Метод отношения мощностей

Для измерения ослабления в соответствии с определением этой физической величины необходимо реализовать схему на рис.7.51, в которой нагрузку следует заменить измерителем мощности (ИМ), и измерить мощность, поглощенную измерителем мощности, в двух положениях: при непосредственном соединении измерителя мощности с выходом генератора (мощность P_1н) и при включении между генератором и нагрузкой исследуемого четырехполюсника (мощность P_2н). Затем по формуле (7.34) рассчитывается ослабление. Рассмотренный метод называется методом отношения мощностей. Он лежит в основе всех схем и устройств измерений ослабления, поскольку в каждом из них имеется измеритель мощности для определения численного значения отношения мощностей (напряжений) либо применяемый в качестве устройства сравнения, фиксирующего неизменность этого отношения.

Исследуемый и эталонный аттенюаторы (A_x и A_э)включаются поочередно между генератором и измерителем мощности. Регулировкой мощности генератора добиваются определенных показаний измерителя мощности. Затем A_x заменяется мерой A_э. Если в качестве A_эиспользовать многозначную меру ослабления, то, поддерживая регулировкой неизменные показания измерителя мощности при условии неизменности уровня сигнала, выдаваемого генератором, можно отсчитать по шкале A_эизмеряемую величину A_x. В данном случае измеритель мощности является устройством сравнения, A_э- мерой x_д, ослабление A_x - величиной x_изм. Источниками инструментальных погрешностей такого метода являются нестабильность мощности генератора за время измерения, погрешность величины A_э.

Основной методической погрешностью является погрешность рассогласования. Рассмотрим природу, основные источники и пределы изменения этой погрешности. В реальных условиях, когда Γ_г≠ 0, Γ_им≠ 0, Γ_э≠ 0, мощность, поглощаемая измерителем мощности, зависит от отражений сигналов от каждого из узлов схемы и в схеме на рис.7.52 определяется формулами

;

где P_г- мощность, выдаваемая генератором на согласованную нагрузку; , - комплексные коэффициенты отражения входа и выхода эталонного аттенюатора; , - комплексные коэффициенты отражения генератора и измерителя мощности; , - комплексные коэффициенты отражения входа и выхода исследуемого аттенюатора; , - комплексные коэффициенты передачи эталонного и исследуемого аттенюаторов.

Эту формулу можно получить, используя матрицы рассеяния всех устройств. Все коэффициенты являются комплексными величинами. Поскольку при реализации процедуры метода сравнения , то

,где A_x - ослабление исследуемого аттенюатора.

Пренебрегая величинами второго порядка малости, можно записать:

или

Величину называют погрешностью рассогласования Δ_рас. Поскольку в выражение для Δ_рас входят комплексные величины, то их сумма зависит от соотношения их фаз. При неизвестных фазах максимальное значение Δ_рас считают как сумму максимальных значений модулей ее составляющих:

В качестве измерителя мощности в методе сравнения могут применяться ваттметры СВЧ малой мощности, импульсные ваттметры, вольтметры, импульсные вольтметры, селективные вольтметры, измерительные приемники, измерители коэффициента шума. Так как они используются в качестве устройств сравнения, то главное требование к ним - высокая разрешающая способность и собственная стабильность показаний во времени.

В практике нередко требуется измерять не только ослабление, вносимое четырехполюсником в цепь, но и изменение ослабления. Эта задача особенно часто встречается при градуировке переменных аттенюаторов, т.е. измеряется ослабление, соответствующее разности отсчетов по шкале переменного аттенюатора. В этом случае метод сравнения реализуется схемой последовательного замещения (рис.7.53). В ней эталонный аттенюатор, вносящий ослабление A_э в схему, и градуируемый аттенюатор с неизвестным ослаблением A_x включаются один за другим, что исключает необходимость пересоединения приборов.

Для определения действительного значения разности ослабления между началом и градуируемой отметкой шкалы аттенюатора A_x сначала устанавливают в положение “0 дБ”, а эталонный аттенюатор - в положение с несколько большим ослаблением A^'_э, чем проверяемая отметка шкалы A_x. Регулируют мощность генератора, добиваясь определенных показаний измерителя мощности. Затем переводят A_x в положение, в котором контролируется его ослабление, а изменением ослабления эталонного аттенюатора до A^''_эвосстанавливают прежние показания измерителя мощности. Значение A_x = ( A^''_э– A^'_э) [дБ].

Погрешность измерения величины ослабления A_x обусловлена стабильностью генератора сигнала, разрешением измерителя мощности, погрешностью образцового аттенюатора, погрешностью рассогласования. Для данного случая максимальное значение погрешности рассогласования при пренебрежении членами второго порядка малости определяется формулой

где , , , - модули коэффициентов отражения эталонного и исследуемого аттенюаторов в первом и втором положениях соответственно; , - модули коэффициентов отражения генератора и измерителя мощности.

В случае если не удается подобрать генератор и измеритель мощности с малыми коэффициентами отражения, часто применяют согласующие фиксированные аттенюаторы с ослаблением 3...10 дБ, которые имеют малые коэффициенты отражения и благодаря этому уменьшают вклад отражений от генератора и измерителя мощности в погрешность рассогласования.

<42 43 444546 47 48 >

Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 710;