Огибающая импульсного радиосигнала

Рассмотрим модель сигнала в виде последовательности радиоимпульсов, в какой-то степени близких к прямоугольным (рис. 21.1.1). Примем разумное определение эффективной ширины импульса , например, по уровню -3 дБ или каким-либо другим образом. Пусть – частота повторения, – период повторения импульсов, – импульсная мощность, – средняя мощность импульсной последовательности. Импульсная мощность по определению:

,

(21.1.6)

где – мгновенная мощность огибающей радиоимпульса, интегрирование ведется по одному импульсу. Импульсная и средняя мощности последовательности связаны как

,

(21.1.7)

где – рабочий цикл последовательности. В модели сигнала в виде последовательности видеоимпульсов равенство (21.1.6) переходит в формулу:

,

где – мгновенная мощность импульса, равенство (21.1.7) остается в силе. Таким образом, импульсная мощность получается путем усреднения текущей мощности импульса по его эффективной длительности.

Пиковая мощность

Для идеализированных моделей последовательностей прямоугольных радиоимпульсов или видеоимпульсов понятия импульсной и пиковой мощностей совпадают, поэтому в последнем понятии нет необходимости. Однако, для реальных моделей непрямоугольных импульсов концепция импульсной мощности не вполне удовлетворительна. Трудности растут, когда импульс нарочито не прямоугольный, или когда искажения формы импульса не позволяют произвести точное аппаратурное измерение эффективной ширины импульса. Кроме того, само определение понятия эффективной ширины импульса не единственно; например, определения

и по уровню -3 дБ дадут разный результат. В этих условиях измерение импульсной мощности по (21.1.6) и по (21.1.7) (это бывает аппаратурно более удобным) также могут дать различные результаты. По этим причинам, кроме импульсной мощности используют как независимый энергетический параметр пиковую мощность , понимая ее как максимальное значение текущей мощности огибающей импульса: . Эта аргументация станет особенно хорошо понятной, если обратиться к стандартной модели видеоимпульса со всеми сложностями его формы («проскоками», «импульсным звоном» и т. п.) (см. IEEE-стандарт ANSI/IEEE Std 194-1977 [21.7]).

Мощностные сенсоры

Важнейшей и принципиальной частью измерителя мощности СВЧ-волны является сенсор: прибор, воспринимающий мощность волны и конвертирующий высокочастотную мощность в измеримый сигнал постоянного тока или низкочастотный сигнал. Из всех мыслимых чувствительных к мощности переменного тока приборов в историческом развитии «выжили» три вида мощностных сенсоров, актуальных для измерительных приборов диапазонов ВЧ и СВЧ – термистор, термопара и диодный детектор. Каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки по отношению к другим сенсорам. Хотя по сумме современных требований к анализаторам цепей будет выбран один из этих типов, полезно обсудить все три типа.

В целом каждый блок измерения мощности анализатора цепей кроме сенсора включает соответствующий соединитель сенсора с линией передачи, мощность волны в которой должна быть измерена, соединитель выхода сенсора с собственно измерителем, который, в свою очередь, может включать оцифровщик, элемент временного окна, регистратор и т. п. Наличие цифровой обработки в блоке измерения мощности при условии подходящего математического обеспечения позволяет расширить список вычисляемых мощностных параметров; например, кроме средней, импульсной и пиковой мощности, блок может отображать такие мощностные характеристики, как интегральная функция распределения мощности, позволяющая определять процент времени превышения отношением «пик-среднее» специфического сигнального уровня [21.8].

Термисторные сенсоры

Термисторные сенсоры – разновидность болометрических сенсоров. Другая разновидность – сенсоры на барретерах. Барретер это тонкая проволочка с положительным температурным коэффициентом сопротивления и сравнительно небольшим сроком службы. Болометрические сенсоры, особенно термисторные, сыграли важную историческую роль в радиочастотных и СВЧ измерениях мощности, но в последние годы термопарные и диодные технологии отвоевали существенную часть этих приложений, вследствие их увеличенной чувствительности, более широкого динамического диапазона и более высоких мощностных характеристик. Тем не менее, термисторы все еще выбирают для переноса мощностных стандартов, вследствие их подстановочной возможности к мощности по постоянному току. Поэтому производитель измерительных приборов СВЧ даже в случае, если в их блоках измерения мощности не будет термисторов, обязательно встретится с последними в порядке мощностной трассируемости, в частности, при калибровке примененных мощностных сенсоров. И в настоящее время важное значение имеет возможность применения термисторных сенсоров в переносимых стандартах, в процессах калибровки других типов сенсоров, в технике реализации трассируемости и циклического обмена между пользователями по всему миру. Термисторные сенсоры позволяют производить измерения калибровочного фактора с высокой точностью и повторяемостью, они высоко портативны и стабильны.

Вообще болометры это мощностные сенсоры, которые действуют путем изменения сопротивления при изменении температуры, которые, в свою очередь, образуются в результате превращения радиочастотной или микроволновой энергии в тепло внутри болометрического элемента. В отличие от барретера, термистор это полупроводниковый элемент с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Термисторные сенсоры, используемые для радиочастотных измерений, это маленькие бусинки металлического окисла, обычно 0.4 мм диаметром с проволочными усиками диаметром 0.03 мм. В балансно-мостовой технике термисторный элемент всегда устанавливается на постоянном сопротивлении R с помощью постоянного или низкочастотного смещения. Когда радиочастотная мощность рассеивается на термисторе, уменьшая сопротивление, мощность смещения стремится сбалансировать мост и поддерживать R тем же. Это уменьшение мощности смещения затем показывается на измерителе и индицирует радиочастотную мощность.

Термисторные элементы устанавливаются в коаксиальных структурах, поэтому они совместимы с общими системами на линиях передачи, работающими как на радиочастотах, так и на микроволновых частотах. Современные термисторные сенсоры имеют второй комплект компенсирующих термисторов, предназначенных для поправки на вариации температуры окружающей среды.