Лекция №1 Общие сведения о метрологии и стандартизации 7 Лекция №2 Измерение напряжения и тока 42

Однако, в отличие от цепей с сосредоточенными постоянными, выше перечисленные параметры не имеют четкого физического смысла и поэтому не измеряются. В то же время основные элементы СВЧ-трактов являются аналогами двух- и четырехполюсников, из которых состоят цепи с сосредоточенными постоянными. Эта аналогия позволяет рассматривать параметры СВЧ-трактов как параметры двух- и четырехполюсников.

Характеризовать тракт с точки зрения распространения по нему электромагнитной энергии можно и по вторичным параметрам, в зависимости от вида СВЧ-устройства. К ним относятся:

1. 
   При настройке и эксплуатации СВЧ-трактов измеряют параметры, характеризующие степень согласования нагрузки с трактом – это коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВ) и комплексный коэффициент отражения нагрузки.
   
2. 
   При эксплуатации двухполюсных СВЧ-устройств – это полное (комплексное) сопротивление и полная проводимость.
   
3. 
   При эксплуатации четырехполюсных и многополюсных СВЧ-устройств – элементы волновой матрицы рассеяния (параметры рассеяния) и коэффициент ослабления (затухания).
   

1. 
   С помощью измерительной линии анализируют продольное распределение электромагнитного поля в СВЧ-тракте и определяют искомые параметры расчетным путем.
   
2. 
   Использование специализированных измерительных приборов, в частности автоматический измеритель панорамного типа, основанный на раздельном измерении падающей и отраженной электромагнитных волн.
   

Измерительная линия представляет собой отрезок СВЧ-тракта, вдоль которого может перемещаться индикаторная головка. Э.д.с., наводимая на зонде, пропорциональна напряженности электрического поля в месте расположения зонда. Эта э.д.с. возбуждает резонатор этой индикаторной головки, связанный с детектором. Ток с выхода детектора подают на измерительный усилитель (в случае модулированного напряжения СВЧ-генератора) или на микроамперметр постоянного тока. Перемещая индикаторную головку и измеряя силу тока на выходе детектора, определяют распределение напряженности электрического поля вдоль измерительной линии. Упрощенная конструкция измерительной линии представлена на рисунке 9.1.

Основными узлами измерительной линии являются:

• 
  Щелевая секция
  
• 
  Зондовая головка
  
• 
  Каретка с механизмом перемещения зонда вдоль щелевой секции.
  

Рисунок 9.1 – Упрощенная конструкция измерительной линии

На точность измерения параметров нагрузки влияет ряд факторов:

• 
  Все узлы должны быть сочленены точно и без перекосов
  
• 
  Выбрана оптимальная глубина погружения зонда, его связь с полем должна быть постоянной
  

Теперь рассмотрим второй способ измерения параметров СВЧ-устройств – это с помощью автоматического измерителя панорамного типа. В ряде случаев достаточно знать только частотную характеристику КСВ исследуемого СВЧ-устройства. Тогда целесообразно применять не очень сложные приборы, называемые рефлектометрами. Эти приборы основаны на способе раздельного измерения падающей и отраженной волн. Они снабжены ЭЛТ (или современным дисплеем), на экране которой отображается искомая характеристика в заданном частотном диапазоне; поэтому их называют панорамными измерителями.

Упрощенная структурная схема панорамного рефлектометра показана на рис. 9.2. Работа такого измерителя основана на принципе раздельного выделения сигналов, пропорциональных мощностям волн падающей от генератора и отраженной от исследуемого объекта (при измерении КСВ) или прошедший через измеряемый объект (при измерении ослабления).

Конструктивно панорамный измеритель состоит из:

• 
  СВЧ-генератора качающейся частоты (ГКЧ)
  
• 
  Направленных ответвителей мощности (НО1 и НО2), ориентированных на падающую и отраженную волны
  
• 
  Двух детекторных головок (Д1 и Д2)
  
• 
  Измерителя отношений волн
  
• 
  Осциллографического дисплея (ЭЛТ)
  

Рисунок 9.2 – Упрощенная структурная схема панорамного рефлектометра

Выделенные направленными ответвителями падающая и отраженная волны, продектированные соответствующими детекторными головками, подается на измеритель отношений Е_п/Е₀. Выходное напряжение последнего пропорционально квадрату коэффициента отражения нагрузки и, следовательно, однозначно отражает значение КСВ. После усиления в усилителе вертикального отклонения это напряжение поступает в канал вертикального отклонения ЭЛТ.

Т.к. напряжение генератора развертки изменяется синхронно с напряжением частотной модуляции и также с выходным колебанием генератора СВЧ, то на дисплее наблюдается зависимость квадрата коэффициента отражения от частоты. Она дает общую картину изменения КСВ, т.е. панораму. Изменение частоты колебаний ГКЧ можно контролировать по частотомеру.

Для повышения точности измерения предусмотрена автоматическая регулировка мощности (АРМ), с помощью которой поддерживается постоянной амплитуда сигнала ГКЧ.

Источниками погрешностей в панорамных рефлектометрах являются:

• 
  Нестабильность амплитуды падающей волны. В лучших образцах приборов колебания амплитуды в полосе качания не превышают долей децибел. Уменьшить влияние нестабильности помогает введения измерителя отношений.
  
• 
  Неидентичность характеристик направленных ответвителей и детекторных головок. Рассогласование характеристик составляет 0,3…0,5 дБ.
  

В настоящее время в основном применяются автоматические панорамные рефлектометры и измерители КСВ и ослабления, управляемые микропроцессором.