Полная версия

Главная arrow Техника arrow ИЗМЕРЕНИЯ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Измерение энергетических параметров устройств ТКС

К энергетическим параметрам устройств ТКС относят в первую очередь все виды мощности: активную, мгновенную, реактивную, импульсную, среднюю и т.д. Также к энергетическим параметрам относят спектральную плотность мощности шума, коэффициенты шума и др. Кроме того, с измерением энергетических параметров (мощности, удельной энергии ит.д.) приходится сталкиваться при обеспечении электромагнитной совместимости устройств ТКС.

Комплекс проблем, возникающий при разработке и эксплуатации различных источников электромагнитных колебаний устройств ТКС, и решение проблем электромагнитной совместимости этих устройств зачастую совпадают. И в первом и во втором случае наиболее часто приходится иметь дело с измерением мощности.

На практике мощность измеряют в широком частотном диапазоне — от постоянного тока до оптических волн, и в пределах уровней — от I0-18 до 108 Вт.

Общие сведения

В цепях постоянного тока мощность, потребляемая электрической нагрузкой R (активная мощность), определяется через ток / и напряжение U:

В цепях переменного тока различают мгновенную, среднюю, активную, реактивную и полную (кажущуюся) мощности.

Мгновенной мощностьюр(г) называется произведение мгновенных значений напряжения и{1) и тока /'(г):

Полная (кажущаяся) мощность Р„ определяется через средние квадратические значения напряжения U и тока /:

где Z— полное сопротивление нагрузки.

Полная мощность определяет максимальную электрическую нагрузку электрической цепи и измеряется в вольт-амперах [ВА].

Активная (средняя за период) мощность Рл — это среднее значение мгновенной мощности p(t) за период Т:

Если ток /(/) = lm sinottf, а напряжение то

где coscp = R/Z— коэффициент мощности.

Из приведенных равенств следует, что активная мощность — это мощность, поглощенная нагрузкой (полезная электрическая мощность). Активная мощность измеряется в ваттах [Вт].

Реактивная мощность Рр является характеристикой энергии, которой обмениваются генератор и нагрузка в электрической цепи:

где X— реактивное сопротивление нагрузки.

Мощность Рр измеряется в вольт-амперах реактивных [ВАр]. Она не оказывает непосредственного воздействия на нагрузку.

Полная, активная и реактивная мощности связаны между собой соотношением

В радиотехнических устройствах и цепях, где используются сигналы импульсной формы, определяются средняя мощность за период следования импульсов Т(Рср) и мощность, усредненная за время импульса т„ (импульсная мощность /*„):

Средняя Рср и импульсная Р„ мощности связаны соотношением

Все известные методы измерения мощности принято разделять на две большие группы: косвенные и прямые. Косвенные методы сводятся обычно к измерению токов и напряжений с последующим расчетом мощности по приведенным выше формулам. Прямые измерения проводят с помощью приборов, предназначенных для непосредственного измерения мощности, — ваттметров.

В цепях постоянного тока и переменного тока промышленной частоты прямые измерения проводят в основном с помощью ваттметров электромеханического типа с электродинамическим измерительным механизмом, а для косвенных измерений используют приборы непосредственной оценки (амперметры, вольтметры).

В диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) используют только прямые измерения, основанные, как правило, на преобразовании энергии электромагнитных колебаний в другие виды энергии, более удобные для измерений (тепловую, механическую), с последующим вторичным преобразованием в электрический сигнал.

На СВЧ измеряют мощность, поглощаемую согласованной нагрузкой, или мощность, проходящую по коаксиальной или волноводной линии к произвольной нагрузке. В соответствии с этим различают методы измерения и ваттметры поглощаемой и проходящей мощности.

При измерении поглощаемой мощности нагрузкой источника энергии обычно является сам ваттметр, имеющий во входном устройстве эквивалентную согласованную нагрузку (рис. 6.1, а).

Измерение мощности в СВЧ-диапазоне

Рис. 6.1. Измерение мощности в СВЧ-диапазоне: а — поглощаемой; б — проходящей

При подключении источника сигнала (генератора), имеющего внутреннее сопротивление Zr = Rr + jXT и напряжение Un к нагрузке, имеющей полное сопротивление ZH = R„ + jXH, мощность, отдаваемая в нагрузку,

Если генератор и нагрузка полностью согласованы между собой (/?, = /?н, Хг = — Хн), то в нагрузку отдается максимальная мощность:

В реальных условиях не всегда можно добиться полного согласования. Тогда относительная систематическая погрешность из-за рассогласования

где Рп — мощность, поглощаемая ваттметром.

Ваттметры поглощаемой мощности чаще реализуют на основе теплового преобразования электромагнитной энергии калориметрическим, термоэлектрическим или терморезисторным методом.

Ваттметры проходящей мощности реализуются обычно в виде встроенных приборов и позволяют измерять мощность непрерывно в процессе эксплуатации радиоэлектронных устройств.

Приемные преобразователи ваттметров проходящей мощности, включаемые в линию передачи между генератором и нагрузкой (рис. 6.1, б), не должны искажать структуру электромагнитного поля в тракте передачи.

При построении ваттметров проходящей мощности обычно используют механический (пондеромоторный) метод преобразования, метод на основе использования направленных ответвителей, метод на основе эффекта Холла.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>