Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Каретку устанавливают на направляющих с по мощью специальных подшипников, имеющих малые биения. Для ее передвижения широко применяется фрикционная передача, как наиболее простая н надежная. Положение зонда в ИЛ метрового и дециметрового диапазонов определяют с помощью линейки, ук. репленной на корпусе прибора, и нониуса, устанонленпого на ка. ретке. Это обеспечивает отсчет с точностью до ~0,1 мм, что соот ветствует практическим требованиям в этих диапазонах, В ИЛ сантиметровых волн необходимая точность отсчета составляет со« тые доли миллиметра. Это достигается установкой измерителей линейных перемещений с разрешающей способностью 0„01 мм в качестве основного или дополнительного устройства для отсчета положений зонда. $ 15.2.
Измерение коэффициента стоячей волны, коэффициента отражения и полного сопротивления нагрузки л,=и /и,„. (15.4] В волноводных трактах цод КСВ понимают отношение напряженностей электрического поля в максимуме и минимуме стоячей волны: (15.о1 обратную вол н ы к,'=Е „/Е „. Иногда в расчетные соотношения вводят величину КСВ, называемую козффнциентом бегущей (КБВ): (15.6) Аг= 1Рг,: Рассмотрим способы измерения этих величин с помощью нзмери тельной линии н методику определения полного сопротивления нагрузки. Измерение КСВ, Коэффициент стоячей волны (КСВ) равен отношению максимального напряжения в СВЧ-тракте к минимальному: Диапазон возможных значений КСВ лежит от 1 до оо.
Значения КБВ могут меняться от 1 до О. При идеальном согласовании нагрузки с СВЧ-трактом эти коэффициенты равны единице. Из'соотношений (15.4) и (15.5) следует, что для определения КСВ достаточно измерить максимальное и минимальное напряжения (напряжениости электрического поля) в исследуемом тракте. Фактически измеря1от ток на выходе детектоЕз ра ИЛ. Высокочастотное напряжение, ! подводимое к детектору, пропорциоЕмгп нально напряженности электрического поля в месте расположения зонда, однако зависимость между этим напряжением и током на выходе детектора является нелинейной.
Е Как правило, стремятся к минимальной связи зонда с исследуемым , Езз полем, так как это уменьшает искаже)эгн1, —, —— ния поля в ИЛ. Поэтому характерным является режим малых тонов детектосм1л ра. При токах Уд(10 мкй вольт-ам- 1 перная характеристика полупроводни- Р ковых СВЧ-диодов близка к квадратичной; х„ а) х„х Ь) Рнс. 1б.б.
Опредезение КСВ ну- )„=-аиз, (15.1) тем измерения поля вблизи узле стоянов волны где а в показатель степени, равный 1,8 — 2,2. При Йтом коэффициент стоячей волны й, =)/'l...„д„„... (15.8) где здзлзз и !д нип максимальное и минимальное значения тока детектора, измеренные при перемещении зонда вдоль ИЛ. Соотношением (15.8) пользуются при измерении КСВ менее 5.
При больших КСВ измерять значения )д „и )д 1п, оставаясь в пределах квадратичногс участка характеристики детектора, затруднительно. Кроме того, с увеличением КСВ растет сопротивление линии в области максимума стоячей волны и влияние проводимости зонда на распределение поля становится значительным. Поэтому при лс>5 применяют способ, основанный на измерении поля вблизи узла (минимума) стоячей волны (рис. 15.6). Измеряют напряженность электрического поля в узле и точке, отстоящей от узла на расстояние Ь (рис. 85.6;а). Определяют также длину волны в измерительной линии Л (методика измерения Л описана далее). Значение КСВ рассчитывают ~о формуле й ( в1 низ) (15.9) Ь В ряде случаев удобнее измерять расстояние Ь, задавшись некоторым значением Е„/Е „.
ПриЕ,/Е щ=)~2выражение (15.9) принимает вид (15. 10) 5!Птив 2го л где 2Ьо — ширина узла стоячей волны ма уровне р' 2Е нп (рис. 15.6, б) . Для больших значений КСВ формула (15АО).упрощается; при Ьс)10 можно пользоваться приближенным выражением Ь, = Л/(2пЬс). (15.11) Таким образом, измерение КСВ сводится к определению ширины узла стоячей волны на уровне Ь~2Емщ и длины волны в ИЛ. Отметим, что при квадратичной характеристике детектора значение 2Ьо должно измеряться на уровне 2/июю. Рнс.
15.7. Измерение КСВ с помощью калиброванного аттенюатора Описанный способ существенно уменьшает погрешность измерений, так как отсчет токов производится на близких уровнях. Кроме того, зонд во время измерений находится вблизи узла стоячей волны, где его влияние на распределение поля минимально. Основной недостаток этого способа заключается в том, что прн больших значениях КСВ ширина узла стоячей волны невелика и требуется очень высокая точность отсчета положений зонда в измерительной линии. Рассмотрим еще один способ измерения КСВ, основанный на прпменении ка иброванного переменного аттенюатора.
Аттенюатор включают между генератором и измерительной линией, как это показано на рис. 15.7. КСВ измеряют следующим образом. Установив зонд в узле стоячей волны, отмечают значение тока детектора /нен . Затем передвигают зонд в положение, соответствующее максимуму стоячей волны, и увеличивают ослабление аттенюатора до получения прежнего значения тока детектора. Как правило, аттенюаторы градуируют в децибелах. Измеренное значение КСВ /е,=20 1д — '" =А — А,, (15.12) анин где Ае — А~ — разность отсчетов по шкале аттенюатора, дБ. Этот способ определения КСВ отличается повышенной точностью, так как форма вольт-амперной характеристики диода не влияет на ре- 299 зультат измерений.
Погрешность связана в основном с неточностью отсчета ослаблений по шкале аттеиюатора. Измерение коэффициента отражения. Коэффициентом отраженияя н а груз к и называют величину р,= Б, 7(7„„„= Е )Е„, (15.13) В этом выражении(1 ддд(Ед,д,д) и Удд,р(Едмя) комплексные амплитуды падающей и отраженной волн напряжения (напряженности электрического поля) иа нагрузке. В общем случае коэффициент отражения является комплексной величиной и его можно записать в виде р„= р„егд, (15.14) где'рд — модуль; ~р — фазовый угол коэффициента отражения нагрузки.
В СВЧ-тракте без потерь амплитуды падающей и отраженной волн постоянны. При этом модуль коэффициента отражения р„=(7 Щ д=Е, /Е„„. (15.15) С коэффициентом. стоячей волны эта величина связана соотношением р =(я,— 1)7(А, +1). (15.16) Следовательно, модуль коэффициента отражения можно вычислить, если измерено значение КСВ в измерительной линии.
Фазовый угол коэффициента отражения определяется выражениями ч„=. 4их„,/А — и, (15.17) рд =4и сдай, (15.18) где хд1 — расстояние от нагрузки до первого узла (минимума) стоячей волны; х ~ — расстояние от нагрузки до первой пучности (максимума) стоячей волны. Для определения фазового угла обычно используют выражение 615.17), так как минимумы стоячей волны острее, чем максимумы, и значение хд1 можно измерить с большей точностью, чем х,. Если невозможно непосредственно'измерить хю или х, определяют смещение узлое стоячей волны при включении на выходе ИЛ сначала короткозамыкателя, а затем исследуемой ' нагрузки (рис. 15.8, а, б).
Можно показать, что хэ1 = 1,д. Отсчет смещения производят от любого узла короткозамкнутой линии до ближайшего узла нагруженной лийии в направлении к генератору. Таким образом, для определения модуля и фазового угла коэффициента отражения достаточно измерить КСВ, расстояние от нагрузки до первого узла стоячей волны (или смешение узлов стоячей волны) и длину волны в ИЛ. Определив эти величины,. рассчитывают значения р, и «рд по формулам (15.16) и (15.17). Измерение длины волин в ИЛ. Эту величину определяют по картине стоячих волн в измерительной линии. Расстояние между двумя соседними минимумами или максимумами всегда равио половиие длины волны в линии.
Практически измеряют расстояние между минимумами, так как оии острее. Наиболее острыми получаются минимумы в короткозамкиутой или разомкиутой иа конце ИЛ; зги режимы обеспечивают наибольшую точность измерений. Если нагрузка измерительной линии задана, рекомендуется оп- ла е~ ~ " у ! способом двойного отсчета (рис. 15.9).
Очевидно, что длина волиы 6 ~г в линии Л = хе+ хя хг — те д (15.19) / Отсчетиый уровень может быть д ,и любым, ио точиость измерений повышается, если ои лежит в об- рнс, 19 9 0пределенне смещения унласти перегиба кривой и(х). При лов стоячей волны квадратичном детекторе зто соответствует току 2, =~,...'(1+й'.))2. (15.20) В ряде случаев значение Л можно определить расчетным путем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
