Общая характеристика методовизмерении и приборов диапазона СВЧ

Измерение мощности в диапазоне СВЧ — один из наиболее рас­пространенных и важных видов измерений, так как работа радиотехнических

рис. 6.4

рис.6.5

устройств в этом диапазоне связана с использо­ванием мощностей, изменяющихся в очень широких пределах [81].

Ваттметры СВЧ классифицируют по различным признакам.

По способу включения в тракт различают ваттметры проходя­щей мощности (рис. 6.5,а) и поглощаемой мощности (рис. 6.5,6). В зависимости от способа преобразования и воздействия электро­магнитной энергии ваттметры делят на тепловые, пондеромоторные и электронные, а в соответствии с измеряемым параметром — ваттметры среднего значения мощности и импульсной мощности. В зависимости от конструкции различают ваттметры с коакси­альным входом и волноводным входом. Соответственно уровню измеряемых мощностей ваттметры делят на приборы малой до (10 мВт), средней (от 10 мВт до 10 Вт) и большой (свыше 10 Вт) мощности. По способу отсчета различают ваттметры с прямым отсчетом и косвенным отсчетом. Согласно числу пределов ват­тметры могут быть одно- и многопредельными.

Методы измерений мощности СВЧ основаны на преобразова­нии электромагнитной энергии в энергию какого-либо другого ви­да, удобного для измерения и фиксации показывающим прибором. Самыми распространенными являются тепловые методы: для из­мерения малых (и частично средних) мощностей применяют метод, основанный на измерении изменения сопротивления терморези­стора, а при измерении больших мощностей (а также средних, близ­ких к верхней границе) — калориметрический метод.

6.4 МЕТОД, ОСНОВАННЫЙ НА ИЗМЕРЕНИИ ИЗМЕНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕРМОРЕЗИСТОРА

Терморезисторы. Наиболее распространенный метод измере­ния малых мощностей, применяемый при построении СВЧ ватт­метров, — метод измерения изменения сопротивления терморези­стора при рассеянии в нем электромагнитной энергии. В качестве терморезисторов применяются термисторы и болометры.

Термистор — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого, а следовательно, и рассеиваемая на нем мощность за­висят от температуры. Температурный коэффициент его — отрица­тельный. Применяют также ферритовые термисторы.

Когда термистор поглощает мощность СВЧ (для чего его по­мещают в передающий тракт в качестве согласованной нагрузки) или на нем выделяется мощность постоянного тока, его сопротив­ление изменяется. Важнейшими характеристиками термистора яв­ляются зависимости его сопротивления от температуры или погло­щаемой мощности. Рабочая точка выбирается на участке с боль­шой чувствительностью, которому соответствует определенное со­противление термистора. Для получения требуемого режима тер­мистор предварительно подогревают током.

Чувствительность тер­мисторов— отношение изменения сопротивления термистора к при­ращению мощности, вызывающей данное изменение сопротивле­ния,— весьма велика, вследствие чего их применяют для измере­ния мощностей от единиц микроватт до единиц милливатт. Пол­ное сопротивление термистора носит комплексный характер и яв­ляется функцией как частоты СВЧ колебаний, подаваемых на не­го, так и мощности постоянного тока.

Болометр — терморезистор с положительным температурным коэффициентом. Известны проволочные и пленочные болометры. Последние представляют собой тонкую пластину из непроводяще­го материала (например, из слюды или стекла), на которую на­несен тончайший (десятые доли микрона) слой платины или сплава платины с палладием. Активное сопротивление пленочных болометров практически не зависит от частоты вплоть до СВЧ вследствие очень малой толщины активного слоя. Болометры мо­жно согласовать с передающей линией в широком диапазоне ча­стот. Пленочный резистор, размеры которого соответствуют фор­ме и размерам СВЧ тракта, несложно установить в тракте с мини­мальным нарушением однородности. Это дает возможность конст­руировать широкополосные измерительные элементы. Пленочные болометры позволяют получить хороший контакт в местах соеди­нения с трактом. Кроме того, они малочувствительны к перегруз­кам: выдерживают мощность до нескольких ватт. Однако пленоч­ные болометры менее чувствительны, чем термисторы, и поэтому их применяют для измерения мощностей от 1...2 мВт до 1 Вт.

Ваттметр состоит из двух основных частей: термисторного или болометрического приемного преобразователя (головки) и изме­рительной схемы.

Приемные измерительные преобразователи ваттметров. Они преобразуют мощность СВЧ в тепловую с помощью встраиваемых в них термисторов (болометров). Мощность СВЧ определяют по замещающей мощности или по изменению сопротивления терми­стора (болометра).

Сокращенно приемный преобразователь назы­вают головкой. Она представляет собой отрезок волновода или коаксиальной линии, внутри которого расположен терморезистор. В соответствующем режиме, определяемом значением тока через терморезистор, последний служит согласованной нагрузкой для тракта, на конце которого вклю­чена головка. Это необходимо для полного поглощения измеряемой мощности СВЧ.

Рис. 6.6

Принцип замещения мощно­сти СВЧ мощностью постоянного тока. Изменение сопротивления термистора или болометра, обус­ловленное рассеиваемой на нем мощностью СВЧ, измеряется, как правило, с помощью различных мостовых схем, сокращенно назы­ваемых мостами (см. § 9.2). Раз­личают мосты уравновешенные (балансные) и неуравновешенные (несбалансированные). Кроме того, мостовые схемы классифицируют по роду питающего их то­ка: постоянного, переменного звуковой частоты и смешанные.

Рассмотрим идею измерения мощности СВЧ с помощью мосто­вой схемы. Термистор (болометр) Rt, находящийся в головке, включают в качестве одно из плеч моста (рис. 6.6). Остальными плечами служат резисторы R_1, R2, Rз, сопротивления которых рав­ны рабочему сопротивлению Rто термистора. Питающее мост на­пряжение подводится к диагонали АБ. Измерение заключается в сравнении мощности СВЧ, рассеиваемой в термисторе и разогре­вающей его, с мощностью постоянного тока (переменного тока звуковой частоты), вызывающей такой же нагрев термистора.

До подачи мощности СВЧ мост предварительно балансируют для чего изменяют ток I в цепи питания моста. Устанавливается такое значение тока I1 (измеряемое прибором РА), при котором сопротивление термистора равно R_то. При этом разность потен­циалов между точками В и Г, фиксируемая прибором РV, равна нулю, а напряжение в диагонали АБ принимает значение U₀. Мощность постоянного тока, выделяемая в термисторе, составит

(6.1)

или

(6.2)

После подачи мощности СВЧ термистор дополнительно разо­гревается, его сопротивление уменьшается и баланс моста нару­шается. Восстанавливают баланс моста, уменьшая постоянный ток через термистор. Если при вторичном балансе прибор РА ре­гистрирует значение тока I2, то рассеиваемая в термисторе мощ­ность постоянного тока

(6.3)

В соответствии с уменьшением значения тока, питающего мост, уменьшится и напряжение в диагонали АБ до значения U '₀. Сле­довательно, выражение для мощности постоянного тока, рассеива­емой на термисторе после вторичного баланса моста, можно за­писать так:

(6.4)

В предположении, что тепловые воздействия мощности СВЧ и мощности постоянного тока на термистор эквивалентны, спра­ведливо соотношение

(6.5)

Подставив (6.1) и (6.3) в (6.5), найдем, что

(6.6)

Соответственно подстановка (6.2) и (6.4) в (6.5) дает

(6.7)

Следует отметить, что при определении замещающей мощности согласно (6.6) путем непосредственного измерения близких зна­чений токов I1 и I₂ возможны большие погрешности. Более вы­сокая точность достигается, если измеряются значение тока I1 пер­вичного баланса моста и значение ΔI изменения тока после по­дачи на термистор СВЧ мощности.

Ток I1 первичного баланса моста не отличается стабильностью, так как он зависит от характеристик термистора, температуры окружающей среды и условий теплового обмена между термисто­ром и средой. Поэтому измерительную схему строят так, чтобы при первичной балансировке моста через термистор протекал пос­тоянный ток, значение которого несколько меньше I1. Состояние баланса достигается в результате пропускания через термистор дополнительного тока (обычно от источника переменного тока зву­ковой частоты).

Для уменьшения влияния температуры окружающей среды на результаты измерений мощности СВЧ (которое особенно ощутимо при малых значениях мощности) применяют также термокомпен­сацию. Она осуществляется в измерительной схеме, содержащей два моста: рабочий и компенсационный.

Ваттметр с цифровым отсчетом. На рис. 6.7 приведена струк­турная схема термисторного ваттметра с автоматическими регу­лировками и цифровым отсчетом. В схеме предусмотрены два идентичных моста. Первый мост — основной, называемый рабо­чим, содержит термистор, на котором рассеивается мощность СВЧ; второй мост, называемый компенсационным, служит для уменьшения влияния температуры окружающей среды на ре­зультат измерения. Колебания температуры не нарушают нор­мальной работы прибора, так как они вызывают одинаковые из­менения рабочего Rt р и компенсационного Rtк термисторов, моста питаются от самостоятельных, но идентичных источников —следящих усилителей постоянного тока (УПТ РМ и УПТ КМ), автоматически поддерживающих баланс мостов. К диагонали АБ рабочего моста подводится напряжение U_р с выхода УПТ РМ, а на диагональ АБ компенсационного моста подается напряжение U _к с выхода УПТ КМ.

До додачи на рабочий термистор мощности СВЧ значения нап­ряжений U_р и U_к равны. С поступлением в термисторный преоб­разователь мощности СВЧ сопротивление рабочего термистора уменьшается и равенство U_р =U_К нарушается: напряжение U_к на выходе УПТ КМ сохраняется неизменным, а напряжение на вы­ходе УПТ РМ, уменьшаясь, по завершении автоматической ба­лансировки моста принимает значение U_р.

Рис. 6.7

Согласно (6.7)

(6.8)

Заменив в (6.8) значение U_р равным ему значением U_К пред­ставим (6.8) в виде

(6.9)

Это выражение определяет алгоритм работы прибора. Так как значение Rто известно, то для получения значения Р_Свч измеряе­мой мощности СВЧ необходимо найти сумму U_к+U '_Р) разность U_к — U '_р и произведение (U_к+U'_р) (U_к — U'_р).

Напряжения постоянного тока U_к и U'_р подаются соответ­ственно на входы 1 и 2 блока суммирования, с выхода которого суммарное напряжение U_к+U'_р подводится к входу 1 преобразователя напряжения в интервал времени. Он работает по методу двойного интегрирования подобно АЦП, описанному в § 5.9 (рис. 5.18 и 5.19). Но в данном ваттметре функция преобразователя ограничена формированием интервала Δt, длительность которого пропорциональна значению U_к + U'_р (без заполнения интервала счетными импульсами). На вход 2 преобразователя с выхода 1 блока управления поступает периодическая последовательность импульсов, период следования которых T_ц (например, 1,28 мс) задает продолжительность цикла преобразования, а длительность τ_и = T1 (например, Т 1 = 40 мкс) — интервал интегрирования «вверх».

Эта последовательность формируется в блоке управления из по­ступающих в него импульсных сигналов кварцевого генератора с частотой следования f _кв (например, f _кв=100 кГц). Образуемый на выходе преобразователя по окончании интегрирования «вниз» пря­моугольный импульс длительностью подводится к входу 1 аналогового перемножителя. Такие импульсы повторяют­ся с периодом Tц.

Для получения сигнала, соответствующего разностному напря­жению U_к — U'_р, используются модуляторы I и II, на входы 1 ко­торых подаются соответственно напряжения постоянного тока U_к и U' _р. К входу 2 модулятора I с выхода 2 блока управления под­водится периодическое напряжение симметричной прямоугольной формы (меандр), период которого равен Т_ц, причем первый полу- период имеет положительную полярность, а на вход 2 модулятора с выхода 3 блока управлении поступает сигнал аналогичной формы и длительности, но противоположной полярности. Выход­ные импульсы модулятора I амплитудой U_к подаются на вход 1 блока формирования разности напряжений и заряжают имеющий­ся в блоке конденсатор до напряжения U _к. Поступающие с мо­дулятора II на вход 2 блока формирования разности напряжений импульсы амплитудой U'_р вызывают частичный разряд конденса­тора, вследствие чего разность потенциалов на обкладках прини­мает значение U _к— U _Р. После усиления разностное напряжение через делитель напряжения, коэффициент передачи которого за­дает значение предела измерения, поступает на вход 2 перемножителя. На выходе перемножителя образуется периодическая по­следовательность прямоугольных импульсов, длительность Δt ко­торых пропорциональна сумме значений U_к и U'_р, а амплитуда — пропорциональна разности этих значений. В результате усредне­ния этой последовательности на выходе усреднителя (ФНЧ) по­лучается постоянная составляющая напряжения. Ее значение, про­порциональное произведению (U_к + U'_р)(U _к—U'_Р), т. е. значению мощности СВЧ, измеряется цифровым вольтметром. Дисплей циф­рового вольтметра показывает значение измеряемой мощности СВЧ. В соответствии, с фиксируемым вольтметром значением мощ­ности схема автоматического выбора предела измерений изменяет коэффициент передачи делителя напряжения — таким образом устанавливается требуемый предел измерений.

Микропроцессорный ваттметр. На рис. 6.8 изображена струк­турная схема цифрового термисторного ваттметра, управляемого микропроцессорной системой. В этой схеме используется только один мост, который балансируется автоматически [81]. Ваттметр работает следующим образам.

После включения прибора на входах обоих ЦАП числа равны нулю и балансировка моста осуществляется с помощью следя­щего УПТ — режим самобалансирующегося моста. При этом ток питания моста принимает значение I (ток через резистор R_П2 отсутствует).

Создаваемое этим током падение напряжения на рези­сторе Rп1 измеряется цифровым вольтметром и результат изме­рения вводится в микропроцессорную систему. Последняя выдает на вход ЦАП II число, которому соответствует значение Iо тока на выходе усилителя добавочного тока. Ток в цепи питания моста, представляющий сумму выходных токов двух усилителей, увели­чивается. Это вызывает снижение тома в выходной цепи следя­щего усилителя до

значения

Рис. 6.8

Напряжение разбаланса моста через усилитель поступает на информационный вход АЦП, который преобразует напряжение в числовой эквивалент. Полученное число вводится в микропроцес­сорную систему, с помощью которой устанавливаются значения токов I ₀ и ΔI1 соответствующие состоянию баланса моста. Оба значения фиксируются в памяти микропроцессорной системы: I₀ в результате измерения цифровым вольтметром падения напряже­ния на прецизионном резисторе R_п2, а Δ I₁ — после измерения па­дения напряжения на прецизионном резисторе R_п1. Вход вольт­метра подключается к резисторам посредством мультиплексора.

После подачи на термистор измеряемой мощности СВЧ мост разбалансируется. Для восстановления баланса моста понижается ток в выходной цепи до значения ΔI2 (значение I₀ сохраняется неизменным), которое измеряется с помощью цифрового вольт­метра. Результат измерения передается в память микропроцес­сорной системы.

Найдем выражение для расчета замещенной мощности СВЧ по измеренным значениям токов. Так как при первоначальной ба­лансировке моста (до подачи мощности СВЧ) подводимый к диа­гонали АБ ток а при вторичной балансировке (после подачи мощности СВЧ) ток то согласно (6. 6)

После несложных преобразований получается формула

(6. 10)

по которой микропроцессорная система вычисляет значение изме­ренной мощности. Результат измерения отображается цифровым дисплеем.

Прибор позволяет проводить многократные измерения с авто­матической обработкой их результатов.

Как видно из (6.10), измерения мощности СВЧ косвенные, хотя экспериментатор и получает их результат непосредственно, нe проводя вычислений. Так как зависимость, связывающая физиче­ские величины Р_свч, I₀ и ΔI, нелинейная, то, чтобы оценить пог­решность измерения мощности СВЧ, рассеиваемой на термисторе, воспользуемся второй теоремой (§ 1.3). Для сокращения расчетов допустим, что Тогда (6.10) запишется в фор­ме

Введение обозначений при­водит к выражению

для которого получены формулы погрешности при решении приме­ра 2 в § 1.3. Полагая, что погрешности измерения токов I ₀ и ΔI — случайные, будем иметь

Так, если

Расширение пределов измерений. Верхний предел мощности, измеряемый термисторным или болометрическим ваттметром, можно увеличить, включив на вхо­де прибора градуированный аттенюатор. Тогда измеренная мощность определя­ется отсчетом по шкале ваттметра и коэффициентом передачи аттенюатора.

Описанные измерители, являющиеся ваттметрами поглощаемой мощности, можно использовать и как измерители проходящей мощности, дополнив их на­правленным ответвителем. Основная линия последнего включается в СВЧ тракт между генератором и нагрузкой. К выходу вспомогательной линии подключают измеритель малой мощности.

Направленный ответвитель строго калибруют по переходному затуханию в заданном частотном диапазоне. Проходящая мощность при согласованной на­грузке на конце основной линии в С раз больше измеренной ваттметром малой мощности и определяется из формулы:

где —отношение мощности в основной линии к мощности, ответ­вляемой во вспомогательную линию.

Погрешности термисторных ваттметров. Рассмотрим основные погрешности, возникающие при измерениях мощности термисторным (болометрическим) ваттметром, придерживаясь классификации по слагаемым измерений.

1. Погрешность меры. У ваттметров, в которых мощность СВЧ сравнивается с мощностью постоянного тома, мерой служит ис­точник постоянного тока. Погрешность меры определяется неста­бильностью тома и погрешностью его измерения.

2. Погрешность преобразования. В этих приборах она имеет заметный вес. Приемные преобразователи (головки) термистор­ных и болометрических ваттметров по точности делятся на восемь классов: 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 10,0; 15,0; 20,0. Погрешность преоб­разования головки при согласованном выходе источника сигнала СВЧ не должна превышать погрешности, соответствующей клас­су. Основные причины погрешности данного вида следующие:

несовершенное согласование сопротивления головки с волно­вым сопротивлением тракта (коэффициент стоячей волны КстU> >1). Эта погрешность — систематическая. Ее можно определить следующим образом. Мощность, поглощаемая їв нагрузке, пред­ставляет разность падающей и отраженной мощностей Р_н Так как Р₀тр/Рпад=Г², где Г — модуль коэффициен­та отражения, то Следовательно, относительная погрешность

Формула справедлива при измерении мощности генератора с внешним возбуждением;

плохие контакты между термистором (болометром) и голов­кой, а также между головкой и трактом. Установить значение этой погрешности можно только сравнением с образцовым прибором.

Погрешность сравнения. Зависит от точности измерения мос­товой схемой, характеристики термистора, точного поддержания рабочего сопротивления термистора. Кроме того, сказываются температурные погрешности, связанные с изменением температу­ры окружающей среды. Как уже отмечалось, в некоторых ватт­метрах применяют второй термисторный (болометрический) мост, служащий для компенсации температурных влияний.

Погрешность фиксации результата измерения. Она зависит от типа отсчетного устройства.

Предел допускаемой основной относительной погрешности термисторного ваттметра, (выражаемой їв процентах по отношению к (показанию прибора, без учета погрешности термисторного пре­образователя определяется формулой

где А_к — установленный предел измерения мощности, Ап — пока­зание ваттметра (значение измеряемой мощности), h и d — пос­тоянные числа (например, у одного из выпускаемых промышлен­ностью ваттметров, который построен по описанной схеме с двумя мостами, для режима автоматического выбора пределов h=0,5 и d=0,6).

6.5. ТЕРМОЕЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Создание тонкопленочных термоэлектрических преобразовате­лей открыло новые возможности в технике измерения мощности СВЧ. Ваттметры, выполняемые на основе таких преобразователей, характеризуются широким диапазоном частот и большим дина­мическим диапазоном [81].

Известно несколько видов тонкопленочных термоэлектрических преобразователей. Один из них представляет собой тонкопленоч­ную термопару висмут—сурьма (Ві—Sb), материал которой на­пылен на пленку из полистирола. Она помещается параллельно стойке волновода в плоскости Е. Внооимая его неоднородность невелика, не мешает получению хорошего согласования тракта (КСВ менее 1,2). Применение сменных головок с термоэлектри­ческими преобразователями в одном из ваттметров позволяет из­мерить мощность СВЧ в диапазоне частот от 40 до 140 ГГц. При этом достигнута достаточно высокая температурная стабильность и малая чувствительность к изменению внешних влияющих фак­торов в широких пределах. Эти характеристики значительно выше, чем у термисторных и болометрических измерителей.

Другой вид термоэлектрического преобразователя отличается тем, что при его выполнении используется сочетание полупровод­никовой и тонкопленочной технологий. На поверхность кристалла кремния нанесена металлическая пленка из нитрида тантала, слу­жащая тонкопленочным резистором высокой прочности. Между кремнием и резистором образуется изолирующий слой из двуоки­си кремния. В этом слое под одним из концов резистора примерно в центре кристалла выполнено отверстие, через которое резистор соединяется с кремниевым кристаллом, очень тонким в области соединения. Оно представляет собой «горячий» конец термопары. На втором конце резистора и удаленном от центра конце крем­ниевого кристалла имеются выходные контакты (из золота), с помощью которых осуществляется электрическое соединение с внешней схемой. Они также служат установочными элементами, используемыми для крепления кристалла к подложке («холодно­му» концу термопары) и отвода тепла.

Тонкопленочный резистор, помещенный в головку, выполняет функцию оконечной нагрузки широкополосного тракта, причем во всей полосе частот (до 18 ГГц) достигается хорошее согласование нагрузки с трактом. Поглощаемая резистором электромагнитная энергия преобразуется в тепловую. Вследствие того, что толщина кристалла в центре намного больше, чем на его концах, темпе­ратура «горячего» конца термопары выше, чем у «холодных» кон­цов (напомним, что внешние концы кристалла отводят тепло). Перепад температур на концах термопары приводит к появлению термо-ЭДС.

На одном кристалле расположены две термопары, соединенные последовательно. Вырабатываемое ими напряжение постоянного тока измеряется микровольтметром. Чувствительность описанного термоэлектрического преобразователя 160 мкВ/мВт.

6.6. КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОД

Одним из точных методов измерения мощности СВЧ является калориметрический, основанный на преобразовании электромаг­нитной энергии, поглощаемой согласованной нагрузкой, в тепло­вую. Измеряемое значение мощности находят по изменению тем­пературы нагрузки. Этот метод—абсолютный: мощность изме­ряется непосредственно, без замещения мощностью постоянного тона.

Калориметрические измерители мощности состоят из двух ос­новных частей: поглощающей нагрузки и измерителя температу­ры. В приборах применяются поглощающие нагрузки с проточной водой и нагрузки из твердых поглощающих материалов.

Мощность, поглощаемая в нагрузке с проточной водой, опре­деляется по разности температур ΔТ на выходе и входе нагрузки и по скорости v. протекания воды. Бели в объеме воды V при рас­сеянии мощности Р выделяется Q калорий тепла, то это тепло нагревает воду от температуры T1 до температуры T2: (плотность р и теплоемкость с воды равны еди­нице). Мощность и количество тепла связаны соотношением

Изменение объема в единицу времени V/t = v —скорость про­текания воды, см/с. Следовательно, На практике рас­ход воды v измеряют в л/мин. В этом случае формула для опре­деления мощности в ваттах

Таким образом, измерение мощности сводится к измерению расхода воды v и разности температур на выходе и входе нагруз­ки. В ваттметрах расход воды автоматически поддерживается постоянным и для определения мощности достаточно измерять разность температур. Применение цифровых термометров позво­ляет получать ваттметры с цифровым отсчетом.

6.7. ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТИ

Косвенные измерения. Ваттметры основных типов — терморезисторные, кало­риметрические, пондермоторные и с термоэлементами — измеряют мощность в ре­жиме непрерывной генерации ИЛИ среднюю МОЩНОСТЬ Pср в импульсном режи­ме. Однако часто бывает необходимо знать мощность в импульсе Р_имп. Если известны форма и длительность τ_и импульсов, а также частота их следования F_о или скважность Q, то значение Р_{и мп} можно рассчитать по измеренному зна­чению Р _Ср.

При прямоугольной форме импульсов, образующих периодическую последо­вательность, мощность в импульсе

Согласно (1.55) случайная среднеквадратическая относительная погрешность измерения

Погрешность измерения средней за период мощности получается тем мень­ше, чем больше тепловая постоянная времени поглощающей части ваттметра по сравнению с периодом следования импульсов Т_с. При большой постоянной вре­мени тепловой эффект от воздействия импульсной мощности весьма близок к ин­тегральному эффекту.

Наибольшей постоянной времени обладают калориметрические ваттметры, наименьшей — проволочные болометры.

Постоянная времени некоторых термисторов в ряде случаев может оказаться соизмеримой с периодом следования импульсов, поэтому температура термистора в течение периода изменяется. Это сказывается на теплообмене с окружающей средой, и сопротивление термистора постоянному току не сохраняется неизмен­ным. Пульсация температуры термистора пропорциональна энергии в импульсе и растет с уменьшением отношения тепловой постоянной времени к периоду сле­дования импульсов. Возникают дополнительные погрешности, которые тем больше, чем больше мощность, попадающая на термистор.

Причинами дополнительных погрешностей являются:

· рассогласование сопротивления головки с трактом из-за пульсаций сопротив­ления термистора, поэтому часть мощности отражается;

· несоответствующие сопротивления термистора истинному усредненному зна­чению при равновесии моста, так как показание индикатора разбаланса моста не является линейной функцией этого сопротивления;

· пульсации постоянного тока через термистор и, как следствие этого, измене­ние мощности постоянного тока, подводимый к термистору, что не учитывается при вычислении замещающей мощности из-за пульсаций сопротивления.

· Режимы работы источника импульсной мощности, при которых допустимо применение термисторных ваттметров, должны указываться в описаниях к при­борам.

Прямые измерения. Непосредственно измерить импульсную мощность можно ваттметром с пленочным болометром (рис. 6.9). В этом приборе исследуемый ра­диоимпульс длительностью τ_и поступает в болометрическую головку через на­правленный ответвитель, калиброванный по затуханию, основная линия которо­го нагружена согласованной нагрузкой. Болометр включен в цепь постоянного тока. Изменение его сопротивления является функцией температуры, которая оп­ределяется мощностью, поступающей на болометр. Если тепловая постоянная времени болометра Тс>τ_и и период следовании импульсов τ_б>τи, то темпера­тура болометра линейно растет во время импульса и экспоненциально уменьша­ется в паузе между соседними импульсами.

Напряжение на выходе болометра — пилообразный импульс, наклон фронта которого однозначная функция импульсной мощности. Болометр играет роль ин­тегратора, преобразующего прямоугольный радиоимпульс в пилообразный видео­импульс. Последний пропускается через дифференцирующую цепь, восстанавли­вающую прямоугольный импульс.

На выходе дифференцирующей цепи получает­ся видеоимпульс, точно соответствующий по форме огибающей радиоимпульса, подаваемого на болометр. Амплитуда видеоимпульса пропорциональна импульс­ной мощности СВЧ. Ее измеряют пиковым вольтметром, на входе которого вклю­чен видеоусилитель. Шкала вольтметра градуируется в единицах мощности.

Более надежен (менее чувствителен к перегрузкам, чем болометрический

рис. 6.9

ГЛАВА СЕДЬМАЯ