Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Проводимость У, может иметь комплексный характер, т. е Уз —— 6,+~Вз. При согласовании детектора с зондом проводимость Уэ становится чисто активной. Можно показать, что наличие реактивной проводимости зонда Вз искажает форму стоячей волны, смещая максимумы напряжения по отношению к их нормальному положению в отсутствие зонда. Положение минимумов стоячей волны остается практически неизменным. В связи с этим всегда следует в зможно тщательнее настраивать цепь детектора в измерительной линии о на максимум сигнала, чтобы реактивную проводимость зонда сделать раной нулю.
Подобная настройка желательна также и с точки зрения чувствительности индикаторного устройства. Одновременно можно сделать вывод, что отсчет фазы стоячей волны правильнее производить не по максимуму, а по минимуму напряжения. Влияние активной проводимости зонда, т. е. отбора конечной доли мощности из основной линии в цепь зонда, проявляется в получении зани- 272 женных значений КСВ в сравнении с истинными. Особенно сильно это сказывается при измерении болыпих значений КСВ по обычному методу отсчета поля в максимуме и в минимуме стоячей волны Таким образом, следовало бы уменьшать связь зонда с линией; длину зонда следовало бы делать возможно меньше.
Предел ослабления связи определяется возможностью измерения малого сигнала, снимаемого с зонда. В самом деле, прн очень малой связи возникла бы необходимость либо в весьма значительном усилении сигнала, либо в повьппении мощности измерительного генератора.
И в том, и в другом направлениях существуют определенные границы. Обычно на практике, как указывалось в ~ 72, зонд ответвляет 1 — 2% мощности бегущей волны, передаваемой по волноводу. Очевидно, что при Вз~ — — 0 величина активной проводимости зонда 6, составляет соответственно 0,01 — 0,02 отн. ед Полагая для примера 6, =0,02, можно найти, что при истинном значении КСВ в линии, равном р=30, измеренная величина КСВ будет составлять 29,2 Такая погрешность является обычно допустимой. Однако при 6, =0,10 и при р=30 измеренная величина КСВ составляет уже только 27,2.
Диапазон значений КСВ, измеряемых при помощи типовых измерительных линий, составляет примерно от 1,01 — 1,02 до 30— 50. Измерение весьма малых значений КСВ ограничивается в основном дефектами механизма движения зонда. При измерении очень больших значений КСВ приходится сталкиваться с трудностями индикации. Кроме того, начинает сильно сказываться активная проводимость зонда, а при особенно больших значениях КСВ оказывается невозможным пренебрегать потерями в стенках измерительной линии. Измерительные линии применяются, как правило, для измерений в трактах низкого уровня мощности (менее 1 вт).
Использованию измерительных линий при большой передаваемой мощности обычно ставят предел искрения в области щели или пробой на зонд. Для отсчета КСВ в тракте высокого уровня мощности большей частью пользуются иными устройствами, например, рефлектометрами, коротко описываемыми в $ 8.9, 6. Некоторый интерес представляет автоматизация измерительной линии. Известны различные конструкции измерительных линий, в которых зонд перемещается или вращается с помощью электромеханического привода. Запись сигнала, снимаемого с зонда, производится на экране электронно-лучевой трубки, развертка которой синхронизована с движением зонда. Автоматические измерительные линии находят применение в случаях, когда необходимо производить большое количество однотипных измерений, не требующих большой точности.
$ 8.8. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ Направленный ответвитель — прибор, служащий для ответвления из основного высокочастотного тракта ча".ти мощности одной из двух бегущих волн, распространяющихся по линии в противо- 18 и В лебедев положных направлениях. Подобное «разделение» падающей и отраженной волн представляет значительный интерес, например, для непосредственного измерения модуля коэффициента отражения, минуя измерение КСВ. Рассмотрим возможности осуществления направленного ответвителя. Простой одиночный зонд, например, штырь, изображенный на рис. 8.16, не может быть использован в качестве направленного ответвителя. действительно, мощность, ответвляемая одиночным йлеча ~ ния ласо3анная гаф,жа магапу~ельная линия спотгапуельная линия Рис. 8.37.
Принцип действия направленного ответвителя с двумя зондами зондом, пропорциональна квадрату амплитуды высокочастотного напряжения в данной точке, являющегося векторной суммой напряжений падающей и отраженной волн. Можно показать, однако, что два зонда, расположенные на определенном расстоянии друг от друга, обеспечивают эффект направленного ответвления. Рассмотрим устройство, состоящее из отрезка основной передающей линии и отрезка вспомогательной линии, связанной с основной линией при помощи двух параллельно включенных зондов.
Соответствующая эквивалентная схема показана на рис. 8.37, а. Роль реактивных элементов связи, изображенных на этом рисунке, играет емкость штыря или индуктивность петли (отверстия) связи. Положим, что оба зонда слабо связаны с основной линией, т. е. по отношению к вспомогательной линии они играют роль генераторов напряжения (рис. 8.37, 6). 274 Пусть в основной линии имеется только волна, распространяющаяся слева направо от плеча 1 к плечу 2, т. е.
на конце основной линии включена идеальная согласованная нагрузка. Во вспомогательной линии каждый из зондов (генераторов) возбуждает две волны, распространяющиеся в обоих направлениях. Фаза колебаний в сечении зонда 1 (рис. 8.37, б) определяется фазой бегущей волны в основной линии и отличается от фазы колеба- ФУ 2ы~ нии в сечении зонда 2 на величину —, где 1 — геометрическое ~'в расстояние между зондами и Х, — длина волны в основной и во вспомогательной линиях (линии для простоты полагаются идентичными) .
Амплитуды колебаний, возбуждаемых зондами во вспомогательной линии, одинаковы, если считать зонды идентичными и пренебречь уменьшением амплитуды волны в основной линии за счет ответвления на первый зонд. В плоскость АА, находящуюся во вспомогательной линии левее первого генератора, приходят две еогерентные волны. Фазовый 2ы~ сдвиг этих волн составляет Ь~ = 2 —. Напротив, в плоскость ~в ВВ, находящуюся справа от второго генератора, две волны приходят в одинаковой фазе, т. е.
Л~р=О, поскольку опережение по фазе, имевшееся у первого генератора, компенсируется запаздыванием при движении волны на отрезке линии длиной 1. ~'в Если выбрать расстояние ~ равным 4, то в плоскости АА (плече 8) волны будут иметь разность фаз, равную Лу=я, т. е. произойдет полное уничтожение волн. По вспомогательной линии волны смогут распространяться только в направлении плеча 4 (см.
рис. 8.37). Таким образом, в результате распространения по основной линии волны в направлении слева направо во вспомогательной линии возбуждается волна, распространяющаяся в том же направлении. Аналогичный результат можно получить, когда волна в основной линии распространяется справа налево.
Ответвленная волна будет поступать лишь по направлению к сечению АА. В общем случае, когда в основной линии присутствуют как падающая, так и отраженная волны, во вспомогательной линии в плоскость АА ответвляется сигнал, пропорциональный мощности отраженной волны. Мощность сигнала, приходящего в плоскость ВВ, пропорциональна мощности падающей волны в основной линии. Тем самым обеспечивается направленное ответвление, позволяющее раздельно регистрировать мощности падающей и отраженной волн.
Идея подобного устройства была впервые сформулирована А. А. Пистолькорсом и М. С. Нейманом в 1940 г. Принципиально в плоскостях АА и ВВ могут быть включены два согласованных индикатора, например, две детекторные головки. Однако ввиду трудности хорошего согласования детекторов 275 один из них обычно заменяют согласованной нагрузкой, как показано на рис. 8.38. При этом исключается попадание во второй индикатор мощности, отраженной от первого индикатора за счет недостаточного согласования его с линией. Устройство, показанное на рис. 8.38, называется направленным ответвителем с двумя эйементами связи.
Если необходимо одновременно регистрировать как прямую, так и отраженную волны, й п1 падающей 3влны Рис. 8.38. Принципиальная схема направленного ответ- вителя с двумя элементами связи А„,р„=- 10 1д — — '" дб, Ротв, прям (8.10) гДе Р„р„„— мощность волны РаспРостРанЯюЩейсЯ по основному тракту в «прямом» направлении; отв. прям — МОЩНОСТЬ, ОТВЕТВЛЯЕМаЯ ОТ ПаДаЮЩЕй ВОЛНЫ В том же направлении (см. рис.
8.39,а); то пользуются двумя направленными ответвителями описанного типа. Каждый ответвитель имеет во вспомогательной линии согласованную нагрузку и индикатор; ответвители включают в противоположных направлениях (см. ~ 8.9). Идеальный направленный ответвитель не ответвляет в индикатор сигнала при распространении волны по основной линии в «обратном» направлении.
Однако ввиду неточности изготовления ответвителя, отклонения длины волны от расчетной и наличия некоторого рассогласования нагрузки во вспомогательной линии наблюдается некоторое прохождение сигнала в «ненормальном» направлении. Основными параметрами направленных ответвит елей являются: переходное ослабление, определяемое из соотношения на~Равленность, которая характеризует отношение мощности Р .,р,, ответвленной в «нормальном» направлении, к мощности Р ., обр, ответвленной в «обратном» или «ненормальном» направлении: '~направл = 10 1Я р ' " " дб.
отв. обр (8.11) Рис. 8.39. К определению переходного ослабления и направленности направленного ответвителя 1 — основная линия; à — вспомогательная линия Направление движения соответствующих волн показано на рис. 8.39, а, б. Величины мощностей Р„„и Роб в основном тракте при этом предполагаются одинаковыми. Переходное ослабление и направленность можно определить, осли включить направленный ответвитель в тракт, на конце которого имеется очень хорошо согласованный измери- Р~д„,~ тель мощности. Во вспомогательной линии на- г правленного ответвителя баЮ юрлм также должен быть включен измеритель мощности. Тогда, переворачивая на- Ундикаюпр правленный ответвитель «) при неизменном режиме работы генератора, можно 1 «««,« измерить две ответвляе- ЫЫЕ МОЩНОСТИ Ротв.
прям ~аль об~ И Рота, обр а таКжЕ МОщность в основном тракте Р„р„,„— — Р,бр. Величины УнЬ~еулпр тываются по уравнениям (8ЛО) и (8:11). Направленность идеального направленного ответвителя равна бесконечности. Чем больше направленность реального ответвителя, тем выше его качество. Существенно также, чтобы ответвитель обладал широкополосными свойствами, т. е. чтобы направленность возможно меньше зависела от рабочей частоты. Что касается переходного ослабления, то выбор его величины определяется назначением ответвителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
