Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Характерным признаком СВЧ-устройств является соизмеримость их размеров с длиной волны возбуждаемых колебаний. Такие устройства, как известно, относятся к системам с распределенными постоянными. Укажем основные параметры СВЧ-устройств. При настройке и эксплуатации СВЧ-трактов измеряют параметры, характеризующие степень согласования нагрузки с 'трактом: коэффициент стоячей.волны по напряжению (КСВ) и комплексный коэффициент отражения нагрузки (определения этих величин даны в 5 15.2) Двухполюсные СВЧ-устройства — оконечные нагрузки, неоднородности с малой протяженностью по сравнению с длиной 'волны и т. д.— характеризуют полным (комплексным) сопротивлением или полной проводимостью.
При экспериментальном исследовании четырехполюсных и многополюсных СВЧ-устройств измеряют элементы волновой матрицы рассеяния (параметры рассеяния) пли коэффициент ослабления (см. 2 15.3 и 15.4). Измерение параметров и характеристик СВЧ-устройств выполняют двумя основными способами. При первом способе с помощью измерительной линии анализируют продольное распределение электромагнитного поля в СВЧ- тракте и определяют искомые параметры расчетным путем. При втором способе используют специализированные измерит тельные приборы, в частности панорамные измерители характеристик СВЧ-устройств, описанные в ф 15.5.
Рассмотрим устройство измерительных линий. Измерительная линия (ИЛ) является универсальным прибором диапазона СВЧ, позволяющим измерить практически любой параметр устройств с распределенными постоянными. Широкое применение измерительных линий обусловлено их простотой, надежностью, возможностью использовании в широком диапазоне частот. Рис. 15Д. 1Лзмерительиаи секции с па- раллельимми пластинами; 2 — плаетаам; 2 — анутреннна проводник Рнс. 15.1. Устройство коаксиаль- иой измерительной ликии: / — зонд; 2 — аатсуднтель; 3.— резона тор; .Š— детектор Измерительная линия представляет собой отрезок СВЧ-тракта, вдоль которого может перемещаться индикаторная головка. Устройство коаксиальной измерительной линии поясняет рис.
15.(. Э. д. с., наводимая на зонде, пропорциональна напряженности электрического полн в месте расположения зонда. Эта э. д, с. возбуждает резонатор индикаторной головки, связанный с детектором. Ток с выхода детектора подают на измерительный усилитель (в случае мо. дулированного напряжения СВЧ-генератора) или на микроампер- метр постоянного тока. Перемещая индикаторную головку и измеряя силу тока на выходе детектора, определяют распределение напряженности электрического поля (напряжения) вдоль измерительной л.инин. Точность измерений и эксплуатационные свойства ИЛ зависят от конструктивного решения и качества изготовления ее узлов.
Основные узлы ИЛ: измерительная секция, индикаторная головка, устройство для перемещения индикаторной головки и отсчета положений зонда. Рассмотрим варианты конструкций этих узлов. Измерительная секция является важнейшей частью ИЛ, определяющей конструкцию прибора. Потери в атой секции должны быть минимальными, а волновое сопротивление — строго постоянным по всей длине. Это накладывает жесткие требования на точность изготовления деталей секции и качество обработки ее внутренних поверхностей. 2, = =138!д— пп' (15.1) а! где с( — диаметр внутреннего проводника. В измерительной секции с параллельными пластинами напряженность электрического поля,в области расположения зонда меняется с !Б л! !Б 0- гораздо Медленнее, чем в коаксиальной линии с круглыми проводникаРис.
!5.3. Переход от секции с пк- ми, Поэтому небольшие поперечные раллельнимп пластинами к коек- колебания зонда, возникающие при скальному ркиъему: перемещении индикаторной головки а — коиструиеии перехода: ! — тардоааа пластина, х — осласую ик пере вдоль линии, вызывают иезначиходе; г — коаксиалакмк разъем; и —,тельное изМенение навЕденной на акеиаалеитиаи схема перехода зонде э.д.с.
При использовании измерительной секции с параллельными пластинами трудности возникают при конструировании перехода к стандартному коаксиальному разъему. Этот переход сопровождается изменением размеров и формы проводников, что приводит к появлению полей высших типов. Последнее можно рассматривать как включение в линию проводимостей емкостного характера.
Для компенсации их вводят последовательную индуктивность, что достигается смещением внутреннего проводника (рис. 15.3, а). Эквивалентная схема перехода соответствует фильтру нижних частот (рис. 15.3, 6). Очевидно, что для согласования фильтра с СВЧ-трактом его характеристическое сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению'измерительной линии; частота среза фильтра должна быть больше максимальной рабочей частоты. При этом отражения от перехода пренебрежимо малы.
Волноводная измерительная секция представляет собой отрезок стандартного волновода соответствующего сечения с узкой продольной щелью. Практически используют лишь измерительные ли- 294 В ИЛ, предназначенных для исследования коакснальных трактов, используют измерительную секцию с внешним проводником, выполненным в виде двух параллельных пластин (рис. 15.2).
Если высота пластин много больше расстояния между ними, а внутренний проводник имеет эллиптическое сечение, эта система эквивалентна обычной коаксиальной линии с круглыми проводниками, лто можно доказать математически е!! строго с помощью конформных пре- 1 образований. Практически берут ! высоту пластин Ьжба, где а — рас! стояние между пластинами. Внутренний проводник делают круглого сечения.
Волновое сопротивление - такой ленин определяется прибли- женной формулой нии, предназначенные для исследования прямоугольных волноводов при распространении в них волны основного типа Ню. Щель в этом случае располагают точно в середине широкой стенки вопновода. Длина щели должна быть не менее %Атах, где А — длина волны в волноводе Щель нарушает однородность измерительной секции. В сечениях волновода, соответствующих началу и концу щели, появляются отражения, определяющие собственный КСВ измерительной линии и ограничивающие ее применение для исследования нагрузок с малым коэффициентом отражения. Наличие щели приводит также к излучению энергии в свободное пространство, однако при малой ширине и правильном расположении щели влияние этого фактора на результаты измерений незначительно. Индикаторная головка ИЛ служит для преобразования высокочастотной э.
д. с.,' наведенной на элементе связи, в постоянное напряжение нли ток. Во всех стандартных измерительных линиях для связи индикаторной головки с полем исследуемого СВЧ-тракта ис, пользуют зонд, выполненный в виде тонкого вертикального„штыря. Связь индикаторной головки с исследуемым полем регулируют изменением глубины погружения зонда.
В случае экранированного зонда меняют длину его неэкранированной части. Введение зонда эквивалентно включению в соответствующем сечении измерительной секции проводимости ~",.=О,+ 1Б,. (15.2) Активная проводимость зонда определяет долю мощности, отводимую в цепь детектора, реактивная — искажает форму стоячей волны в исследуемом тракте, в частности приводит к смещению максимумов электрического поля. Для уменьшения влияния зонда длину его следует брать минимальндй.
Однако при этом уменьшается чувствительность индикаторной головки. Для компенсации реактивной проводимости зонда - и повышения чувствительности применяют резонансную настройку индикаторной головки. Это уменьшает искажения поля в ИЛ и обеспечивает максимальную передачу мощйости от зонда на выход детектора. Из сказанного следует, что диапазон рабочих частот измеритель. ной линии определяется не только размерами измерительной секции, но и диапазоном настройки индикаторной головки.
Для расширения этого диапазона применяют резонаторы специальной формы. В ИЛ для.метровых и дециметровых волн используют то. роидальные резонаторы, На рис. 15.4, а показан несимметричный тороидальньш резонатор, настраиваемый перемещением центрального стержня. Резонансная длина волны Хз по мере погружения стержня увеличивается. При высоте зазора 1 к.й имеет место приближенная формула Обозначение размеров в формуле соответствует рис. 15.4, и. Из формулы (15.3) следует, что, уменьшая высоту зазора, можно существенно увеличить резонансную длину волны. Но при малых зазорах резко возрастает крутизна настроечной кривой йа(г); для улучшения ее применяют резонаторы со специально подобранной формой зазора (рис. 15.4, б).
Рис. 15.4. Тороидальные резонаторы индикаторной головки; Рис. 15.5. Бикоаксиальный резонатор индикаторной головки." а — с 'плоским запором; б — со спеНиальной формой запор»; и — ик настроенные Кривые г — санд; й — регулятор глуби- ны погружения исида: 8 — плуи- жерм настройки;  — волиовод При уменьшении зазора добротность резонатора падает. Это приводит к снижению чувствительности индикаторной головки. Для выравнивании чувствительности связь зонда с резонатором осуществляют через емкостный возбудитель, выполненный в виде диска (см. рис. 15.1). В такой конструкции уменьшение добротности частично компенсируется возрастакицей связью возбудителя с электрическим полем резонатора В ИЛ сантиметрового диапазона резонансная система индика.
торной головки представляет собой бикоаксиальный,резонатор, состоящий из трех концентрически расположенных цилиндров (рис. 15.5). Центральный стержень, . являющийся продолжением ' зонда, вместе с внутренней поверхностью среднего цилиндра образует внутреннюю коаксиальную линию. Внешняя поверхность среднего цилиндра и внутренняя наружного образуют внешнюю коаксиальную линию, связанную с детектором. Настраивают линии с помощью короткозамыкающих плунжеров.
296 Детектор индикаторной головки представляет собой специаль ную камеру, в которую помещен полупроводниковый диод. Связь детекторной камеры с резонатором может быть индуктивной, через петлю связи (см. рис. 15.1), или кондуктнвной (рис. 15.5). Высокочастотные составляющие тока детектора должны замыкаться на корпус прибора. Это достигается с помощью конструктивной емкости между держателем диода и камерой. Устройство для.перемен(ения индикаторной головки и отсчета положений зонда должно обеспечивать перемещение зонда в плоскости симметрии измерительной линни при строго постоянной глубине погружения его в измерительную секцию, а также отсчет положений зонда с заданной точностью. Как правило, индикаторная головка крепится на каретке — металлической плите, передвигаемой вдоль измерительной секции по направляющим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
