Пристрій для вимірювання прохідної потужності нвч і ндвч

Изобретение относится к радиоизмерительной технике сверхвысоких и крайне высоких частот и предназначено для передающих трактов больших уровней мощности радиолокационных станций, связных передатчиков, ускорителей, испытательных стендов. Наиболее близким к заявляемому устройству 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 на середине узкой и на середине широкой стенок волновода в одной плоскости поперечного сечения. В этом устройстве переменная составляющая погрешности рассогласования при измерении проходящей мощности достигает больших значений из-за расположения одной из поглощающих пластин с установленным на ней термодатчиком на середине широкой стенки прямоугольного волновода. Сигнал на выходе термодатчика, расположенного на узкой стенке, пропорционален продольной составляющей магнитного поля. Сигнал на выходе термодатчика, расположенного на середине широкой стенки, пропорционален поперечной составляющей магнитного поля, так как на середине широкой стенки продольная составляющая магнитного поля равна нулю. Узлы или пучности стоячей волны продольной и поперечной составляющих магнитного поля сдвинуты относительно друг др уга на L/4, где L - длина волны в волноводе. При сложении сигналов с двух термодатчиков влияние фазы стоячей волны, то есть сдвига фазы коэффициента отражения, уменьшается по сравнению с сигналом от любого одного термодатчика, но не устраняется полностью. Это связано с тем, что амплитуды поперечной и продольной составляющих магнитного поля разные, по-разному зависят от частоты и по разным законам изменяются в плоскости поперечного сечения волновода. Соответственно коэффициенты преобразования мощности электрической волны в тепло на узкой стенке и на середине широкой стенки будут разными. Например, в максимальной рабочей полосе частот прямоугольного волновода ±20% переменная составляющая погрешнести рассогласования достигает D = ±8,9% при коэффициенте стоячей волны нагрузки не более 1,2. В основу изобретения поставлена задача создания устройства для измерения проходящей мощности СВЧ и КВЧ, в котором новое положение термодатчика на широкой стенке, определяемое новым математическим выражением, позволяет уменьшить переменную составляющую погрешности рассогласования в полосе частот и использовать один широкополосный ваттметр вместо нескольких (двухтрех), предназначенных для эксплуатации в более узких рабочих полосах частот и обеспечивающих одинаковый предел погрешности рассогласования, что повышает точность измерения и упрощает устройство. Такой технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения проходящей мощности СВЧ и КВЧ, содержащем отрезок прямоугольного волновода, встроенные а его узкую и широкую стенки две поглощающие пластины с установленными на них термодатчиками одинаковой длины, подключенными к блоку индикации, согласно изобретению, на широкой стенке волновода термодатчик установлен так, что расстояние х от узкой стенки волновода до ближайшего края термодатчика в интервале значений от а/4 до 3а/4-hш удовлетворяет соотношению: где а - размер широкой стенки; hш - поперечный размер термодатчика, установленного на широкой стенке; hу - поперечный размер термодатчика, установленного на узкой стенке; fкр - критическая частота; f - частота из полосы от 1,413 fкр до 2 fкр. Выбор расстояния от ребра волновода до края термодатчика в интервале от а/4 до 3а/4-hш по указанной формуле обеспечивает равенство нулю переменной составляющей погрешности рассогласования на фиксированной расчетной частоте f из полосы от 1,413 fкр до 2 fкр, и равенство двух максимальных значений погрешности в рабочей полосе частот, одно из которых достигается на частоте, меньшей f, а другое - на частоте, большей f. Рабочая полоса частот устройства может быть установлена любой ширины в пределах максимальной рабочей полосы стандартного прямоугольного волновода от 1,25 fкр до 2 fкр (примерно +20%). Равенство двух максимальных значений погрешности в рабочей полосе частот является оптимальным вариантом: уменьшение f приводит к увеличению значения погрешности в максимуме на частоте, большей f, a увеличение f - на частоте, меньшей f. В обоих случаях предел погрешности D в рабочей полосе частот будет возрастать. То есть минимальное предельное значение переменной составляющей погрешности рассогласования в рабочей полосе частот соответствует равенству двух максимальных значений погрешности, достигаемых на двух часто тах, одна из которых меньше f, a др угая больше f. На частоте f=1,413 fкр погрешность D равна нулю при х=а/2. С ростом частоты расстояние х уменьшается. Равенство нулю D=0 на верхней граничной частоте стандартного прямоугольного волновода f=2fкр обеспечивается при х=а/4. То есть выбору частоты f от 1,413 fкр до 2 fкр соответствует расстояние от х=а/2 до а/4 или, с учетом поперечного размера термодатчика и идентичности характеристик по обе стороны от середины широкой стенки, от а/4 до 3а/4hш. На фиг. 1 приведен чертеж устройства для измерения проходящей мощности СВЧ и КВЧ. На фиг. 2-5 изображены графики зависимости эффективного коэффициента отражения от частоты с указанием относительной полосы частот Df/fcp=(f-fcp)fc p в процентах, fc p - средняя частота максимальной рабочей полосы частот стандартного прямоугольного волновода ±20%; IRэф I = I=r el Ir XI - модуль эффективного коэффициента отражения - функции, определяющей зависимость выходного сигнала термодатчика от фазы стоячей волны и используемой для расчета переменной составляющей погрешности рассогласования D= 2 |r н| |r эф |; lr eI параметр, определяющий зависимость IРэф I от продольного размера (длины) термодатчика I (для сосредоточенного термодатчика принимают I @ 0 и (Ir eI@1); lr xl - параметр, определяющий зависимость IРэф I от поперечного размера термодатчика и его положения на широкой стенке (от положения на узкой стенке погрешность не зависит); Ir нI - максимальное значение модуля комплексного коэффициента отражения нагрузки в рабочей полосе частот. Графики на фиг. 2-5 скомпонованы для удобства сравнительного анализа; на фиг. 2, 4 - графики для устройства по прототипу (при х=а/2); на фиг. 3, 5 - для заявляемого устройства при разных расстояниях х от ребра волновода до края термодатчика; на фиг. 2,3 - для случая сосредоточенных термодатчиков, у которых поперечный размер h @0 и I @ 0, то есть |Рэф I = Ir хI; на фиг. 4, 5 - для термодатчиков с продольным размером I, равным половине длины волны в волноводе: I=Lcp /2 на фи г. 4 (Lcp - длина волны в волноводе на частоте fcp) и I=Lmax/2 на фиг.5 (Lmax - длина волны в волноводе на нижней граничной частоте fср - 20%). Указаны максимальные значения эффективного коэффициента отражения в полосе частот +20% для сосредоточенных термодатчиков Ir х I max (фиг. 2,3) и для распределенных термодатчиков IPэф Imax (фиг. 4, 5). Устройство содержит отрезок прямоугольного волновода 1, встроенную в его широкую стенку поглощающую пластину 2 с установленным на ее внешней поверхности на расстоянии х от ребра термодатчиков 3 (указан поперечный размер этого термодатчика h ш), встроенную в узкую стенку отрезка волновода поглощающую пластину 4 с установленным на ее внешней поверхности термодатчиком 5 и блок индикации 6, к которому подключены выходы обоих термодатчиков. Термодатчик представляет собой термопару или батарею пленочных ди фференциальных термопар, например, на основе соединения сурьмы и висмута. В блоке индикации предусмотрены схемы начальной регулировки, суммирования и усиления сигналов термодатчиков, а также индикаторный прибор. 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. Длины термодатчиков выполнены одинаковыми. Устройство работает следующим образом. При подаче электромагнитной энергии в передающий тракт стенки отрезка волновода 1 и поглощающие пластины 2,4 нагреваются. Термодатчики 3, 5 преобразуют тепловую энергию в электрическую. Сигналы от термодатчиков 3, 5 подаются на вход блока индикации 6, где отрабатываются и индицируются. Сигнал на выходе термодатчика 5 пропорционален продольной составляющей магнитного поля, а сигнал на выходе термодатчика 3-й поперечной, и продольной составляющей магнитного поля. Обе составляющие магнитного поля зависят от фазы стоячей волны, а также от частоты, причем узлы или пучности стоячей волны поперечной и продольной составляющих сдвинуты относительно друг друга на D/4 - четверть длины волны в волноводе. Выходные сигналы термодатчиков также зависят от фазы стоячей волны и от частоты, при этом в суммарном сигнале двух термодатчиков 3, 5 двойное влияние продольной составляющей магнитного поля частично или полностью компенсируется влиянием поперечной составляющей магнитного поля. Выбор расстояния х отребра волновода до края термодатчика 3 обеспечивает наиболее эффективную взаимную компенсацию составляющих магнитного поля в рабочей полосе частот. Например, для сосредоточенных термодатчиков, выбрав f @ fc p - 4,5%, х=0,393 а, на граничных частотах fcp ±20% максимальной рабочей полосы частот стандартного прямоугольного волновода получим Ir xImax£0,352, а в полосе частот ±20% -