Введение
СВЧ (сверхвысокочастотные) нагрузки являются важным элементом в радиочастотных (РЧ) системах, особенно при калибровке и тестировании устройств, таких как усилители, антенны, генераторы и измерительные приборы. Нагрузки имитируют работу реальных приборов, поглощая переданную мощность, с минимальными отражениями и искажениями сигнала при измерениях. В данной статье рассматриваются принципы работы СВЧ нагрузок, их функции в тестировании РЧ систем, а также их значимость для обеспечения точности и стабильности в радиоизмерениях.
Принципы работы СВЧ нагрузок

СВЧ нагрузка — это пассивное устройство, предназначенное для поглощения высокочастотной энергии, поступающей на её вход, без создания значительных отражений. Идеальная нагрузка должна иметь такой же волновое сопротивление, как и передающее устройство, что обеспечивает минимальные потери мощности на отражение и максимальное поглощение энергии.
Ключевыми параметрами СВЧ нагрузок являются:

  • Волновое сопротивление, который обычно составляет 50 Ом для большинства радиочастотных систем.
  • Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН), который показывает, насколько хорошо нагрузка согласована с системой (чем ближе к 1, тем лучше согласование).
  • Мощность, которую нагрузка может безопасно рассеивать без перегрева или повреждения.

Роль СВЧ нагрузок в тестировании и калибровке

• Имитация рабочих условий СВЧ нагрузки играют ключевую роль в имитации рабочих условий для радиочастотных систем. Например, при тестировании радиопередатчиков или усилителей мощности необходимо создать условия, максимально приближенные к реальным, но при этом не передавать сигнал в антенну или другую часть системы, где могут возникнуть помехи или отражения. СВЧ нагрузка поглощает энергию передатчика, создавая режим реальной работы системы, что позволяет безопасно измерять мощность и другие параметры передатчика.
Рис.1. Оконечная СВЧ нагрузка 50 Ом, 1 ГГц, 2000 Вт HPL - 2000/50.
• Измерение коэффициента стоячей волны (КСВ) и согласование волнового сопротивления. Для того чтобы убедиться, что система имеет минимальные отражения сигнала, необходимо измерять КСВ системы. Для этого к разъёму на выходе системы подключают оконечную СВЧ нагрузку с известным волновым сопротивлением (обычно 50 Ом). В результате этих действий можно определить, насколько хорошо система согласована с нагрузкой, и при необходимости согласовать устройства путем калибровки, тем самым минимизировать отражения сигнала.

• Тестирование усилителей мощности
При тестировании радиочастотных усилителей важно знать, как устройство поведёт себя при полной нагрузке. СВЧ нагрузки используются для симуляции реальных условий работы для теста усилителя, обеспечивая безопасное рассеивание выходной мощности и предотвращая возникновение паразитных сигналов или помех, которые могут привести к ошибкам в измерениях. Нагрузки также позволяют оценить параметры линейности и выходной мощности усилителей.

• Калибровка измерительных приборов
Прецизионные измерительные приборы, такие как анализаторы спектра или мощности, требуют регулярной калибровки для поддержания точности измерений. СВЧ нагрузки с известными характеристиками используются для калибровки таких приборов, позволяя обеспечить правильную настройку измерительных каналов и минимизировать погрешности измерений.
Рис.2. Калибровочный набор 50 Ом
Испытания антенн и их характеристик
В радиолокационных системах и системах связи тестирование антенн включает использование СВЧ нагрузок для проверки их рабочих характеристик, таких как диаграммы направленности, коэффициент усиления и эффективность передачи энергии. В рамках этого процесса нагрузка поглощает электромагнитные волны, позволяя корректно оценить выходные характеристики антенны в контролируемых условиях.


Типы СВЧ нагрузок, используемых в тестировании
В зависимости от конкретных задач тестирования и калибровки, применяют различные типы СВЧ нагрузок:

• Коаксиальные нагрузки
Это наиболее распространённый тип нагрузок, используемый в коаксиальных линиях передачи. Коаксиальные нагрузки имеют стандартные разъёмы (например, типы N, SMA) и предназначены для использования в системах с волновым сопротивлением 50 Ом. Их применяют для тестирования и калибровки коаксиальных линий в радиочастотных системах работающих на средних и высоких мощностях.
• Волноводные нагрузки
Используются в волноводных линиях передачи, которые применяются на более высоких частотах (обычно свыше 3 ГГц). Волноводные нагрузки обеспечивают поглощение высокочастотных сигналов в волноводных системах, таких как РЛС, спутниковая связь и другие высокочастотных системах.
• Микрополосковые нагрузки
Эти нагрузки применяются в СВЧ микросхемах и устройствах с микрополосковыми линиями передачи. Они обеспечивают минимальные размеры и применяются в интегрированных схемах, где важны размеры компонентов.

Использование СВЧ нагрузок в тестировании и калибровке радиочастотных систем обеспечивает ряд ключевых задач:

• Точность измерений: Благодаря минимальным отражениям и возможности точного согласования волнового сопротивления, СВЧ нагрузки позволяют добиться высокой точности измерений.
• Защита оборудования: СВЧ нагрузки предотвращают повреждение дорогостоящего оборудования за счёт поглощения мощности и предотвращения отражений.

Заключение
СВЧ нагрузки играют незаменимую роль в процессе калибровки и тестирования радиочастотных систем, для выполнения метрологически точных и безопасных измерений. Нагрузки являются неотъемлемой частью тестовых и измерительных систем, обеспечивая стабильность и оптимизацию работы как в коаксиальных, так и волноводных и микрополосковых системах. В настоящее время является перспективным направление в улучшение параметров СВЧ нагрузок, что позволит проводить более точные измерения и обеспечивать стабильную работу систем на самых высоких частотах и мощностях.