22. Измерение мощности в диапазонах нч и вч

Мощность в электрической цепи называют энергию, выде­ляемую на нагрузке в единицу времени.

P₀=I₀U₀=I₀²R=U₀²/R – в цепях постоянного тока

Мощность в данный момент времени:

P_i(t)=i(t)u(t) – в цепях переменного тока

Мощность за пол периода:

– средняя мощность для цепей переменного тока.

Методы измерения средней мощности:

1. методы преобразования электрической энергии в тепловую или в термо- ЭДС;

2. методы, основанные на выполнении вы­числений над результатами измерений i и u (метод перемножений).

Приборы могут быть с аналоговыми и цифровыми перемножителями.

Многие ваттметры, построенные на основе аналоговых перемножителей, имеют цифровое отсчетное устройство (дисплей).

Приведем структурную схему цифрового ваттметра, в которой мгновенные значения напряжения u(t) и тока i(t) преобразуются в числовые эквиваленты. Перемножение полученных чисел выполняет цифровой перемножитель (такие перемножители выполняются в виде БИС; они входят в состав некоторых микропроцессорных комплектов). Эта схема, работающая по жесткой логике, характеризуется сравнительно высоким быстродействием (оно определяется характеристиками АЦП и цифрового перемножителя).

23. Измерение мощности в диапазоне свч

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.

Терморезисторы: термистры и балометры.

Термистр – полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от рассеиваемой на нем мощности. Температурный коэффициент отрицательный и зависит от частоты.

Болометр имеет положительный температурный коэффициент. Наиболее распространены пленочные болометры (используется тончайшая пленка с нанесение слоя платины). Коэффициент не зависит от частоты. Недостаток: менее чувствительны, чем термистры.

Калориметрический метод – является абсолютным методом измерения мощности СВЧ (непосредственное измерение, без замещения мощности). Применяют поглощающие нагрузки с проточной водой и нагрузки из плотных материалов. Мощность, поглощенная в нагрузке с проточной водой определяется формулой Pсвч=70 VΔT, V – скорость проточной воды, ΔТ-изменение температуры на входе и выходе нагрузки.

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_T0. При этом разность потенциалов между точками В и Г, фиксируемая прибором PV, равна нулю, а напряжение в диагонали АБ принимает значение Uo. Мощность постоянного тока, выделяемая в термисторе, составит P₁= I₁²R_T0/4 = U₀²/4R_T0.

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

P₂= I₂²R_T0/4 =(U₀’)²/4R_T0.

Справедливо: P₁= P₂ + Pсвч.

Pсвч=P₁- P₂=(I₁²-I₂²)R_TO/4=U₀²-(U₀^’)2/4R_TO