на перетворенні електромагнітної енергії в інші види (світлову, теплову, механічну).

Необхідно засвоїти, що передача потужності від генератора до на­вантаження здійснюється у двох режимах: максимальної віддачі генерато­ром потужності НВЧ (режим спряженого узгодження) і максимального по­глинання навантаженням потужності (режим узгодження збігу). Перший режим можливий при наявності стоячих хвиль у тракті, а другий – при чисто біжучій хвилі, тобто має ряд переваг.

Ватметри НВЧ діляться на вимірювачі поглинутої і прохідної потуж­ностей. Ватметри поглинутої потужності призначені для вимірювання по­тужності генератора, який навантажений на узгоджене навантаження. То­му в режимі вимірювання ватметри поглинутої потужності для генератора мають бути еквівалентним узгодженим навантаженням, яке підключається замість робочого.

Ватметри прохідної потужності при вимірюванні поглинають неве­лику частину вимірюваної потужності. Вони використовуються для вимі­рювання потужності, що поглинається реальним навантаженням, на яке на­вантажений генератор.

При вивченні методів вимірювання потужності необхідно звернути увагу на принципи роботи засобів вимірювання, область їх використання та джерела похибок.

Література: [1, С.110-129; 2, С.226-239; 3, С.142-175].

Контрольні запитання

1. Які існують методи вимірювання потужності?

2. Чому в діапазоні НВЧ вимірюють потужність, а не струм і напру­гу?

3. Як визначається похибка неузгодження для засобу вимірювання поглинутої та прохідної потужностей?

4. Запишіть умови спряженого узгодження та узгодження збігу.

5. Вкажіть основні джерела похибок різних методів вимірювання потужності.