книги / Электрорадиоизмерения

вается влияние реактивных сопротивлений катушек и пара­ зитных емкостей, что ограничивает частотный диапазон этих приборов.

Поэтому в цепях высокой частоты удобно применять косвенные методы, как, например, метод вольтметра и амперметра, калориметра и др.

В некоторых схемах низкочастотных и высокочастотных ваттметров используют нелинейные элементы с квадратич­ ной характеристикой, к выходу которых подключается чувствительный прибор магнитоэлектрической системы, проградуированный в единицах мощности.

Рис. 7-5. Схемы выпрямительного (а) и термоэлектрического (б) ваттметров.

На рис. 7-5, а приведена схема выпрямительного ватт­ метра, использующего диоды с одинаковой квадратичной вольт-амперной характеристикой и прибор магнитоэлек­

Показания прибора И пропорциональны постоянной составляющей разности токов

/ = / ' - / " .

т. е. ток / пропорционален произведению тока нагрузки /„ и напряжения нагрузки 7/п, следовательно, шкалу прибора И можно проградуировать в единицах мощности.

На рис. 7-5, б изображена аналогичная схема термо­ электрического ваттметра, в котором в качестве нели­ нейных элементов используются одинаковые встречно вклю­ ченные бесконтактные термопреобразователи, имеющие ква­ дратичные вольт-амперные характеристики.

Сопротивления этой схемы должны быть так подобраны, чтобы токи преобразователей Г и /" были ничтожно малы по сравнению с током потенциометра и током нагрузки и, кроме того, соблюдалось условие R3 >> R n. В таком случае показания прибора магнитоэлектрической системы, фикси­ рующей разность термо-э. д. с. встречно включенных тер­ мопреобразователей, будут пропорциональны произведе­ нию тока и напряжения, т. е. мощности, потребляемой нагрузкой. Следовательно, и в этом случае прибор магни­ тоэлектрической системы можно проградуировать в еди­ ницах мощности.

Выпрямительные ваттметры используются на частотах до 100 кГц, а термоэлектрические — до 1 МГц с погреш­ ностью измерения 5—10%, что обусловлено трудностью подбора нелинейных элементов с одинаковой квадратичной характеристикой.

Измерение мощности высокой частоты имеет большое значение при испытании радиопередающих устройств, а также при их контроле в эксплуатационных условиях.

Под мощностью передатчика понимается мощность, отда­ ваемая им в согласованную нагрузку, т. е. в антенну.

Существующие способы измерения мощности высокой частоты в антенне могут быть разделены на следующие две группы:

а) методы измерения тепловых потерь на аноде лампы; б) методы активного сопротивления.

Измерение мощности в антенне методом измерения теп­ ловых потерь на аноде основано на использовании уравне­ ния баланса мощности оконечного каскада передатчика

Мощность, потребляемая оконечным каскадом, можно найти по известным, т. е. измеренным, постоянным состав­ ляющим анодного тока и анодного напряжения оконечного каскада, т. е.

Контурный ток измеряется амперметром, а активное сопротивление контура — каким-либо известным способом, например методом вариации (§ 11-5).

Мощность рассеивания на аноде можно определить одним из способов, рассматриваемых ниже, например методом калориметра, термостолбика или термометра.

Методы активного сопротивления для измерения мощ­ ности высокой частоты основаны на подключении к выходу передатчика эквивалента антенны с известными парамет­ рами и измерении мощности, рассеиваемой в активном сопротивлении эквивалента Ял-

Применение эквивалента антенны позволяет произво­ дить настройку и испытание передатчика без излучения мощности. Если измеряется ток в эквиваленте антенны, то

Одновременно с измерением мощности передатчика обычно измеряется и его к. п. д., являющийся отношением мощности, отдаваемой в антенну, к мощности, потребляе­ мой передатчиком от всех его источников питания, т. е.

Метод калориметра. Метод калориметра применяется для измерения мощности, рассеиваемой на анодах высоко­ частотных ламп передатчика, в которых используются лампы с водяным охлаждением.

Схема измерения мощности рассеивания на аноде этим методом изображена на рис. 7-6.

Калориметрический метод измерения мощности основан на превращении электрической энергии в тепловую с после­ дующим определением мощ­ ности по известным разности температур и объему воды, протекающей через калори­

метр.

При измерении мощности в систему водяного охлажде­ ния включены: водомер W для определения количества воды, протекающей для ох­ лаждения анода лампы, тер­ мометр 7\, измеряющий тем­ пературу воды, поступаю­ щей в систему охлаждения,

и термометр Т2, измеряющий температуру выходящей воды. Вместо термометра могут быть использованы термо­ пары.

Количество тепла QT (в больших калориях), отводимое водой во время /, определяется формулой

время /; 7\ и Т2 — показания соответствующих термометров.

По закону Джоуля — Ленца это же количество тепла может быть определено по формуле

QX= 0,24P/,

где t — время действия тока, т. е. продолжительность опыта, с;

Р— так называемая эквивалентная мощность, кВт, соответствующая мощности рассеивания на аноде Рп и мощности РП9 рассеивания за счет подогрева катодом.

Следовательно,

Для определения мощности рассеивания на аноде необходимо из эквивалентной мощности вычесть мощность

Л .:

Р а = Р - Р п.

Мощность, расходуемая на нагрев анода катодом, опре­ деляется аналогично мощности рассеивания на аноде за такой же промежуток времени, но с выключенным анодным напряжением. При этом

р (W'2- W ' ) ( n - T ' , )

" ~ 0,241

(7-22)

где W\, W'2, Т\ и Т’г соответствуют результатам первой части измерения, т. е. Wlt W2, 7\ и Тг.

Таким образом,

Мощность, отдаваемая передатчиком в фидер, питающий антенну, может быть определена на основании уравнения баланса мощностей, т. е. по формуле (7-16).

Метод термостолбика. Метод термостолбика приме­ няется для измерения мощности рассеивания на аноде ламп с воздушным охлаждением.

Этот метод основан на том, что аноды генераторных ламп нагреваются докрасна и излучают тепловые и световые лучи в окружающее пространство, в результате чего мощ­ ность рассеивания на аноде может быть измерена при помощи заранее проградуированного в значениях РЛтеп­ лового индикатора, как, например, термостолбика или тер­ мометра.

На рис. 7-7 изображена схема измерения Ра методом термостолбика (ТС), основными частями которого являются батарея термопар и гальванометр.

Принцип использования термостолбика для измерения Ра заключается в том, что под действием тепловых лучей нагретого анода в цепи термопар появляется термоток, который измеряет гальванометр. Ввиду того что показания гальванометра пропорциональны мощности рассеивания на

Вначале при включенном напряжении накала лампы отмечают показание гальванометра термостолбика, соот­ ветствующее потерям мощности на нагрев анода катодом. Затем включают анодное напряжение при выключенной нагрузке и, изменяя анодный ток / а или анодное напря­ жение Ua, а следовательно, и Ра, отмечают показания галь­ ванометра, по которым строят градуировочную кривую (рис. 7-8, б).

Рис. 7-8. Схема градуировки термостолбика.

Точка А на градуировочной кривой принимается за условный нуль, так как показание гальванометра, соот­ ветствующее отрезку ОА, получается вследствие нагрева­ ния анода нитью накала, которое необходимо учитывать.

Метод эквивалента антенны. Данный метод приме­ няется в случае, когда в силу каких-либо причин работа передатчика на реальную нагрузку не допустима. Эквива­ лент антенны представляет собой безындукционное активное сопротивление R A, точно известное по величине, соответ­

ствующее резонансному (активному) сопротивлению реаль­ ной антенны.

На рис. 7-9 приведена схема измерения мощности пере­ датчика методом эквивалента антенны с применением тер­ моамперметра (рис. 7-9, а) и электронного вольтметра (рис. 7-9, б). Все контуры передатчика должны быть на­ строены в резонанс, о чем судят по максимальному пока­ занию амперметра или вольтметра.

Рис. 7-9. Схема измерения мощности передатчика методом эквива­ лента антенны.

В первом случае мощность передатчика определяется по формуле

Погрешность измерения зависит от частоты передатчика, с увеличением которой больше проявляется влияние пара­ зитных емкостей и индуктивностей прибора на результат измерения.

Метод фотометра для измерения мощности передат­ чика заключается в сравнении величины мощности в экви­ валенте антенны с определенной мощностью другого источ­ ника энергии, потребляемой другой какой-либо нагрузкой. Для сравнения используется специальное устройство, на­ зываемое фотометром.

На рис. 7-10 изображена схема измерения мощности передатчика данным методом.

Фотометр представляет собой ящик, разделенный свето­ непроницаемой перегородкой, передняя стенка которого закрыта матовым или молочным стеклом. В одну из половин

ящика помещается лампа Л и представляющая собой сопро­ тивление эквивалента антенны. В другой половине ящика располагается точно такая же лампа Л2, но питаемая от сети. Изменением величины R добиваются одинаковой освещенности обеих половин матового стекла фотометра. При этом мощности, потребляемые лампами, будут оди­ наковы.

Рис. 7-10. Схема измерения мощности передатчика методом фотометра.

Следовательно, мощность, потребляемая в эквиваленте антенны, равна мощности, потребляемой другой лампой, последнюю можно измерить вольтметром V2.

Перед измерением вольтметр фотометра должен быть предварительно проградуирован в значениях мощности.

Схема и примерная кривая градуировки изображены на рис. 7-11.

Рис. 7-11. Схема градуировки фотометрического измерителя мощности (а) и его примерная градуировочная кривая (б).

Градуировка фотометра заключается в снятии зависи­ мости Р = / (U2) при помощи изменения напряжения накала обеих ламп. При этом

P = h U l9

где /i и Ul — показания амперметра А х и вольтметра соответственно.

Недостатки этого метода заключаются в субъективности, проявляющейся при определении оператором одинаковой

освещенности экрана, во влиянии емкости, а также индук­ тивности ламп и соединительных проводов на результат измерения и невозможности его использования для контроля работы передатчика, нагруженного на действительную антенну.

Метод рефлектометра. Для контроля работы передат­ чика, нагруженного на реальную антенну, может быть использован киловаттметр по схеме рефлектометра. Этот измеритель мощности прост по устройству, не требует выключения передатчика для его включения и позволяет производить непрерывный контроль мощности в фидере, а следовательно, и в антенне передатчика.

Принцип действия рассматриваемого прибора основан на использовании определенных электрических соотноше­ ний рефлектометра (рис. 7-12), т. е. отрезка симметричной линии, электрически связанной с фидером. Рефлектометр

дером, питающим нагрузку Zlt то при условии слабой связи в сопротивлении Z2 ток будет пропорционален току отра­ женной волны, а в сопротивлении Z3 пропорционален току падающей волны. Таким образом, мощности падающей, отраженной и результирующей, т. е. передаваемой по фи­ деру, волн соответствуют выражениям:

где К — коэффициент пропорциональности, зависящий от связи рефлектометра с фидером.

Следовательно, мощность, передаваемую по фидеру, можно измерить, определив разность квадратов токов падающей и отраженной волн или величин, им пропорцио­ нальных.

На рис. 7-13 изображена схема измерителя мощности, представляющего собой совокупность двух рефлектометров

I и //, связанных соответствующим образом с термоэлек­ трическими приборами Тх и Т2.

Рефлектометры располагаются между проводами фидера и нагружаются, с одной стороны, на сопротивления R x и /?2, равные волновому, а с другой стороны — на подогреватели одинаковых термопар.

Таким образом, ток термопары Тх будет обусловливаться отраженной волной, а ток термопары Т2 — падающей волной.

Если термопары обладают квадратичной характеристи­ кой, то ток каждой термопары пропорционален падающей или отраженной мощности.

Рис. 7-13. Принципиальная схема измерителя мощности с рефлектометрами

Термопары подключены к гальванометру встречно, т. е. так, что гальванометр измеряет разность токов термопар. Следовательно, показания гальванометра будут пропор­ циональны мощности, передаваемой по фидеру, и шкалу гальванометра можно проградуировать в киловаттах или

Данный прибор позволяет измерять не только мощность в фидере, но также коэффициент отражения р и коэффициент бегущей волны КБВ

(7-26) (7-27)

В связи с тем, что частота влияет на величину тока в подогревателях, последние подключаются к рефлекто­ метру через корректирующие контуры КК.

Метод рефлектометра используется также и в диапазоне СВЧ.