Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 28
Текст из файла (страница 28)
11) ~~пад На рис. 7.3 показаны четыре типичные графика распределения напряжения в линии при различной величине Г, определяемые рис 72 и уравнением (7.11). В случае короткого замыкания линии, т. е. при Х„=О, коэффициент отражения равен — 1. При холостом ходе линии (Г„= сс) коэффициент Г равен +1. Наконец, при согласовании (Л„=2,) отраженная волна отсутствует и Г=О.
Под режимом стоячей волны понимают общий случай ~ Г ~ + О. Рассмотренная векторная диаграмма, изображенная на рис. 7.1 и 7.2, и уравнение (7.11) позволяют сделать выводы о некоторых существенных свойствах стоячих волн при отсутствии потерь в линии. 1. Расстояние между максимумами стоячей волны (или меж~в ду минимумами) составляет —. В передающей линии, возбужденной на волне типа ТЕМ, это расстояние при вакуумном наполнении должно составлять —. На рис.
7.2 максимум напряжения 2 ' характеризуется точкой А, минимум — точкой Б. 2. В точке максимума стоячей волны напряжения имеется минимум стоячей волны тока и, наоборот, в минимуме стоячей волны напряжения существует максимум тока. 3. В максимумах и минимумах стоячей волны ток и напряжение синфазны и, следовательно, входное сопротивление линии в этих точках имеет чисто активный характер. 4.
Зависимость ~ Г ~ = ~(г) нри ~ Г ~ = 1 на основании выражения (7.11) имеет чисто синусоидальный характер. В общем случае при ~ Г ~ + 1 распределение напряжения и тока вдоль линии отличается от синусоидального. 5. Минимумы стоячей волны напряжения и тока острее, чем максимумы. Первое свойство позволяет измерять длину Х или Х, путем отсчета расстояния между двумя или тремя соседними минимумами стоячей волны, созданной в линии с помощью коротко- замыкающего поршня. Четвертое свойство используется при градуировке измерительных линий, рассматриваемой в ~ 7.2. Другие свойства стоячих волн также находят существенное применение в расчетах и при практической работе с длинными линиями и волноводами. ф 7.2.
КОЭФФИЦИЕНТ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ Р=ксвн= !Г ~ ~~!мин (?.1~) Для упрощения записи в этом выражении часто опускают знак модуля: ~макс Р= ~мин (?.12, а) В волноводах величина КСВ определяется через напряженности электрического поля в максимуме и в минимуме стоячей волны: о= Емакс Емин (?.12, б) Связь КСВ с модулем коэффициента отражения ~ Г ~ можно найти, пользуясь уравнениями напряжения в линии. В максимуме стоячей волны векторы падающей и отраженной волн напряжения синфазны, поэтому ~ ~.~~ макс' ~ ~ паа ~ + ! ~~пар! ' Напряжение в минимуме стоячей волны 1 ~ (мпа ~~пап ~ ! ~.~отр ~. Подставляя эти выражения в (7 12) и учитывая (7.8), имеем: Режим передающей линии характеризуется коэффициентом отражения Г, определяемым уравнением (7.4).
Практическое измерение величины Г или ее модуля ~ Г ~, однако, встречает некоторые трудности, так как для этого необходимо физически «разделить» падающую и отраженную волны. О возможности такого разделения см. $8.8. Более доступна для измерения другая величина, также характеризующая стоячую волну в линии. Такой величиной может являться отношение высокочастотного напряжения в максимуме к напряжению в минимуме стоячей волны (см. последний график на рис.
7.3). Это отношение, обозначаемое в дальнейшем буквой Р' принято называть коэффициентом стоячей волны или сокращенно КСВ. Чтобы подчеркнуть, что измеряемой величиной является напряжение, иногда пользуются сокращенной записью в виде КСВН, тогда Последнее уравнение приходится очень часто применять на практике. Так, из него можно определить ~.Г~: Поскольку величина 1Г ~ может изменяться в пределах от нуля до единицы, пределами изменения р являются 1 и со. Полному отражению от нагрузки соответствует бесконечно большой КСВ. Режим идеального согласования с нагрузкой характеризуется величиной КСВ, равной единице. Подчеркнем, что КСВ, как и ~Г~, для данной линии при заданной частоте определяется из выражений (7.13) и (7 4) полным входным сопротивлением нагрузки и не зависит от полного сопротивления генератора.
Под сопротивлениями генератора и нагрузки в общем случае следует понимать входные сопротивления в сторону генератора и нагрузки по отношению к рассматриваемому сечению передающей линии. Понятие КСВ очень широко применяется в технике сверхвысоких частот. Величиной КСВ пользуются для оценки качества аппаратуры, для оценки эффективности работы установок, для выражения ряда параметров электровакуумных приборов СВЧ и Иногда вместо коэффициента стоячей волны вводят понятие коэффициента бегущей волны (сокращенно КБВ) .
Под КБВ подразумевают величину, обратную КСВ: (7.15) Диапазон физически возможных значений КБВ лежит между нулем и единицей. Для того чтобы характеризовать степень согласования, можно пользоваться как поиятием КСВ, так и понятием КБВ. В дальнейшем изложении предпочтение будем отдавать коэффициенту стоячей волны. Измерение КСВ может быть произведено непосредственно путем перемещения вдоль линии идеального высокочастотного вольтметра или прибора, показания которого связаны с высокочастотным напряжением в данном сечении линии (рис.
7.4). Существенно, чтобы измерительный прибор не вносил искажений в распределение поля вдоль линии. Отрезок линии, по которому передвигается вольтметр (индикаторное устройство), называется измерительной линией. В случае коаксиальных и волноводных систем измерительные линии снабжают зондом, перемещаемым вдоль щели, как показано на рис. 7.5, а, б. Зонд располагается вдоль электрических силовых линий небольшую часть высокочастотной мощности — поот мощности, передаваемой по линии в режиме беЕсли в прямоугольном волноводе возбуждена волна типа Н10, то продольная щель должна располагаться в середине широкой стенки, где поперечные токи равны нулю.
Эквивалентная схема измерительной волноводной линии а) совпадает с рис. 7 4, а. Зонд вместе со вспомогательной коаксиальной линией образует смешанный тройник, эквивалентной схемой которого является параллельное включение. Для детектирования СВЧ сигнала снимаемого с зонда в д~ измерительных линиях обычно применяют кристаллические детекторы (СВЧ диоды) . Принципиальная схема включения детектора сводится к простейшему однополупериодному выпрямителю. Некоторые способы включения кристаллического детектосиальном устройстве головки измерительной лпнпн рис. 7.6. Блокировочные конденсаторы, изображен- и ответвляет Рядка 1 — 2% гущей волны Рис. 7.4. Принцип измерения коэффициента стоячей волны в двухпроводной линии при помощи передвижного идеального СВЧ вольтметра (а) и один из возможных вариантов схемы индикатора с применением кристаллического детектора (б) ра при коак показаны на Рпс.
75. Передвижной зонд для измерения КСВ в волноводной (а), коаксиальной (б) и плоскостной (в) передающих линиях 1 — зонд; 2 — продольная щель; 3 — внутренний проводник коаксиальной или плоскостной линии ные на этом рисунке, включены иначе, чем на рис. 7.4, б. Реально применяемые конструкции измерительных линий описываются в ~ 8.7.
Устройство кристаллических детекторов диапазона СБЧ показано на рис. 7.7. Детектор имеет фиксированный контакт между кристаллом полупроводника ~кремнием или германием) и острием тонкой металлической проволоки. Конструкция детектора облегчает включение его в высокочастотную аппаратуру. Рис 7 6 Вк почение кристаллического летеьтора в передвижных головках из иерительиьг~ линий 1 — нар~ жный проводник вспочогательнои коакс альной линии, 2 — вне тренний проводник ьоаксиа ть ной линии, переходящий в зонд 3 — основание г редвижной каретки 4 — криста т тическнй детектор б — короткозачыкающне поршни 6 — обмоь ~ровочн е конденсаторы При передвижении зонда с кристаллическим детектором вдоль измерительной линии непосредственно измеряется не высокочастотное напряжение и не напряженность высокочастотного поля, а выпрямленный ток детектора.
Зависимость между током детектора Х„, и приложенным высокочастотным напряжением ~Г ~ не является линейной. Обычно ( 16) где А и и — параметры, зависящие от свойств детектора и ре.ьииа его раооты, в первую очередь — от величины ~ Ь' ~. Поэтому для пзмерения КСВ при помощи индикатора с кристаллическим детектором необходимо сначала проградуировать все устройство в единицах высокочастотного напряжения. Использовать для градупровкп какой-либо первичный эталон напряжения не удается, так как вольтметры, способные раоотать в сантиметровом п миллиметровом диапазонах волн, практически отсутствуют. Однако измерения напряжения в вольтах в данном случае не треоуется, поскольку в выражение КСВ входит лишь отношение напряжений. Для градуировки индикатора пользуются следующим приемом. Закорачивают выход измерительной линии и снимают зависимость 189 показаний индикаторного прибора от перемещения зонда вдол линии Х„, =~(г).
В силу четвертого свойства стоячих волн (см. предыдущий параграф) величина высокочастотного напряжения может быть представлена в относительных единицах: ) Ц) ~ ~~ (~ ~мин) ~ где г,„„— координата минимума стоячей волны..Если рассматриваемая линия не имеет дисперсии, то вместо Х, в выражении (7.17) следует подставить длину волны Х. Таким образом, для значений г, при которых производились реальные измерения тока детектора У„„могут быть вычислеб ны соответствующие знаб чения напряжения ~ У1. Р Длина волны Х, или Х, необходимая для расчета, р измеряется при помощи той же измерительной линии, как удвоенное расу г стояние между соседними минимумами стоячей волХ ны. С целью повышения точности отсчета положения минимумов следует пользоваться методом .-г «вилки», находя точки по обе стороны от минимума, где показания индикатора оказываются одинакоРис.
7.7. Устройство двух типичных кристаллических детекторов сантимет- Сравнивая эксперирового диапазона ментальные значения У „, 1 — керамический корпус, 2 — латунные го- И тЕоретИЧЕСКИ ВЫЧИСЛЕН- ловки патрона, 3 — графитовый стер кень с кРисталлом кРемниЯ; 4 — контактнаЯ пру- НЫЕ НанряжЕНия ~ Ц жина (молибден); б — штифт нижний, б— штифт верхний лучают график, примерный вид которого показан на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
