Глоссарий. . Измерение параметров цепей с распределенными постоянными

Термин	Каз.яз.	Англ.яз
Контурные методы, генераторные методы, куметр, ис­тинное значение действующее значение параметров	Контурлық әдістер Генераторлық әдістер   Нақты мән Параметрлердің әсерлік мәні	lanimetric methods, generating methods, куметр, true value operating value of parameters

ЛЕКЦИЯ №13

Измерение параметров цепей с распределенными постоянными

Краткое содержание лекции

Радиоэлектронные цепи, физические размеры кото­рых соизмеримы с рабочей длиной волны колебаний, относятся к цепям с распределенными параметрами. Каждый элемент или соединительный провод такой цепи обладает активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Такие цепи часто называют длинными линями или СВЧ - трактами.

При измерении в СВЧ-диапазоне необходимо учитывать следующие два фактора:

· соизмеримость длины волны колебания с геометрическими разме­рами элементов;

· наличие пространственного электромагнитного поля в линиях пе­редач, которое и является основным носителем электрической энергии.

К СВЧ - устройствам относятся: коаксиальные, волноводные и полосковые тракты (линии передач), двухполюсные, четырехполюсные и многополюсные устройства, работающие на частотах от 300 МГц до 300 ГГц.

Измерение параметров СВЧ-устройств выполняется двумя основны­ми способами:

· с помощью измерительной линии анализируется распределение электромагнитного поля в СВЧ - тракте и расчетным путем определяются искомые параметры;

· посредством автоматических измерителей панорамного типа, осно­ванных на раздельном измерении падающей и отраженной электромаг­нитных волн.

Основными параметрами линий передачи — коаксиального кабеля, полосковой линии, волновода, являются: распределенные индуктивность, емкость, сопротивление и проводимость. Однако измерять погонные параметры неудобно, да и не представляет практического интереса при эксплуатации. Характеризовать тракт с точки зрения распространения по нему электромагнитной энер­гии можно по вторичным параметрам. К ним относятся:

1. Волновое сопротивление ,

2. Коэффициент распространения

При передаче сверхвысокочастотной энергии от ге­нератора к нагрузке в линии может установиться один из трех режимов: бегущей волны, стоячей волны и сме­шанных волн. Режим определяется характером и зна­чением нагрузки относительно волнового сопротивления линии передачи и выходного сопротивления генератора.

На рис. 13.1, a — и, показано распределение напряженности поля вдоль линии для различных соотношений (ZB) и ZH.

Режим бегущей волны устанавливается при полном согласовании генератора и линии передачи с нагрузкой. При котором максимальная мощность, отдаваемая генератором, полностью поглощается нагрузкой. При этом в линии распространяется только падающая волна, которая называется в этом слу­чае бегущей (рис. 12.1а)

Если линия на конце замкнута накоротко, разомкну­та или работает на чисто реактивную нагрузку, энергия полностью отражается от ее конца. При этом в линии устанавливается режим стоячей волны (рис 13.1 г д, е, ж).

При передаче энергии необходимо стремиться к пол­ному согласованию линии с нагрузкой, чтобы вся энер­гия поглощалась последней без отражений. Однако на практике полное согласование удается осуществить очень редко; всегда остается некоторое рассогласова­ние, когда часть энергии отражается от конца линии и отраженная волна распространяется навстречу падаю­щей. На рис. 13.1 б и в показаны распределения напряже­ния вдоль линии при активной нагрузке, не равной вол­новому сопротивлению линии, а на рис. 13.1 з, u — при комплексной нагрузке. Та­кой режим азывается режимом смешанных волн.

Рис.13.1

Коэффициентом бегущей волны Кбв называют отношение Кбв = Е mln/ Е max, а величина, обратная Кбв, называется коэффициентом стоячей волны Ксв = Е max/ Е mln.

Измерительная линия (рис. 13.2). Исследование распределения напряженности электрического поля наи­более просто можно выполнить зондом, погружаемым в измерительную линию и перемещаемым вдоль нее. Для этого измерительная линия должна иметь продольную неизлучающую щель. Зонд выполняет функ­ции измерительной антенны и должен быть связан с детектором, вы­прямленный ток (напряжение) которого характеризует напряженность поля в каждой точке линии. Таким образом, конструкция любой изме­рительной линии должна содержать следующие функциональные узлы: щелевую секцию, зондовую головку и каретку с механизмом перемеще­ния зонда вдоль щелевой секции.

Щелевая секция волноводной измерительной линии состоит из отрез­ка стандартного прямоугольного волновода 7, оканчивающегося флан­цами для подключения измерительного генератора и измеряемого СВЧ- элемента. Из теории СВЧ - устройств известно, что для поля волны Н10 продольная щель будет неизлучающей, если она прорезана точно посре­дине широкой стенки волновода. Длина щели определяется диапазоном частот измерительной линии и должна быть достаточной для фиксации нескольких и пучностей стоячей волны. Точность выполнения за­данных размеров щелевой секции влияет на такие важные параметры измерительной линии, как затухание, собственный КБВ, непостоянство связи зонда с полем при его перемещении (за счет изменения глубины погружения).

Зондовая головка состоит из зонда 2, глубина погружения которого в линию может изменяться с помощью микрометрического винта 3, ре­зонансной системы с настроечными поршнями 4 и СВЧ - диода 5, поме­щенного в специальную детекторную камеру.

 

Рис. 13.2

 

 

Настройка измерительной линии производится с помощью поршней 4 до получения максимального тока (напряжения) детектора — СВЧ - диода 5.

Каретка 6 предназначена для перемещения зондовой головки вдоль линии и определения ее положения с помощью измерительной линейки 7 или индикатора другого типа. Это достаточно массивная плита, перемещаемая винтовым механизмом.

Зонд с элементами настройки и детекторной секцией конструктивно объединяются в измерительную головку, которая помещается на каретку и может перемещаться вдоль линии. С помощью шкалы 7 производят отсчет положения зонда. Амплитуда ЭДС, наведенной в зонде, пропорциональна амплитуде напряженности электрического поля в точке погружения зонда.

 

Контрольные вопросы

13.2.1. Какие устройства относятся к длинным линиям?

13.2.2. Каковы особенности измерений на СВЧ?

13.2.3. Какими параметрами характеризуются линии передачи?

13.2.4. Поясните какие режимы работы могут установиться в линии передачи.

13.2.5. Почему в режиме стоячих волн вдоль линии наблюдаются узлы и пучности?

13.2.6. Почему в режиме смешанных волн вдоль линии наблюдаются минимумы и максимумы напряженности?

13.2.7. Почему в режиме бегущих волн вдоль линии наблюдается постоянство напряженности?

13.2.8. Как связаны коэффициент отражения и ?

13.2.9. Изобразите график распределения напряженности поля вдоль линии для Zн=40+j5 Ом.