Все перечисленные параметры линии оценивают по их наибольшему значению и определяют при аттестации линии и при поверках.

Калибровка детектора измерительной линии. Амплитуда наведенного на зонде напряжения О пропорциональна амплитуде составляющей Е вектора электрической составляющей электромагнитного поля, направленной вдоль зонда: U - aE, где а - коэффициент, зависящий от связи зонда с полем в линии.

Ток детектора в общем случае связан с напряжением на зонде нелинейной зависимостью, которая обусловлена многими факторами. Поэтому при измерениях необходимо установить характер этой зависимости, что достигается калибровкой детектора. Методы калибровки основаны на том, что в короткозамкнутой измерительной линии без потерь амплитуда электромагнитного поля распределена по синусоидальному закону. Если связь зонда с полем в линии постоянна и зонд не оказывает заметного шунтирующего действия на линию, то

и = ип,5Щ1, (14.1)

где Um - амплитуда напряжения в его пучности; / - расстояние от узла, отсчитываемое в сторону генератора.

Калибровка детектора заключается в экспериментальном определении зависимости показания индикаторного прибора а(/). Эту зависимость сравнивают с синусоидальной. В практике измерений могут встретиться две задачи: определение пределов изменения тока детектора, в которых детекторная характеристика остается квадратичной, и построение характеристики детектирования. Последняя задача возникает в том случае, если в рабочем режиме характеристику детектирования нельзя удовлетворительно аппроксимировать квадратичной параболой.

При произвольной вольт-ам1)ерной характеристике диода приращение нулевой составляющей его тока, а следовательно и показание индикаторного прибора

а = Ьи\ (14.2)

где b - коэффициент, зависящий от входного напряжения. Подставляя (14.2) в (14.1), получаем

a = a™sin3M",

где a.m = bUm.

Прологарифмируем эту формулу

lga = lgam + nlgsinp/. (14.3)

Отсюда следует, что зависимость а от р/, построенная в логарифмическом масштабе, линейная с угловым коэффициентом п.

• 0,01 0,03 0.1 . аз 1

Рис. 14.4

Калибровка детектора заключается в построении зависимости Iga от Igp/ для возможного диапазона измерений а (рис. 14. 4, а). На этой зависимости можно выделить два участка п = 2 (квадратичное детектирование) и п=\ (линейное детектирование). Для удобства вычисления целесообразно выбрать такой режим, при котором значение п будет постоянным во всем диапазоне изменений тока. Линейный режим детектирования, как правило, можно реализовать лишь в дециметровом диапазоне волн при работе с генераторами мощностью в несколько ватт. Квадратичный режим обычен в сантиметровом диапазоне волн.

Если окажется, что детекторную характеристику невозможно удовлетворительно описать ни линейной, ни параболической зависимостью во всем диапазоне измерений, то ее следует построить. Для этого по экспериментальным данным строят зависимость а от sinp/, как показано на рис. 14.4, б. Здесь же показана прямая, характеризующая истинное распределение напряжения U в линии. Пусть в заданной точке линии, удаленной от узла на расстояние /i, значение напряжения равно U\. Этому значению соответствует отсчет а\. Точка с координатами Ll, а\ наносится на график (рис. 14.4, в). Произведя подобное построение для других значений а, получим характеристику детектирования.

14.3. ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ МИНИМУМА ПОЛЯ И ДЛИНЫ ВОЛНЫ

Измерения с помощью измерительной линии основаны на определении двух параметров: положения максимумов или минимумов поля и КСВ. Все остальные параметры получают расчетным путем.

Измерение длины волны по положению минимумов поля. Известно, что картина распределения амплитуды поля в длинной линии при произвольном полном сопротивлении нагрузки имеет периодическую структуру с периодом Хв/2. Если полное сопротив-

Рис. 14.5

ление нагрузки содержит активную составляющую, то амплитуда поля отлична от нуля в любой точке линии (рис. 14.5, а). При чисто реактивной нагрузке амплитуда поля в некоторых точках обращается в нуль (рис. 14.5, б). Задача определения длины волны влипни передачи сводится к измерению по шкале расстояния между соседними минимумами. Длину волны вычисляют по формуле

Xb = 2(/2-/i),

:i4.4)

где /i и /2 - положения двух соседних минимумов, найденные по шкале измерительной линии.

Погрешность измерения длины волны определяется погрешностями измерения положения минимумов, в которых преобладают случайные составляющие. Если считать, что эти составляющие имеют одинаковые СКО о; и независимы, то СКО длины волны ах = 2л[2о,.

Погрешность измерения положения минимума в основном обусловлена влиянием двух основных составляющих: погрешности отсчета положения зонда по шкале линии, а также погрешности определения положения экстремального уровня а. Первая составляющая зависит от конструкции линии, имеет случайный характер и распределена по равномерному закону, а ее предельное значение приводят в паспортных данных линии. Так, для линий первого класса она не превышает 5-10" от минимальной длины волны, а для линий второго класса - 10".

Для вычисления погрешности определения положения экстремального уровня найдем вторую производную от зависимости а{1) в точке минимума. Примем точку минимума за начало отсчета, тогда комплексная амплитуда напряжения вдоль линии

и = (/nexpj р/ - t/oexp ( - j р/),

(14.5)

где / - расстояние вдоль линии, отсчитываемое от точки минимума к генератору. Воспользовавшись формулой Эйлера, после преобразований получим (/= (/мин (cosp/-f j/crosinp/). Отсюда модуль напряжения

(/= (/„„к(С08 = р/+ /(oV/Sinp/) .