Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров), страница 67

Способ двенадцатиполюсника. Данный способ позволяет определить модуль и фазу коэффициента отражения, полное сопротивле- . нне нагрузки, а также 5-параметры узлов СВЧ. Обобщенная структурная схема прибора представлена на рис. '15.18. Основным элементом его является СВЧ-двенадцатиполюсник, часто называемый датчиком полных сопротивлений. Плечи У и 2 датчика включаются в СВЧ-тракт, остальные четыре плеча (3 — б) нагружены на квадратичные детекторы. Сигналы с детекторов, пропорциональные мощностям в плечах 3 — 5, подаются на устройство обработки, а затем на осциллографический индикатор. Наиболее простая конструкция датчика полных сопротивлений представляет собой четыре зонда (рис. Пбг)9), измеряющих напряженность поля в точках линии передачи, которые отстоят друг от друга на величину ) р/8 (Хбр — длина волны в линии на средней частоте рабочего диапазона прибора). При отсутствии отражений от"нагрузки напряжения, наведенные на зондах, равны по амплитуде и сдвинуты по фазе друг относительно друга на гбУ4.

При подключении к плечу 2 нагрузки с коэффициентом отражения р= =(р~ебг напряжения на зондах характеризуются следующими выражениями: (У,=ИУ„е ' (р — 1), (У4 —— ИУ„е ' (р — 1), (15.54) (Уб= ИУ„е ' (р+ 1), ('б У~~ ~б (Р+ 1)~ 1(У„!г ~ . г 2 р — 1) ! (уп! г (р — 11 (15.55) ~ р+(~г 1 р+1! г* 1 ГУ„!г !АУ„! г (Улб Зги напряжения подаются на устройство обработки„где попарно вычитаются и усиливаются; результат преобразования поступает в каналы х и у осциллографического индикатора: (У„=й„((У„~ — (У )=4Уг„! р ! сов'р, (У„=й((У, — (У„)=41„~ р ~ з)п. р. (15.56) 315 где А — коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции зондов.

Постоянная составляющая на выходах квадратичных детекторов определяется выражениями: В результате отклонение светящейся точки на экране от его центра пропорционально модулю коэффициента отражения, угол отклонения соответствует фазе коэффициента отражения. Экран трубки представляет собой плоскость коэффициента отражения: Если на экран наложить прозрачную шкалу с диаграммой полных сопротивлений, то по положению светящейся точки можно непосредственно определить величины..~р~ и р, а также вещественную н мнимую части полного сопротивления 5 б нагрузки. При качайии частоты колебаний гене- ратора светящаяся точка описывает кри- 5 ац 4 вую, соответствующую изменению 1р~ и: 5аб ср в диапазоне частот.

Однако при отклоааг ненни частоты от среднего значения изменяются фазовые сдвиги между зондами, что приводит к погрешностям измерений. Поэтому датчик с четырьмя зондами А обеспечивает требуемую точность измерений только в узком диапазоне частот— до 10%. баб Для панорамных измерений в широком диапазоне частот используются более сложные двенадцатиполюсники. Один Ркс. 16.20. Измсрктельнмд даенклцкткполюсккк из возможных вариантов приведен на рис. 15.20.

Он включает. в себя 'делитель мощности Дь направленный ответа;тель НО, с переходным затуханием 6 дБ и квадратурные направленные ответвнтели НОк — НОк с переходным затуханием 3 дБ. Особенностью квадратурного направленного ответвителя является 90-градусный фазовый сдвиг. сигнала в дополнительном плече. Анализ схемы показывает, что амплитуды волн в плечах 3 — б связаны с.амплитудой волны, падающей на нагрузку плеча 2, следующими соотношениями: ~Уз= — 1/„(р — б У 2) Р'6 и = — — 1 — 'ик, .

° ' 3 2 (15.57> . Ф З 11 1 .511+ . ) С выходов квадратичных детекторов сигналу поступают на устройство обработки, где вырабатываются напряжения, подаваемые на осциллографический индикатор: 316 Сl =А 'з 'е 'з " =-1/2 ~ р ~ сов<у бт +Ст — бт — и х х Ъ х4 ~У„=й„"хз "е =-'1/2 1 о ( з(п ох4 Таким образом, положение светящейся точки на экране соответствует значению коэффициента отражения нагрузки в полярной системе координат. Рис. 15.21. Структурная, схема автомати1еското прибора с пре- образованием частоты Рабочий'диапазон частот такого датчика зависит только от ши' рокополосности направленных ответвителей и делителя.

Современная мнкрополосковая технология позволяет реализовать этн элементы-с рабочими полосами, составляющими несколько гигагерц; при малых габаритах и потерях. Использование двух датчиков позволяет измерять 5-параметры четырехполюсников и многополюсников СВЧ. Способ преобразования частоты. Высокую точность измерения. комплексных коэффициентов отражения и передачи в широком диапазоне частот можно получить с помощью способа, основанного на переносе измерений из диапазона СВЧ в диапазон более низких частот (измерения на промежуточной частоте). Возможны несколько реализаций способа. Структурная схема прибора прн одной из реализаций показана на рис.

15.21. Выделение сигналов падающей и отраженной волн производят направленными ответвнтелями. Сигнал отраженной волны поступает на преобразователь, сдвигающий частоту колебаний на промежуточную частоту 11 без нарутпення амплитудных н фазовых соотношений, На смеситель подают два сигнала, пропорциональные амплитудам волн: падающей ии(1) = =К,з(пЫ и отраженной ио(1) =мо(р~ з1п((со+Й)1+ср1. Огибающую. 317 суммы двух колебаний определяют из векторной диаграммы (рис.

15.22): О =СГ„~. $-(, ~ р ( '.)-2 )~р( и(Ф у). (1559) Напряжение с выхода квадратичного смесителя пропускают через фильтр, выделяюшиь составляющую частоты Г?: ЕУ, =й! р 1 соз(И+ч), (15.60) ;где А — постоянный множитель. Это.напряжение усиливают и разделяют на две перпендикулярные составляющие с помощью фазовых детекторов.

В качестве опорного напряжения ?зт используют напряжение частоты ь) от генератора, управляющего преобразователем частоты. На выходах фазовых детекторов получают сигналы вида (.?ю= ~ р ~ сов <р; 'ж+Ю Г?аз=-- ~р)з)пЧ?, которые подают на отклоняо ющие пластины электронно-лучевой трубки. ~п Радиус отклонения луча от центра трубки 5?$+г пропорционален модулю коэффициента отражения, угол отклонения от вертикали— фазе, Наиболее сложной частью прибора являсигиалав падающед и от- ется преобразователь частоты.

В нем ис, раженаой волн пользуют принцип линейной фазовой моду- ляции. Известно, что изменение фазы во аремени эквивалентно смещению частоты колебаний. Действительно, если иЯ=с?' сов(со(+Ч?(1)) и ~р(1)=~аг, то иЯ= =с?' соз((в~а) 1). Здесь а — скорость'изменения фазы, равная ве.личине смещения частоты. Линейное изменение фазы может быть реализовано прециэиоиным механическим фазовращателем, основанным на эффекте сдвига фазы в круглом волноводе с круговой поляризациеи поля. Вращая волновод, можно получить линейно нарастающий сдвиг фазы, что эквивалентно смещению частоты выходного сигнала.

Значительное смещение частоты реализуется только для волноводов малого сечения; применение такого устройства для волноводов больших сечений нецелесообразно из-за значительного увеличения веса и габаритов фазовращателя. Для коаксиальных трактов такие устройства отсутствуют. Более перспективным является применение электрически управляемых фазоврвшателей (ферритовых или полупроводниковых). Однако существующие конструкции таких фазовращателей недостаточно широкополосны. Тем не менее свойственные немеханическим фазовращателям преимущества (малые габариты, бесшумность, более высокая промежуточная частота) стимулируют работы по улучшению их свойств. Другой реализацией способа преобразования частоты является использование ГКЧ, вырабатывающего две частоты, смещенные ,друг относительно друга на величину промежуточной частоты по лз всей полосе качания.

Рассмотрим упрощенную структурную схему измерителя комплексных коэффициентов передачи, использующего данный способ (рис. 15.23). Для получения сигнала частоты, сдвинутой относительно основной на величину промежуточной частоты Р, равной 100 кГц„используют дополнительный гетеродин. Точность поддержания разности частот обеспечивается схемой автоматической подстройки частоты (АПЧ). Опорным сигналом" для АПЧ является генератор промежуточной частоты, стабилизирован- каоаеои1еигп таетатт Г тагтатамер Гкема Гетерадип Е Генератор кдаряедми ГддкГП Гама аэармиредаиип метко т западни д тпекепар Гогпип мепти напремекие раздертко ккдокатар Рис. 1о.кэ.

Структурная схема измерителя комплексных ноэффипиентоа передача ный кварцем. Сигнал с частотой 1 от основного генератора поступает в линию передачи, в которую включен исследуемый элемент. Выделение сигналов падающей и проходящей волн осуществляетсга направленными ответвителями, откуда сигналы поступают на смеси- тели„на которые подают также сигнал частоты 1 — г' от гетеродина. На выходе смесителей выделяются сигналы промежуточной частоты, несущие информацию о падающей н проходящей волнах. После усиления они поступают на схему измерителя отношений, где определяется модуль коэффициента передачи исследуемого устройства. Фазу коэффициента передачи измеряют с помощью фазового.