Отражение энергии оценивают модулем коэффициента отражения Г = (Кс - 1)/(Кс + 1) или Г = (1 - Кб)/(1 + Кб). При полном согласовании отражения нет и Г = 0. При увеличении рассогласования коэффициент отражения возрастает от О до 1 (до 100%).

При измерении полного" сопротивления к измерительной линии, питаемой генератором СВЧ, подключают исследуемую нагрузку-входное сопротивление радиоприемников, линий передачи, антенных систем или других устройств, имею-щее комплексный характер, модуль которого Z = + (где R и Х-активная и реактивная составляющие полного сопротивления). Подключение такой нагрузки к измерительной линии сдвигает первый узел напряжения на некоторое расстояние Iq по отношению к тому положению, которое он занимал при коротком замыкании (рис. 145, б, г).

Измерив при исследуемом устройстве коэффициент Кс, рассчитав фазовый угол ф = 4kIq/X и зная волновое сопротивление р измерительной линии, можно по довольно сложным формулам рассчитать активную R и реактивную X составляющие полного сопротивления или по круговой номограмме, приводимой в специальной литературе, определить их значение.

§ 51. Измерение мощности

В цепях постоянного тока и переменного низкой и высокой частоты в основном измеряют напряжение U и ток I и косвенно при известном сопротивлении нагрузки R определяют мощность P=UI= U/R = PR (см. рис. И, 15, 36, 38 и 57). Прямое измерение мощности на постоянном токе и переменном низкой частоты (до 5 кГц) выполняют ваттметрами электродинамической системы, включая их неподвижную катушку последовательно, а подвижную вместе с добавочным резистором-параллельно.

Так как в цепях с распределенными постоянными токи и напряжения вдоль линии различны, основными измерениями являются определение средней за период мощности Рср. При импульсных сигналах мощность в импульсе, значительно превышающая среднюю, Ри = РсрТ/т (где Ти т-период повторения и длительность импульсов).

Измерители мощности подразделяют на ваттметры поглощаемой мощности, являющиеся оконечной нагрузкой линий передачи, и проходящей, измеряющие малую часть проходящей по основному тракту мощности, ответвляемой направленными ответвителями.

Термисторный и болометрический методы измерения мощности основаны на преобразовании энергии СВЧ в тепловую энергию, которую оценивают по изменению сопротивления болометра или термистора. Болометр представляет собой стеклянный баллон, в который заключена тонкая металлическая (вольфрамовая либо платиновая) нить или пленка на слюде либо стекле. Сопротивление болометра, равное при нормальной температуре 50-200 Ом, при нагреве возрастает. Тер-мистор представляет собой заключенный в стеклянный баллон кристалл полупроводникового материала с впрессованными в него выводами. Сопротивление термистора при нормальной температуре равно нескольким килоомам, а при нагреве уменьшается. Высокая чувствительность термистора, определяемая значительным снижением сопротивления при нагреве, позволяет использовать его для измерения мощностей от единиц микроватт до десятков милливатт в диапазоне частот до десятков гигагерц.

Термисторный измеритель мощности (рис. 146) состоит из измерительной головки с размещенным в ней термистором, и моста постоянного тока, в плечи которого включены равные по сопротивлению резисторы R1, R2, R3 и термистор Rj.

В качестве измерительной головки используется коротко-замкнутый отрезок коаксиальной или волноводной линии, входной фланец которой подключают к линии передачи. На рис. 146 показан полноводный отрезок с двумя коаксиальными вставками, в разрыв внутренней жилы которых включен термистор Rt Полное согласование и режим бегущей волны в линии устанавливают изменением положения поршней П1, П2 и ПЗ. Кроме того, используют набор нерегулируемых измерительных головок, обеспечивающих согласование термистора с линией в широком диапазоне частот.

Перед измерениями входной фланец закрывают металлической крышкой и, регулируя переменным резистором R4 («Уст. О») ПОСТОЯ1ШЫЙ питающий ток и нагрев термистора, снижают его сопротивление до начального значения Rt, равного сопротивлению резисторов R1=R2 = R3. При этом мост постоянного тока уравновешивается и стрелочный указатель милливаттметра mW устанавливается на нулевую отметку.

Рис. 146. Термисторный измеритель мощности

Затем входной фланец подключают к линии передаи, при этом измеряемая мощность СВЧ вызывает дополнительный нагрев термистора и дальнейшее снижение его сопротивления. Равновесие моста нарушается и стрелочный указатель прибора mW отклоняется. Изменяя положения поршней П1, П2 и ПЗ, добиваются наибольшего отклонения стрелочного указателя и отсчитывают измеряемую мощность по шкале милливаттме-тра mW, проградуированной на постоянном или переменном токе. Измеряемую мощность можно также отсчитывать по шкале переменного резистора R4, которым уменьшают ток и нагрев термистора до восстановления его начального сопротивления R и равновесия моста.

Чувствительность термисторного измерителя мощности очень высока. Для уменьшения чувствительности и расширения пределов измерений к входу измерителя мощности подключают аттенюатор.

Непосредственный метод измерений мощности (рис. 147) основан на определении напряжения на эквиваленте нагрузки, в качестве которого используют специальный резистор Кн с поверхностным углеродистым слоем на керамическом трубчатом основании, заключенный в металлический экран Э, который улучшает условия согласования и служит продолжением внешнего проводника коаксиальной линии.

Напряжение измеряют электронным вольтметром, выполненным по схеме выпрямитель-усилитель и состоящим из измерительного амплитудного выпрямителя и усилителя постоянного тока УПТ, нагруженного на магнитоэлектрический измеритель W, шкала которого проградуирована в единицах мощности. Анод диода измерительного амплитудного выпрямителя подключен к части резистора R„, что расширяет пределы измерений и улучшает условия согласования. В некоторых ваттметрах для расширения пределов измерений используют два амплитудных выпрямителя, подключенных к разным точкам резистора Кн- Такие ваттметры предназначены для измерений мощности от 0,1 до 500 Вт в диапазоне частот до 1000 МГц и удобны для определения мощности источников энергии-генераторов и радиопередатчиков.

Калориметрический метод измерений мощности основан на преобразовании энергии СВЧ в тепловую энергию, которую оценивают по степени нагрева воды в коаксиальных (рис. 148, а) или волноводных (рис. 148,6) водяных нагрузках. При постоянной скорости течения воды разность ее температур на входе и выходе нагрузки пропорциональна измеряемой мощности и может быть измерена двумя термометрами или