Измерения параметров электромагнитных волн на сверхвысоких частотах (стр. 4 из 6)
Если измеряемая частота лежит за пределами диапазона частот опорного генератора, то ее измеряют методом биений между гармоническими составляющими и сигналом основной частоты. Так, если fх<<fоп, то поочередно настраивают опорный генератор на нулевые биения с любыми двумя соседними гармоническими составляющими измеряемой частоты: fоп1=пfх и fоп2=(п±1)fх.
Отсюда
. (9) Если fx1>>fоа, то настраивают опорный генератор на такие две частоты fоп1 и fоп2, чтобы fx=m fоп1 и fx=(m±1)fоп2. Тогда
(10)  Схема. 2. |
Поскольку трудно сделать опорный генератор с плавной перестройкой и высокой стабильностью частоты, то прибегают к интерполяционному методу. В этом случае в схему 1 наряду с интертюляционным генератором, частоту которого можно плавно менять, вводят образцовый генератор с фиксированной сеткой частот. Процедура измерений состоит в следующем. Последовательно настраивают интерполяционный генератор на нулевые биения с измеряемым сигналом частоты fx и с соседними гармоническими составляющими опорной частоты образцового генератора тfx и (m+1)fоп по обе стороны от частоты fx. Отсчеты по шкале интерполяционного генератора будут соответственно αх, α1, α2. В этом случае
(11)Точность измерений тем выше, чем меньше разность частот между соседними гармониками образцового генератора, линейнее шкала настройки интерполяционного генератора и выше его разрешающая способность.
Когда разность частот fх-fоп больше предельной частоты измерителя звуковой частоты, можно применять двойное гетеродинирование, используя схему 2. Измерения по такой схеме более точны, поскольку проще создать измеритель частоты с высокой стабильностью и повышенной точностью измерений, используя интерполяционный генератор с небольшим диапазоном перестройки частоты.
Погрешности гетеродинных частотомеров определяются, прежде всего, погрешностями кварцевого и интерполяционного генераторов. Так, кварцевые генераторы имеют относительную частотную погрешность ±10-8–10-9. Интерполяционный генератор вносит дополнительную погрешность, обусловленную изменением частоты генератора за время измерений, неточностью градуировки шкалы и погрешностью отсчета. В результате погрешность таких частотомеров составляет ±5•10-6. Следует заметить, что указанное значение погрешности получается лишь после продолжительного прогрева прибора (до 1–1,5 ч).
§3. ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
1. Общие сведения
Вопросы измерения полного сопротивления узлов или элементов ВЧ-тракта возникают всякий раз, когда приходится решать. задачи согласования, находить параметры эквивалентных схем или рассчитывать частотные характеристики устройств СВЧ.
 Рис. 10. |
В основе определения полного сопротивления нагрузки лежит связь его с коэффициентом стоячей .волны и положением минимума напряжения в линии. Наибольшее распространение получило определение полного сопротивления по данным измерения КСВ и положения минимума стоячей волны с помощью измерительной линии. Соответствующая функциональная схема представлена на (рис. 10). Устройство, полное сопротивление которого необходимо измерить, подсоединяют к генератору СВЧ через измерительную линию. Промышленностью выпускаются измерительные линии, перекрывающие частотный диапазон от 0,5 до 37,5 ГГц.
Портативными приборами для определения полных сопротивлений на основе измерения КСВ и фазы являются измерители поляризационного типа. Эти приборы отличаются широкополосностью и высокой точностью. Перекрываемый ими частотный диапазон простирается от 0,02 до 16,67 ГГц.
Существуют приборы, обеспечивающие полуавтоматическое панорамное измерение КСВ в функции частоты. Эти приборы позволяют значительно сократить время на согласование устройств, а также наблюдать и измерять амплитудно-частотные характеристики четырехполюсников. Они перекрывают диапазон частот от 0,02 до 16,67 ГГц.
В этой главе рассмотрен принцип действия прибора, позволяющего определять значения полного сопротивления исследуемых устройств как функции частоты непосредственно по круговой диаграмме полных сопротивлений, нанесенной на экран электроннолучевые трубки. Приборы этого вида перекрывают диапазон частот от 0,11 до 7ГЦ.
2. Поляризационные измерители полных сопротивлений
Поляризационный измеритель полных сопротивлений состоит из отрезков прямоугольного 7 и цилиндрического 6 волноводов, причем цилиндрический волновод расположен под прямым углом к широкой стенке прямоугольного волновода (рис. 11). Связь между волноводами осуществляется через три щели 8 одинаковых размеров, расположенные на равном расстоянии от центра цилиндрического волновода.
Принцип работы поляризационного измерителя состоит в следующем. Электромагнитная Н□10-волна, распространяющаяся от генератора в сторону нагрузки, возбуждает в цилиндрическом волноводе HO11-волну с круговой поляризацией. Достигается это выбором расположения и размеров щелей: две щели, расположенные поперек широкой стенки волновода, находятся в максимуме составляющей поля Нх, а третья щель - в максимуме составляющей поля Нz. Эти щели возбуждают в цилиндрическом волноводе две HO11-волны, взаимно перпендикулярные в пространстве и сдвинутые по фазе на угол π/2. Последнее является следствием сдвига во времени на π/2 компонент поля Xх и Нz в прямоугольном волноводе. Поскольку выбором размеров щелей можно добиться равенства амплитуд возбуждаемых волн, то волна в цилиндрическом волноводе будет обладать круговой поляризацией.
 Рис. 11. |
Если изменять направление распространения волны в прямоугольном волноводе, то в цилиндрическом волноводе возбуждается волна со встречным направлением вращения поля. Очевидно, при наличии в прямоугольном волноводе отраженной волны в цилиндрическом будут две HO11-волны с противоположными направлениями круговой поляризации. В результате суперпозиции этих волн образуется волна с эллиптической поляризацией, которая несет необходимую информацию о величине КСВ и положении минимума стоячей волны в прямоугольном волноводе. КСВ равен отношению главных осей эллипса, величины которых соответствуют сумме и разности амплитуд падающей и отраженной волн.
Таблица 1
Параметры измерительных линий
| Тип прибора | Диапазон частот, ГГц | Собственный КСВ | Погрешность измерений КСВ, % (КСВ<2) | Размеры сечения ВЧ-тракта, мм |
| Р1-22 Р1-3 P1-7 Р1-20 Р1-13А | 1-7,5 2,5-10,35 2,6-4,0 8,24-12,05 17,44-25,86 | 1,02-1,04 1,06 1,02 1,02 1,02 | 3,2 (до 2 ГГц) 3,5 (до 5 ГГц) 5 (до 7,5 ГГц) 10 5 4 4 | 16/7* 10/4,3* 72х34*2 23х10*2 11х5,5*2 |
| 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.