Меню

Измерение мощности импульсного сигнала



Теоретические основи радиолокации

Импульсная и средняя мощность

Рисунок 1. К пояснению понятий «коэффициент заполнения», «импульсная мощность», «средняя мощность»

The duty cycle is used to calculate both the peak power and average power of a radar system., © 2011 Christian Wolff

Рисунок 1. К пояснению понятий «коэффициент заполнения», «импульсная мощность», «средняя мощность»

Импульсная и средняя мощность

Энергия, излучаемая радиолокатором непрерывного излучения может быть легко определена, поскольку передатчик такого радиолокатора работает непрерывно. Однако у импульсного радиолокатора передатчик включается и выключается, чтобы обеспечить получение информации о дальности цели с каждым импульсом. Знать количество энергии, излучаемой в таком случае, важно, поскольку оно связано с мощностью на выходе передатчика, от которой прямо зависит максимальная дальность действия радиолокатора. Чем большую энергию излучает радиолокатор, тем большей будет дальность обнаружения им цели.

Энергия импульса равна произведению импульсной (пиковой, максимальной) мощности на длительность импульса. Однако измерительные средства (датчики), используемые в радиолокаторах для измерения мощности, выполняют измерение в течение интервала времени, превышающего длительность импульса. По этой причине период повторения импульсов включен в формулы для расчета мощности передатчика. Мощность, измеренная в течение такого периода, называют средней мощностью . Соотношение между средней и импульсной мощностью поясняется на Рисунке 1 и описывается следующей формулой:

D = P = τ mit P = средняя мощность
Pi = импульсная мощность
τ = длительность импульса
Τ = период повторения импульсов
(1)
Pi Τ

Импульсная мощность должна вычисляться чаще, чем средняя мощность. Это вызвано тем, что большинство измерительных средств измеряют среднюю мощность напрямую, как правило, путем оценки нагрева чувствительного элемента датчика. Формула (1) определяет общий подход к расчету импульсной мощности по средней мощности и наоборот.

Поскольку некоторое количество энергии накапливается в модуляторе, система электропитания должна обеспечивать потребляемую мощность передатчика, лишь немного большую, чем средняя излучаемая мощность.

Коэффициент заполнения

Произведение длительности импульса (τ) на частоту повторения импульсов (prf) , являющуюся величиной, обратной периоду повторения импульсов (Τ) в формуле (1), называют коэффициентом заполнения радиолокатора. Коэффициент заполнения показывает какую часть рабочего периода (периода повторения импульсов) система находится в «активном» состоянии.

Иногда при расчетах импульсной и средней мощности используется величина, обратная коэффициенту заполнения. Такая величина называется скважностью . Она показывает сколько импульсов укладывается в интервал времени, равный периоду повторения.

Сущность коэффициента заполнения можно пояснить на таком примере (Рисунок 1). Предположим, передатчик работает в течение 1 микросекунды и выключается на 99 микросекунд, затем снова запускается на 1 микросекунду и так далее. В таком случае передатчик работает в течении одной из ста микросекунд или 1/100 всего рабочего времени, то есть его коэффициент заполнения составляет 1/100 или 1 процент. Значение коэффициента заполнения используется при расчетах как импульсной мощности, так и средней мощности радиолокационной системы.

Издатель: Кристиан Вольф, Автор: Андрей Музыченко
Текст доступен на условиях лицензий: GNU Free Documentation License
а также Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License,
могут применяться дополнительные условия.
(Онлайн с ноября 1998 года)

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Измерение — импульсная мощность

Измерение импульсной мощности наиболее часто производится в радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии и различных системах передачи информации, таких, как системы с кодово-импульсной модуляцией, с широтно-импульсной модуляцией, с фазово-импульсной модуляцией. В радиопередающих устройствах с импульсной модуляцией мощность в импульсе является важной энергетической характеристикой, которая требует количественной оценки с заданной погрешностью как в процессе их создания, так и в условиях эксплуатации. [1]

Читайте также:  Как правильно ударение мощностями

Датчики для измерения импульсной мощности , основанные на эффекте изменения проводимости полупроводника в электромагнитном поле, обладают очень хорошими свойствами. Расчеты показывают, что погрешность датчика не зависит от частоты до 1010 Гц из-за безынерционности разогрева носителей тока в полупроводниковом материале. Градуировка датчиков принципиально возможна по видеоимпульсному сигналу, что значительно уменьшает погрешность калибровки датчика по сравнению с погрешностью калибровки по СВЧ мощности, так как в последнем случае погрешность увеличивается при пересчете средней мощности в импульсную. [2]

На рис. 3.42 приведена схема измерения импульсной мощности , где влияние изменения скважности сведено к минимуму. Эта схема, как и предыдущая, основана на последовательном сравнении импульсной мощности с регулируемым уровнем мощности непрерывного опорного сигнала той же частоты, что и несущая частота импульса. Определенная часть мощности от генератора импульсов подается во вторичное плечо калиброванного четырехплечего ответвителя и далее через второй ответвитель — на приемник. [4]

Еще один вид погрешности возникает при измерении импульсной мощности модулированных сигналов из-за динамики термистора. Эта погрешность значительна, когда для измерения среднего значения мощности применяются термисторы с очень малой постоянной времени, такие, например, как болометры с воластоновской нитью. Погрешность частично обусловливается влиянием изменения сопротивления термистора на схему, в которую он включен, а частично конструкцией болометра и изменением его полного сопротивления за время действия импульса, вследствие чего часть мощности отражается. Определенная доля этой погрешности определяется неравномерностью охлаждения болометра в интервале между импульсами. [6]

Для терморезисторов характерна сравнительно большая тепловая инерционность, поэтому они автоматически усредняют измеряемую мощность и могут применяться для измерения импульсной мощности . [7]

Можно попутно отметить, что эффект Холла действует практически мгновенно; это подсказывает возможность применения ваттметров с эффектом Холла для измерения импульсной мощности . Пока здесь име ются схемные трудности. [9]

Известная доля передаваемой мощности подается через направленный ответвитель на двойной тройник, где делится пополам; половина мощности поступает на термисторную или болометрическую головку ( термистор предпочтительнее из-за большей прочности и отсутствия ошибок при измерении импульсной мощности ) для измерения средней мощности, а другая — на детекторную головку для просмотра формы импульсов и намерения частоты их повторения. [11]

Рассмотрение выражения (6.17) с учетом физических процессов, происходящих в образце, позволяет сделать вывод о целесообразности использовать эффект Холла для создания измерителя проходящей мощности, который обладает двумя принципиальными достоинствами: 1) измеритель может работать при произвольной нагрузке, а не только при согласованной, 2) быстродействие измерителя обеспечивает измерение импульсной мощности . [12]

Читайте также:  Номинальная максимальная мощность чувствительность

Измерение импульсной мощности по этому методу основано на сравнении пиковой мощности радиочастотного импульса с непрерывной СВЧ мощностью той же частоты. На рис. 3.41 приведена структурная схема, которая содержит быстродействующий коммутатор на полупроводниковом диоде, позволяющий производить идентичные выборки импульсного и непрерывного сигналов. [14]

Измерители как проходящей мощности, так и поглощаемой мощности требуют калибровки по образцовому ваттметру, который представляет собой приемный преобразователь и измерительный блок с отсчетным устройством. Для измерения мощности непрерывной генерации в качестве измерительного блока используется милливольтметр постоянного тока, а для измерения импульсной мощности — пиковый милливольтметр. [15]

Источник

Определение импульсной мощности сигналов СВЧ посредством измерителя средней мощности Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Загородний Андрей Сергеевич, Рощин Константин Николаевич, Воронин Николай Николаевич

Рассмотрены вопросы измерения мощности сигналов СВЧ с применением преобразователей на основе диодных детекторов . Исследована и подтверждена возможность косвенных измерений импульсной мощности с помощью измерителя средней мощности. Описаны особенности и основные ограничения метода.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Загородний Андрей Сергеевич, Рощин Константин Николаевич, Воронин Николай Николаевич

The measurement of pulsed power of high frequency signals by means of average power meter

This paper describes the problems of microwave power measurements by using diode detector sensor. The possibility of indirect pulse power measurements by average power meter is investigated and confirmed by the experiment. The features and the main restrictions of this method are described.

Текст научной работы на тему «Определение импульсной мощности сигналов СВЧ посредством измерителя средней мощности»

А.С. Загородний, К.Н. Рощин, Н.Н. Воронин

Определение импульсной мощности сигналов СВЧ посредством измерителя средней мощности

Рассмотрены вопросы измерения мощности сигналов СВЧ с применением преобразователей на основе диодных детекторов. Исследована и подтверждена возможность косвенных измерений импульсной мощности с помощью измерителя средней мощности. Описаны особенности и основные ограничения метода.

Ключевые слова: импульсно-модулированный сигнал, диодный детектор, измеритель мощности, импульсная мощность.

Современные измерители мощности позволяют проводить измерения различных мощностных параметров: средней, импульсной, пиковой мощности, отношения пиковой и средней мощности, уровни мощности во временных окнах и пр. В отдельную категорию можно выделить измерители средней мощности. Для них характерны широкие частотные и динамические диапазоны измерений, а также невысокая стоимость по сравнению с измерителями пиковой мощности. В данной работе рассматривается методика косвенного определения импульсной мощности с помощью измерителя средней мощности. Эта задача весьма актуальна для практических задач, где не требуется измерения большого перечня параметров с применением сложной аппаратуры, а достаточно оценить уровень мощности сигнала.

Читайте также:  Панельный радиатор прадо мощность

При рассмотрении измерителей мощности в первую очередь следует обратить внимание на преобразователь мощности. Основная идея преобразователя мощности заключается в преобразовании мощности высокочастотного сигнала в постоянный ток или сигнал низкой частоты, которые измеряются и пересчитываются с учетом калибровочных данных детектора в значение мощности сигнала. Тремя основными типами преобразователей являются терморезисторы, термопары и диодные детекторы [1]. Каждый тип преобразователя имеет свои преимущества, функциональные возможности и ограничения, связанные с его применением. Измерители мощности на основе терморезисторов и термопар оценивают тепловую энергию сигнала СВЧ, рассеянную на чувствительном элементе. Подобные устройства могут использоваться для измерения средней мощности, но не могут непосредственно измерять импульсную и пиковую мощность, а также обладают малым динамическим диапазоном и большим временем измерений.

В отличие от терморезисторов и термопар, диодный детектор не измеряет содержание тепла, рассеянного на нагрузке, а выпрямляет СВЧ-сигнал и проводит интегрирование результата на видеофильтре (ФНЧ). Основным достоинством диодного преобразователя является чувствительность, позволяющая измерять такие низкие уровни мощность, как минус 70 дБм (100 пВт). По величине полосы видеофильтра преобразователи на диодных детекторах разделяют на две группы — узкополосные (интегрирующие) и широкополосные. Узкополосные преобразователи на диодных детекторах позволяют проводить оценку среднего значения мощности на временных интервалах, во много раз превышающих период повторения сигнала. Широкополосные преобразователи на диодных детекторах позволяют измерять мощность СВЧ-сигнала с высоким разрешением по времени.

К недостаткам преобразователя на диодных детекторах можно отнести нелинейность закона преобразования, связанного с нелинейными свойствами диода. Если мы разложим уравнение, описывающее поведение диода в степенной ряд, то увидим, что выпрямленное выходное напряжение является функцией квадрата напряжения входного сигнала до уровня сигнала, соответствующего мощности не более -20 дБм на нагрузке 50 Ом [2]. В данном динамическом диапазоне выходное напряжение пропорционально среднеквадратичному значению уровня входной мощности. При превышении уровня мощности -20 дБм процесс выпрямления становится все более линейным, а выходное напряжение переходит к функции входного напряжения (а не к квадрату входного напряжения). Для непрерывного гармонического сигнала данная нелинейность может быть скорректирована для получения истинного среднеквадратичного значения мощности.

Если при измерении среднего значения мощности импульсно-модулированного сигнала мощность импульса превышает -20 дБм, то среднее значение напряжения на выходе детектора не пропорционально средней мощности сигнала на входе. Это приводит к появлению ограничений при использовании преобразователя на диодном детекторе при измерении параметров мощности им-пульсно-модулированных сигналов. На рис. 1 показана взаимосвязь импульсной и средней мощности [3]. В примере использован простой импульс длительностью 10 мкс с периодом повторения 40 мкс, следовательно, разница импульсной и средней мощности равна 6,02 дБ. Данная величина может быть внесена в измеритель как величина компенсации ослабления, чтобы на дисплее отображалась импульсная мощность (действующее значение мощности импульсов).

( ^ д= іоі Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Источник