Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров), страница 66

Если же исследуемый четырехполюсник содержит неодно- Л родность, то при перемещения плунжера имеют место Рис. !5.15. Кривая сдвига минимума циклические изменения значения 1„, связанные с модулем и фазой коэффициента отражения от неоднородности (рис. 15.14, 6). При измерении параметров четырехполюсника способом сдвига минимума необходимо снять экспериментальную зависимость Л1/Л =(1„— 1 )/Л=Р (1„,1Л) -(15,39) и построить кривую сдвига миншиума (рис. 15.15). Удобно представить эту зависимость в виде Р (1„„/Л) =а-)- Ь (1„,/Л), (15.4О) где а и Ь--постоянная и переменная составляющие кривой сдвига минимума. Максимальные значения Ь связаны простым соотношением с мо' дулем элемента матрицы Юп.

8п = з)п 2пЬ,„,„. (15.41) Для взаимного реактивного четырехполюсника в соответствии с (15.28) Из кривой сдвига минимума можно определить также фазовые углы элементов матрицы рассеяния. Фазовый угол коэффициента передачи <~„е = — 2нет — ин, (15.44) где а — постоянная составляющая кривой сдвига минимума. Фазовый угол «рв связан с положением нулевых точек переменной составляющей кривой сдвига минимума ее.пл (15.45) Технику получения необходимых данных из экспериментальной кривой поясняет рис.

15.15. Определив значения ~рпер и цъ„х, вычисляют фазовый угол ф Из соотношений (15.28) следует епвх =2еепер 9ввх+ н или р = — 4а(а+1 „,~Л)+а — лн. (15.46) Имеющаяся в выражениях ('15.44) — (15.46) неоднозначность на пн связана с неопределенностью электрического расстояния между плоскостями, от которых отсчитывают значения („и 1р. Если число полуволн а, укладывающихся между этими плоскостями, известно, неоднозначность при определении фазовых углов устраняется. й 15А. Измерение ослабления четырехполюсных С ВЧ-устройств Коэффициентом ослабления (ослаблением) СВЧ-четырехполюсника называют величину А =Р„.,„/Р, „„; (15.47) где Р„„и Р,м — мощности падаюшеи волны на входе и выходе четырехполюсника.

Как правило, ослабление выражают в децибелах. При этом А= 101д — "'* (15,48) пв.впх Для СВЧ-устройств проходного типа ослабление является основной 'характеристикой. Отметим, что определяемый формулами (15А7) и (~15.48) коэффициент ослабления учитывает потери мощности за счет отражения от исследуемого четырехполюсника и вследствие активных потерь в нем. Измерение ослабления неотражающих" четырехполюсников. На практике широко применяют неотражающие СВЧ-устройства, ак-.

тивными потерями в которых пренебрегать нельзя (коаксиальные кабели, поглощающие аттенюаторы и др.). Ослабление таких уст- ройств можно измерить на установке, структурная схема которой приведена на рис. 15 16, а. Исследуемый четырехполюсник включают в однородный ему СВЧ-трант. Собственный козффициент отражения от входа четырехполюсника должен быть близок к нулю. Для рассматриваемого способа измерения это условие имеет принципиальное значение. Проверить его можно путем измерения КСВ на входе четырехполюсника при включении на выходе его согласованной нагрузки. Рдбх ~ Рнс. 15.!Б. Измерение ослабленна неатражающих четырехполюсннков: о — структурная схема измерительной установки: б — нзмененне неясности в исследуемом еетмрехяо" люсннке 1 чеспы~ехпппзшснак й/ Если козффициент отражения от входа четырехполюсника и активные потери в короткозамыкателе (КЗ) пренебрежимо малы, изменение мощности связано лишь с поглощением ее в исследуемом устройстве.

Обозначим мощность падающей волны на входе четырехполюсника Р„, а на выходе — Р, (рис. 15.16, б). Мощность Рн,аых отражается от короткозамыкателя и снова проходит через исследуемое устройство, уменьшаясь до величины Ра, Для взаимною четырехполюсника Р„„„/Р„, =Рва„,„/Равд и„следовательно, лФ Р„,„/Ро —— Аа. (15.49) Отношение мощностей Р„и Р„, определяет модуль коэффициента отражения на входе четырехполюсника р.,= СРс.,/Р., (15.50) Для определения р достаточно измерить КСВ в измерительной .пинии.

Из выражений (15.49) н (15.50) с учетом (15.16), получаем А = (й,,„+ 1)/(й,.,„= 1). (15.51) Таким образом, задача сводится к измерению КСВ на входе исследуемого четырехполюсника с помощью измерительной линии. З11 Соотношение (15.51) получено в предположении, что коэффициент отражения от короткозамыкателя равен — 1. Это имеет место при КСВ короткозамыкателя более 500. Однако КСВ реальных короткозамыкателей составляет всего 80 —,100. В соотношении (15.51) при этом следует ввести поправку, учитывающую неполное отраже.

ние мощности от короткозамыкателя. Формула для расчета ослабления четырехполюоиика принимает вид А (ас.вх+ 1)(ас.к- 1) (15.52) (ас.вх В (Ьс.к + 1) где й, и — КСВ короткозамыкателя. Рис, 1БЛ7, Струисурнан схема установки длн намерении ослаблении методом аамещенин Измерение ослабления методом замещения. Метод замещения широко используют при измерении параметров. СВЧ-устройств. рассмотрим'одну из возможных реализаций его, предназначенную для измерения ослабления СВЧ-четырехполюсников, как неотражаюших, так и с большим коэффициентом отражения от входа. Структурная, схема измерительной установки приведена на рис.

~15.17. Колебания СВЧ-генератора подают на направленный ответвитель, который совместно с детектором и микроамперметром 1 позволяет контролировать мощность падающей волны в точке а схемы. Далее СВЧ-колебания проходят через калибровочный переменный аттенюатор и исследуемый четырехполюсник (или только через калиброванный аттенюатор) и поступают на второй направленный ответвитель, детектор и микроамперметр 2, который контролирует мошность падающей волны в точке б схемы. Сначала между точками а и б включают калиброванный переменный аттенюатор и исследуемый четырехполюсник. С помощью аттенюатора устанавливают удобное для отсчета значение тока микроамперметра 2. При этом в СВЧ-тракт вносится ослабление (в децибелах) А1+А, где А~ — ослабление, отсчитанное по шкале аттенюатора; А, — ослабление исследуемого четырехполюсника. З12 Затем между точками а и б включают калиброванный переменный аттенюатор.

Увеличивая его ослабление до значения Аг, добиваюгся прежнего показания микроамперметра 2. Очевидно, что ослабление исследуемого четырехполюсника А =Аг Ао В процессе измерений уровень падающей мощности в точке а (ток микроамперметра 1) должен поддерживаться постоянным. Если нужно измерить ослабление четырехполюсника на разных частотах, описанную процедуру повторяют для каждого значения частоты. Погрешность измерения ослабления методом замещения определяется в .основном погрешностью градуировки переменного аттенюатора.

й 15.5. Автоматизация измерений на СВЧ Рассмотрим основные пути решения задачи автоматизации из-' мерений на СВЧ и некоторые способы их реализации. Основные направления автоматизации СВЧ-нзмерений. Измерения в диапазоне СВЧ трудоемки и занимают много времени. Автоматизация-позволяет значительно уменьшить время измерений, что имеет большое значение для производства. Автоматизированные приборы сокращают процесс разработки СВЧ устройств и дают возможность непрерывного контроля для получения заданных характеристик проектируемого узла (например„нри согласовании антенн, нцстройке фильтров и т.

д.), Автоматизация процесса измерений приводит в ряде случаев к снижению точности. Поэтому в приборах для исследования в широком диапазоне частот (панорамные измерители) предусматривают возможность работы на фиксированной частоте. Это позволяет уточнить результаты измерений в характерных частотных точках путем применения более точных методов. Возможность панорамного исследования частотных характериг стик СВЧ-устройств во многом определяется параметрами генератора качающейся частоты (ГКЧ), входящего в каждый прибор.

Спецификой ГКЧ диапазона СВЧ является требование постоянст- ва генерируемой мощности в полосе качания. Реализация этого требования приводит к особым конструктивным решениям. Наиболее широко используют ГКЧ с лампами обратной волны (ЛОВ), допускающими электрическое управление частотой и мощностью ге- нерируемых колебаний. В низкочастотной части СВЧ-диапазона могут быть использованы более простые конструкции с нелинейной индуктивностью или с варикапами.

В обоих случаях стабилизацию ' выходной мощности осуществляют введением автоматической регу- лировки мощности (АРМ). Сигнал с датчика АРМ, пропорцио- нальный генерируемой мощности, после усиления подают на ГКЧ, меняя его режим так, чтобы обеспечить постоянство генерируемой- мощности в диапазоне качания частоты, Изменение режима ГКЧ является нежелательным из-за возможности генерации на побочных 313 частотах. Поэтому в современных приборах для управления выходной мощностью используют широкополосные аттенюаторы с электрическим управлением (ферритовые или полупроводниковые).

Согласование выхода генератора обычно осуществляют включением Рис, 1538. Схема измерений с применением двенадцатипоаюснаго датчика оолных сопротивлений ферритового развязывающего вентиля. Для увеличения точности измерений в ГКЧ предусматривают амплитудную модуляцию генерируемого сигнала, что позволяет производить усиление измеряемых сигналов на промежуточной частоте (обычно 100 КГц). В состав ГКЧ входит резонансный частотомер, позволяющий получить на экране электронно-лучевого индикатора частотную метку. В настоящее время автоматизированные панорамные приборы используют в трех основных направлениях: 1) измерение полно- го сопротивления нагрузки; 2) измерение 5-параметров четырех- .

полюсников и многополюсников Рис. 15.19. Четырехзондовый датчик СВЧ; 3) измерение КСВ н ослаб- полных сопротивлений ленив. Эти измерения могут про- изводиться в широком диапазоне частот с выводом результатов на электронно-лучевой индикатор и устройство обработки (ЭВМ). При построении автоматизированных приборов наиболее распространены следующие методы измерения: 1) метод дванадцатиполюсника — измерители с датчиками полных сопротивлений; 2) преобразования (смещения) частоты — перенос измерений из диапазона СВЧ в низкочастотную область; 3) сравнения амплитуд падающей и отраженной (проходящей) волн — по этому принципу построены приборы, в которых разделенве волн производится направленными ответвителями.