Рис, 14.1

Методы измерений. Основные методы основаны на анализе поля в линии передачи в установившемся режиме. Распределение поля вдоль линии, можно получить с помощью измерительной линии. Хотя этот метод практически не поддается автоматизации, он остается наиболее распространенным и надежным, особенно тогда, когда требования к скорости измерений нежесткие.

Распределение поля можно определить с помощью нескольких, от трех до пяти, зондов, размещенных вдоль линии. Этот метод положен в основу автоматизированных приборов. При создании автоматизированных измерителей КСВ и элементов матрицы рассеяния наиболее употребителен метод направленных ответвителей, П03В01ЛЯЮЩИЙ раздельно измерять амплитуды напряжений падающей и отраженной волн, а в некоторых случаях и фазовых сдвиг между напряжениями волн.

Информацию о коэффициенте отражения можно получить по картине поляризации в некоторых типах линий передачи. Наконец, параметры трактов СВЧ измеряют в импульсном режиме по их переходной или импульсной характеристике. Такие приборы с высоким разрешением по времени основаны на стробоскопических осциллографах.

Эталоны. Эталоны отражения реализуют на отрезках линий передачи с неоднородностями, поддающихся точному электродинамическому расчету. Например, эталон коэффициента отражения Рн~0,1 для линии передачи на прямоугольном волноводе может быть построен на согласованной нагрузке, перед которой в волновод введен проводящий цилиндр так, что его ось перпендикулярна продольной оси волновода и параллельна его широкой стенке.

Коэффициент отражения p„wl воспроизводят четвертьволновым отрезком волновода с точно заданными геометрическими размерами. Такие устройства могут иметь р„ = 0,9995.

14.2. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ

Измерительные линии строят на линиях передачи разных типов: коаксиальных, неэкранированных плоских линий, на прямоугольном волноводе. Методика измерений не зависит от конструкции линии.

Волноводная измерительная линия. Рассмотрим в качестве примера волноводную измерительную линию (рис. 14.2), представляющую собой отрезок I волновода с фланцами, вдоль которого прорезана узкая щель 2. По щели перемещается каретка 3 с зондо-

Рнс. 14.2

вой головкой с емкостным зондом 4, введенным на небольшую глубину в волновод. Положение зонда вдоль линии определяют по шкале в виде линейки с нониусом или по индикатору часового типа.

Зонд связан с зондовой головкой, представляюшей собой систему двух связанных коаксиальных контуров. В контуре 5 зондом возбуждаются колебания и передаются в контур 8, нагрузкой которого является входное сопротивление детектора с диодом 9. Перед измерениями система связанных контуров настраивается короткозамыкающими плунжерами 6 и 7 до получения максимального напряжения с выхода детектора, поступающего на отсчетное устройство. При этом в системе связанных контуров достигается оптимальный резонанс, и нормированная входная проводимость зондовой головки со стороны зонда становится чисто активной.

Схема включения измерительной линии показана на рис. 14.3. Сигнал от генератора G поступает на измерительную линию через вентиль, предназначенный для ослабления влияния измерительной линии и нагрузки на частоту и амплитуду сигнала генератора.

Тип отсчетного устройства зависит от напряжения, наведенного на зонде. В диапазоне дециметровых волн мощность измерительного генератбра обычно составляет единицы ватт, поэтому даже при

слабой связи зонда с полем в линии можно использовать магнитоэлектрический микроамперметр.

С укорочением длины волны, как правило, мощность измерительных генераторов уменьшается. Так, в 3-см диапазоне мощность широко применяемых генераторных клистронов составляет уже десятки милливатт. Чувствительность магнитоэлектрических микроамперметров оказывается недостаточной, поэтому сигнал с детектора зондовой головки предварительно усиливается. Если сигнал генератора не модулирован, то необходимо использовать усилители постоянного тока. Это неудобно из-за дрейфа выходного тока усилителя. Поэтому на практике сигнал генератора модулируют с частотой повторения, лежащей в звуковом диапазоне. Вместо УПТ применяют специальные узкополосные измерительные усилители, настраиваемые на частоту первой гармоники модулирующего сигнала. Коэффициент усиления измерительных усилителей калибруется и в процессе работы может регулироваться. Выходное напряжение усилителей измеряют электронным вольтметром, встроенным в усилитель.

Выбор меандра в качестве модулирующего сигнала обусловлен тем, что в автогенераторах СВЧ частота колебаний сильно зависит от питающих напряжений. Поэтому при синусоидальном модулирующем напряжении одновременно с амплитудой будет изменяться и частота автоколебаний, т. е. появится недопустимая паразитная частотная модуляция. Если же модулирующее напряжение - меандр, то за время импульса частота генератора неизменна, а во время паузы генератор не работает. В этом случае паразитная частотная модуляция имеет место только на фронтах и спадах импульсов модулирующего напряжения.

Метрологические характеристики измерительной линии. Даже при полностью согласованной нагрузке из-за отражений от фланца или разъема, к которым присоединяют нагрузку, в линии возникает отраженная волна небольшой интенсивности. Режим в линии оценивают собственным КСВ Kcruc-

Обычно разъемы, используемые в коаксиальных линиях, имеют больший коэффициент отражения, чем фланцы волноводных линий. Поэтому собственный КСВ волноводных линий (/(ст(Ус= 1,02... ...1,05) меньше, чем коаксиальных (/(ст(Ус = 1,04...1,1).

Из-за неточностей изготовления устройства перемещения каретки связь зонда с линией непостоянна и возникает погрешность определения положения зонда вдоль линии. Непостоянство связи, характеризуемое нестабильностью коэффициента передачи для линий разных классов точности, лежит в пределах 0,7...3 %, а положение зонда определяют с погрешностью 0,03... 1 мм.

Зонд оказывает некоторое шунтирующее действие на линию, обычно его оценивают активной нормированной проводимостью Q3 = q3/W. Проводимость зонда лежит в пределах 1...7 %, причем она больше у линий сантиметрового и миллиметрового диапазона.