Ватметр прохідної потужності

Изобретение относится к радиоизмерительной технике сверхвысоких и крайне высоких частот и предназначено для эксплуатации в- передающих трактах больших уровне мощности радиолокационных станций, связных передатчиков, ускорителей, испытательных стендов. Наиболее близким к заявляемому ваттметру проходящей мощности по совокупности признаков является устройство для измерения проходящей мощности СВЧ, содержащее отрезок прямоугольного волновода, две поглощающие пластины с установленными на них термодатчиками, подключенными к индикатору, расположенные нa середине узкой и на середине широкой стенок волновода в одной плоскости поперечного сечения [1]. В указанном устройстве коэффициент преобразования сильно зависит от частоты, особенно в коротковолновой области диапазона СВЧ и в диапазоне КВЧ, где размеры термодатчиков сравнимы с длиной волны и с размерами стенок волновода. Сигнал на выходе термодатчика, расположенного на узкой стенке, пропорционален продольной составляющей магнитного поля. Сигнал на выходе термодатчика, расположенного на середине широкой стенки, при поперечном размере термодатчика-, сравнимом с размером широкой стенки, пропорционален поперечной и продольной составляющими магнитного поля. При сложении сигналов с двух термодатчиков результирующий сигнал определяется двойным воздействием продольной составляющей магнитного поля, которая с увеличением частоты уменьшается, и одиночным воздействием поперечной составляющей магнитного поля, которая с увеличением частоты увеличивается. Кроме этого, при прочих равных условиях, потери мощности в узкой стенке и в широкой стенке разные. Вследствие этого, сигналы с термодатчиков, установленных на смежных стенках, не компенсируют противоположные частотные зависимости. Например, неравномерность характеристики коэффициента преобразования в максимальной полосе рабочих частот стандартного прямоугольного волновода ± 20% составляет ±6,2%, ±8,1%, ±11,3% для термодатчиков с одинаковыми поперечными размерами h/a = 0,01; 0,3; 0,5, соответственно (а - размер широкой стенки волновода). В основу изобретения поставлена задача создания ваттметра проходящей мощности, в котором новое расположение двух термодатчиков на одной стенке с разными размерами, определяемыми новым математическим выражением, позволяет уменьшить зависимость коэффициента преобразования от частоты и использовать один широкополосный ваттметр вместо нескольких (двух-трех), предназначенных для эксплуатации в более узких полосах рабочих частот и обеспечивающих одинаковые или худшие характеристики. Такой технический результат достигается тем, что в ваттметре проходящей мощности, содержащее отрезок прямоугольного волновода, две поглощающие пластины из неферромагнитных металлов с установленными на них термодатчиками, подключенными к блоку индикации, согласно изобретению, обе поглощающие пластины встроены в широкую стенку отрезка прямоугольного волновода, а размеры термодатчиков и размеры, определяющие их положение поперек широкой стенки, находятся из выражения где h1 - поперечный размер первого термодатчика; I1 - продольный размер первого термодатчика; h2 - поперечный размер второго термодатчика,· І2 - продольный размер второго термодатчика; где lH - длина волны на нижней частоте полосы рабочих частот; LH- длина волны в волноводе на нижней частоте полосы рабочих частот; lB~ длина волны на верхней частоте полосы рабочих частот; LB- длина волны в волноводе на верхней частоте полосы рабочих частот; где а - размер широкой стенки волновода; x1 - расстояние от ребра волновода до края первого термодатчика; где Х2 - расстояние от ребра волновода дo края второго термодатчика, Представленное соотношение позволяет выбором геометрических размеров тер модатчиков и размеров, определяющих и> положение поперек широкой стенки, обеспечить равенство на граничных частотах по лосы рабочих частот мощности потерь нa площади, занимаемой двумя термодатчика ми на широкой стенке, и реализовать минимальную зависимость коэффициенте преобразования от частоты в полосе рабочих частот вплоть до 40%. На фиг.1 приведен чертеж ваттметра проходящей мощности; на фиг.2,3 построены графики зависимости мощности потерь Р, нормированной на значение падающей мощности Рпад , с указанием относительной полосы частот Df/fCp = (f - fcp)/fc p в процентах. Здесь и далее fcp - центральная (средняя) частота максимальной полосы рабочих частот стандартного прямоугольного волновода ±20%; P1 - потери мощности на площади, занимаемой первым термодатчиком; Р2 - потери мощности на площади, занимаемой вторым термодатчиком; Р1+Р2 - суммарные потери. Кривые построены для волновода сечением 10x23 мм 2 с поглощающими стенками из константана (s = 0,2083 · 107 См/м) и с размерами, указанными на фиг.3 при I1 = І2 = =LСр/2, где LСр - длина волны в волноводе на частоте fcp. На фиг.2, 3 зависимости Р1+Р2 идентичны, но на фиг.3 график построен в увеличенном масштабе с указанием минимального и максимального значений, среднего значения и отклонения от среднего в максимальной полосе рабочих частот ± 20%. Ваттметр проходящей мощности содержит отрезок прямоугольного волновода 1, установленную в плоскости внутренней поверхности широкой стенки поглощающую пластину 2 с размещенным на ее внешней поверхности на расстоянии x1 от ребра волновода термодатчиком 3, имеющим размеры h 1-I1, установленную в плоскости внутренней поверхности широкой стенки поглощающую пластину 4 с размещенным на ее внешней поверхности на расстоянии Х2 от ребра волновода термодатчиком 5, имеющим размеры h 2хI2, блок индикации 6, к которому подключены выходы обоих термодатчиков. В блоке 6 индикации предусмотрены схемы сложения, усиления, обработки и индикации результирующе го сигнала. Термодатчик представляет собой термопару или батарею пленочных дифференциальных термопар, например, на основе соединения сурьмы и висмута. Поглощающие пластины 2, 4 выполнены толщиной в несколько скин-слоев, то есть достаточно тонкими для измерения температуры нагрева на внешних поверхностях, и достаточно толстыми для предотвращения излучения электромагнитной энергии, а материалом могут служить никель, константан, нихром и др. Смещение термодатчиков 3, 5 относительно друг друга в продольном направлении не изменяет зависимости коэффициента преобразования от частоты и выбирается, как правило, из соображений уменьшения предела погрешности рассогласования. Ваттметр проходящей мощности работает следующим образом. При подаче мощности в передающий тракт часть ее рассеивается в стенках отрезка 1 волновода, в том числе в поглощающих пластинах 2, 4. Термодатчики 3, 5 преобразуют тепловую энергию в электрическую. Сигналы от термодатчиков 3, 5 подаются на вход блока 6 индикации, где суммируются, обрабатываются и индицируются. Сигналы от термодатчиков зависят от поперечной и от продольной составляющих магнитного поля, но в сигнале от одного из термодатчиков, например 3, доминирует влияние продольной составляющей магнитного поля, а в сигнале от другого термодатчика (5) доминирует влияние поперечной составляющей. При увеличении частоты сигнал от одного из термодатчиков уменьшается, а сигнал от другого термодатчика увеличивается. Выбором геометрических размеров x1, h1, I1 , х2, h2, І2 обеспечивается равенство значений коэффициента преобразования на граничных частотах и минимальное отклонение коэффициента преобразования от среднего значения. Зависимость Р1+Р2 от частоты идентична по характеру зависимости коэффициента преобразования от частоты, поскольку распределение температуры на внешних поверхностях поглощающих пластин идентично распределению поглощенной мощности на участках, удаленных от мест сочленения поглощающих пластин с массивными стенками [см., например, статью: Волков В.М., Мартыненко Л.Г., Кук уш В.Д. Исследование теплового режима поглощающей стенки в прямоугольном рассогласованном волноводе с волной Ню// Радиотехника/ Респ. междувед. науч.-те хн. сб. - Харьков: Изд-во ХГУ. -1974. - Вып. 28. -С. 120-127]. Например, для кривых Р1+Р2 на фиг.2, 3 отклонение от среднего значения 4,4585, полученного с уче том минимального значения 4,359 и максимального значения 4,558, составляет ± 2.23% в максимальной полосе рабочих частот ±20%. Для устройства прототипа с шириной термодатчиков h/а = 0,3 отклонение коэффициента преобразования в той же полосе рабочих частот составляет ± 8,1 %, т.е. в 3,6 раза больше. При вариации геометрических размеров, вычисляемых из приведенного выражения, отклонение коэффициента преобразования остается постоянным в постоянной полосе частот (см. табл.1), а с уменьшением полосы рабочих частот существенно уменьшается (см. табл.2).