57. Пондеромоторный метод

Пондеромоторный метод измерения основан на пре­образовании электромагнитной энергии в механическую. Это преобразование осуществляется за счет хорошо известного эффекта механи­ческого (пондеромоторного) давления электромагнитных волн на стенки линии передачи или на отражающие элементы, расположен­ные внутри линии. Это механическое дав­ление пропорционально модулю пер­пендикулярного отражающей поверх­ности вектора Умова-Пойтинга, что и позволяет по измеренному значению давления однозначно определять измеряемую мощность.Как следует из сути метода, его можно применять только для измерения Возможны два основных способа практической реализации пондеромоторного метода и соответственно ваттметров.

При реализации первого способа часть боковой стенки волновода заменяется упругой пластиной, которая прогибается под воздействием . Для измерения величины прогиба используются соответствующие преобразователи (датчики), например, пьезоэлемент или кон­денсаторный элемент. Верх­ний предел измеряемых мощностей ограничивается только электрической прочностью волновода. При малой постоянной времени ваттметр может измерять не только , но и . Из-за трудностей конструктивного исполнения и необходимости использования дополнительных преобразователей этот способ не нашел широкого практического применения.

В основном пондеромоторные ваттметры реализуют второй способ, и называются еще крутильными ваттметрами (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 – Схематическое устройство крутильного ваттметра

Как видно из рисунка 3.9, конструктивно такой ваттметр представляет собой отрезок волновода, внутри которого помещена металлическая пластинка 3. Она подвешена на упругой кварцевой нити 2, а с другой стороны укреплена на жестком стержне 9, вто­рой конец которого опущен в масляный амортизатор 7. Нить, в свою очередь, соединяется с осью крутильной головки 4, на которой на­несены деления в градусах. Внутри волновода размещается согласующая диафрагма 1, которая компенси­рует неоднородность, вносимую пластиной 3. Пластина располагается в волноводе под некоторым начальным углом к его оси, который устанавливается с помощью крутильной головки 4. При распространении по волноводу волны H₁₀ возникает пара сил, вра­щающий момент которых поворачивает пластину на угол, пропорциональный значению . Этот угол фиксируется с помощью оптической системы, которая состоит из зеркала 5, укрепленного па стержне 9, источника света 6 и шкалы 8. Противодействующий мо­мент создается с помощью нити 2. В момент равенства и производится отсчет измеряемой . Доказано, что максимальную чувствительность ваттметр имеет при начальном = 45°

Пондеромоторные ваттметры – одни из самых точных измери­телей мощности СВЧ. Если обеспечено согласование в тракте до КСВ ≤ 1,05, то погрешность измерения не превышает 1,5%. Имеют широкие пре­делы измерения (от милливатт до сотен киловатт), не боятся перегрузок по мощности.

Недостатки. Очень чув­ствительны к вибрациям и работают в специальных условиях, малый частотный диапазон, т.к. необходимо хорошее согласование, зависимость показаний от частоты.

Основное применение – в качестве образцовых СИ.