Пользовательского поиска
|
Диаметры наружного и внутреннего проводников
*2 — Широкая и узкая стенки
волновода |
3начит, вращающаяся вокруг волновода диодная камера 2 с зондом 1 воспроизводит распределение напряженности поля в прямоугольном волноводе, причем полный оборот камеры соответствует перемещению зонда в прямоугольном волноводе на длине волны λв. Положение меньшей из осей эллипса однозначно связано с положением минимума поля в прямоугольном волноводе, т. е. с фазой коэффициента отражения.
Измерение фазы коэффициента отражения заключается в отсчете по лимбу 5 положения диодной камеры, при котором индикаторный прибор показывает минимальное значение. Поворот диодной камеры осуществляется с помощью вращающегося сочленения 3. Отсчетная шкала "фаза" представляет собой полуокружность, разбитую рисками на 180 равных частей, так что цена каждого деления шкалы соответствует 2° измеряемого фазового угла. Точность отсчета фазы коэффициента отражения с использованием нониуса составляет ±20.
Для начальной калибровки прибора по фазе относительно измерительного фланца нет необходимости пользоваться короткозамыкателем, а достаточно воспользоваться шкалой "частота" 4, жестко связанной с диодной камерой и способной поворачиваться относительно шкалы "фаза". Шкала "частота" рассчитана так, что при установке рабочей частоты диодная камера поворачиваются на угол, равный соответствующему изменению фазы волны между измерительным фланцем и плоскостью симметрии прибора.
Таблица 2
Параметры поляризационных измерителей
Тип прибора |
Диапазон частот, ГГц |
Пределы измерения |
Погрешность измерения |
Размеры сечения ВЧ-тракта, мм |
||
КСВ |
Фазы, град |
КСВ, % (КСВ =1,05÷2) |
фазы, рад (КСВ = 2) |
|
||
РЗ-34 |
0,15 – 1 |
1,1 – 10 |
0 – 360 |
7 |
7 |
16/7* |
РЗ-40 |
8,24 – 2,05 |
1,05 – 2 |
0 – 360 |
4 |
4,1 (при КСВ=1,2) |
23х10* 2 |
РЗ-42 |
5,64 – 8,24 |
1,05 – 2 |
0 – 360 |
4 |
4,1 |
35х10* 2 |
РЗ-43 |
4,8 – 6,85 |
1,05 – 2 |
0 – 360 |
4 |
4,1 |
40х20* 2 |
РЗ-46 |
2,54 – 3,44 |
1,05 – 2 |
0 – 360 |
4 |
4,1 |
72х34* 2 |
РЗ-48 |
1,72 – 2,59 |
1,05 – 2 |
0 – 360 |
4 |
4,1 |
110х55* 2 |
Диаметры наружного и внутреннего проводников коаксиальной * 2 Широкая и узкая стенки волновода, |
Поляризационный измеритель позволяет определять полное сопротивление и при высоком уровне мощности СВЧ. Для этого в приборе предусмотрена замена диода диодной заглушкой, которая имеет такие же размеры. Между поляризационным измерителем и внешней диодной камерой размещают переменный аттенюатор, регулировкой которого добиваются на диоде уровня мощности в пределах, соответствующих квадратичному участку характеристики.
В качестве индикаторного устройства при работе с поляризационными измерителями предпочтительно пользоваться измерительными усилителями. Параметры поляризационных измерителей даны в табл. 2.
Панорамные измерители КСВ и полного сопротивления
Панорамный измеритель КСВ состоит из генератора качающейся частоты (свип-генератора), измерителя отношения напряжений с направленным ответвителем и осциллографического прибора (рис. 12). Принцип работы прибора заключается в выделении сигнала, пропорционального мощности отраженной волны и в последующем измерении отношения мощностей отраженной и падающей волн, которое равно квадрату модуля коэффициента отражения
Рис. 12.
Для реализации этого принципа следует включить два направленных ответвителя с диодными камерами между генератором и нагрузкой так, чтобы сигнал с квадратичного детектора одной диодной камеры был пропорционален падающей мощности Рп(f), а сигнал с детектора другой камеры был пропорционален отраженной от нагрузки мощности Ро(f). Эти сигналы через усилители подаются на измеритель отношений, на выходе которого получается напряжение, пропорциональное квадрату коэффициента отражения от нагрузки:
Рис. 13.
. (12)
После усиления это напряжение поступает в канал вертикального отклонения осциллографа. К горизонтальным пластинам осциллографа подводится напряжение от генератора, выполняющего функцию модулятора частоты генератора СВЧ. В результате на экране трубки наблюдается кривая зависимости квадрата коэффициента отражения от частоты (кривая 1 на рис. 13).
Для калибровки КСВ на некоторых частотах используют электронный коммутатор, который попеременно подает в канал вертикального отклонения либо усиленное выходное напряжение измерителя отношений, либо образцовое напряжение. В результате на экране на фоне кривой 1 видна светящаяся визирная линия 2. Меняя образцовое напряжение, добиваются совмещения визирной линии с интересующей точкой кривой 1. Значение КСВ в этой точке отсчитывают по шкале прибора, проградуированного в величинах КСВ, а частоту определяют с помощью встроенного частотомера.
Сложности в практической реализации схемы связаны с необходимостью применения свип-генератора с линейным изменением частоты в диапазоне свипирования, а также одинаковых или подобных переходных характеристик обоих направленных ответвителей и одинаковых или подобных характеристик диодных камер во всем рабочем диапазоне частот. Обычно в качестве свип-генератора применяют ЛОВ. Линейное изменение частоты в диапазоне свипирования достигается подачей на замедляющую систему лампы периодических импульсов экспоненциальной формы.
В другом варианте панорамного измерителя КСВ сигнал с диодной камеры ответвителя, пропорциональный амплитуде отраженной волны в тракте, подается непосредственно на вертикальные пластины осциллографа. Точность измерений теперь уже зависит от постоянства мощности свип-генератора во всем диапазоне свипирования. Для стабилизации изменений мощности сигнала, неизбежно имеющих место при частотной модуляции, в генераторе предусмотрен автоматический регулятор мощности. Часть ответвленной падающей мощности подается на вход схемы автоматического регулирования, где происходит ее сравнение с опорным напряжением. Вырабатываемый схемой сигнал ошибки поступает на первый анод ЛОВ (стабилизация с внутренним управлением) или на электрически управляемый аттенюатор (внешняя стабилизация), благодаря чему обеспечивается постоянный уровень мощности в полосе частот.
Таблица 3
Параметры автоматических панорамных измерителей КСВ и ослабления
Тип прибора |
Диапазон частот, ГГц |
Полоса свипирования, МГц
|
Измерение КСВ |
Измерение ослабления |
||
Предел |
погрешность, % (КСВ<2) |
предел, ДВ |
Погрешность, дБ |
|||
Предел |
погрешность, % (КСВ<2) |
предел, ДВ |
Погрешность, дБ |
|||
Р2-36/1 |
0,625 – 1,25 |
Максимально 1070, минимально 6,25 |
1,05 – 2 |
3 |
0 – 35 |
0,5 – 0,05 А |
Р2-37 |
1,07 – 2,1 |
Максимально 2000, минимально 20 |
1,07 – 2 |
5 |
0 – 30 |
0,5 – 0,05 А |
Р2-38 |
2 – 4 |
Максимально 2000, минимально 20 |
1,07 – 2 |
5 |
0 – 30 |
0,5 – 0,05 А |
Р2-40 |
2,6 – 4 |
Максимально 5200, минимально 230 |
1,06 – 2 |
5 |
0 – 30 |
0,5 – 0,05 А |
Р2-43 |
5,55 – 8,33 |
Максимально 5200, минимально 230 |
1,06 – 2 |
5 |
0 – 30 |
0,5 – 0,05 А |
Р2-45 |
8,15 – 12,42 |
Максимально 5200, минимально 230 |
1,06 – 2 |
5 |
0 – 30 |
0,5 – 0,05 А |
Р2-32 |
11,55 – 6,66 |
Максимально 5200, минимально 230 |
1,05 – 2 |
5 |
0 – 30 |
0,5 – 0,05 А |
Панорамные измерители могут работать в режиме амплитудной модуляции импульсным напряжением прямоугольной формы с частотой 100 КГц. Наряду с периодической перестройкой частоты с разными периодами и с остановкой свипирования на выбранной частоте с автоматическим отсчетом возможна и ручная перестройка частоты при помощи частотомера со следящей установкой измеряемой величины.
Панорамные измерители КСВ позволяют измерять и ослабления, вносимые четырехполюсниками. Измерение ослабления сводится к определению отношения мощностей выходного и входного сигналов четырехполюсника.
Автоматические панорамные измерители КСВ и ослаблений, выпускаемые промышленностью, перекрывают частотный диапазон от 0,02 до 16,66 ГГц. Основные параметры некоторых из них приведены в табл. 3. В таблице А-ослабление, установленное по шкале аттенюаторов. Вход ВЧ-мощности у первых трех приборов коаксиальный, а у остальных — волноводный.
Другим типом автоматических измерителей являются панорамные измерителя полных сопротивлений и измерители комплексных коэффициентов передачи. Результаты измерений представляют в полярных или прямоугольных координатах на экране осциллографа 1В виде зависимости полного сопротивления исследуемого объекта в функции частоты.
Прибор состоит из трех блоков: свип-генератора, датчика полных сопротивлении и индикатора (рис. 14). Датчик полных сопротивлений представляет собой ВЧ-узел с четырьмя измерительными головками, с выхода которых снимаются НЧ-напряжения. Головки располагаются на расстоянии λв /8 друг от друга.
Рис. 14
Установим связь между сигналом на выходе квадратичного детектора измерительной головки и коэффициентом отражения в линии. Запишем напряжение на первом зонде в виде
, (13)
где ψ = 2kzz – ψн; z — расстояние между зондами и нагрузкой; ψн и |Г| — фаза и модуль коэффициента отражения от нагрузки. Представим напряжение на первом зонде так:
. (14)
Тогда ток, проходящий через детектор с квадратичной характеристикой:
, (15)
где b — постоянная величина. Ток через детектор, связанный с третьим зондом и отстоящий от первого на расстояние λв/2, равен
. (16)
Соответственно токи через второй и четвертый детекторы
, (17)
. (18)
Измерительные головки должны быть настроены так, чтобы . Тогда на выходе вычитателя, связанного с первой и третьей измерительными головками, будет сигнал, определяемый выражением
, (19)
а на выходе другого вычитателя, связанного со второй и четвертой; измерительными головками, сигнал представится в виде
, (20)
где k и k’ — постоянные.
После усиления в соответствующих усилителях постоянного тока эти сигналы, сдвинутые по фазе на 90°, подаются на горизонтальные и вертикальные пластины осциллографа. Амплитуды их регулируются так, чтобы обеспечить равное отклонение луча в обоях направлениях. Значит, при изменении фазы коэффициента отражения на 360°, луч вычертит на экране окружность радиуса, соответствующего модулю коэффициента отражения.
Если частота генератора меняется по линейному закону во времени, то меняется и комплексный коэффициент отражения от измеряемого объекта, т. е. меняются |Г|= F(f) и ψн = F(f). Луч вычерчивает кривую, радиальное отклонение которой пропорционально |Г|, а азимутальное положение соответствует ψн.
Точность измерения полного сопротивления в диапазоне частот зависит от идентичности четырех индикаторных устройств и стабильности выходной мощности частотно-модулированного генератора при изменении частоты.
Автоматический измеритель полных сопротивлений РК4-10 рассчитан на диапазон частот 0,11 – 7 ГГц с пределами измерений фазового сдвига 0 – 360°, модуля коэффициента передачи 60 дБ и КСВ 1,02 – 2. Погрешность измерения фазового сдвига 3°, фазы коэффициента отражения 10°, КСВ 10% (при КСВ ≤ 2).
Библиографический список
1. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. ТТ. I, II. М: Высшая школа, 1970, 1972.
2. Советов Н. М. Техника сверхвысоких частот. М: Высшая школа, 1976.
3. Коваленко В. Ф. Введение в технику сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1955.
4. Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Справочник по элементам волноводной техники. М – Л: Госэнергоиздат,1963.
5. Красюк Н. П., Дымович Н. Д. Электродинамика и распространение радиоволн. М: Высшая школа, 1947.
6. Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. М: Сов. радио, 1957.
Маттей Д. Л., Янг Л. Е., Джонс М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи: Пер. с англ. М: Связь, 1971.