Измерители полных сопротивлений

 

Измерители Z также используют данные анализа поля, образующегося в результате интерференции волн, падающих на ДП и отраженных от него. Однако отличие от ИЛ измерители Z являются специализированными приборам. Разработка их была вызвана стремлением повысить точность измерения Z и ав томатизировать процесс измерения. Длительное время они конкурировали по этим показателям с измерителями S-параметров ЧП. В настоящее время функциональные возможности измерителей S-параметров зачастую позволяют отказаться разработки измерителей Z. Применение их целесообразно лишь в ВЧ диапазоне, где принципиальное значение имеют габариты и вес ВЧ узлов измерителей. Современные измерители Z базируются на поляризационном методе, который peaлизуется с помощью измерительного моста в виде коаксиального тройника, показанного на рис. 11.6.

Как видно из рис. 11.6, мост с распределенными постоянными содержит элементы классической МИЦ (см. рис. 10.10). Функции образцового ДП выполняет переменный конденсатор Со, емкость которого устанавливается на каждой частоте такой, чтобы 0.5/pfC₀=W. Индикаторная диагональ моста представляет собой круглый запредельный волновод, возбуждаемый через

 

поляризационный решетчатый фильтр 1. Благодаря этому в волноводе возникает волна Н₁₁, затухающая по экспоненциальному закону по мере удаления от центра тройника. В поле этой волны размещается петля связи 2, нагруженная на детектор 3. Она может поворачиваться на 360⁰.

Волны, падающие и отраженные от Z и С₀, образуют в результате интерференции в области разветвления тройника сложное электромагнитное поле. Если, например, Z=W, то это поле определяется волной, падающей от ИГ, и волной, отраженной от Со. Так как эти волны сдвинуты в пространстве и во времени на p/2 (за счет геометрии тройника и С₀), то результирующее поле в области разветвления оказывается поляризованным по кругу, и проекция вектора его на любое направление будет постоянна. Это означает, что показания индикатора, измеряющего напряжение детектора U_д, постоянны при вращении петли связи, т. е. K_c=1 и Z=W. В другом крайнем случае, когда Z является чисто реактивным, результирующее поле будет линейно-поляризованным, причем плоскость поляризации его зависит от характера реактивности.

В общем случае результирующее поле имеет эллиптическую поляризацию. Отношение осей эллипса равно значению Кс, а пространственное положение эллипса определяется значением j. Вращая петлю связи и фиксируя a_мах и a_имн, можно по формуле (11.11) определить измеряемое значение Ко. При больших К_с также можно использовать методику, поясняемую рис. 11.5. Угол пово­рота петли q пропорционален j/2. Для устранения неоднозначности первона­чально фиксируют значение q _1t соответствующее a_мин при разомкнутом нагрузочном плече (j=0), затем подключают ДП и вновь фиксируют значение q₂. соответствующее a_мин. В этом случае

 

j=2(q₂-q₁). (11.12)

Измерив значения Кс и ф, можно далее определить по формулам (11.12) или с помощью диаграммы Вольперта составляющие Z ДП.

 

ИЗМЕРЕНИЕ Л -ПАРАМЕТРОВ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ

 

Среди приборов вида Р4 необходимо выделить измерители S - параметров взаимных и невзаимных ЧП. Кроме того, как отмечалось в § 11.2, к измерителям S-параметров необходимо отнести приборы вида Р2, с которых мы и начнем рассмотрение этих вопросов.

 

ИЗМЕРИТЕЛИ КСВ И ОСЛАБЛЕНИЯ

Принцип работы измерителей КСВ и ослабления основан на выделении волн — падающей и отраженной от объекта измерения измерения, а также прошедшей через ЧП. Измеряется отношение сигналов, пропорциональных напряжению (мощности) этих волн. По определениям (11.1), (11.5) и (11.8) результаты таких измерений суть значения К_с или S₂₁₍₁₂₎. Рассмотрим методики измерения КCB и ослабления, а затем остановимся на принципах автоматизации этих измерений.

Измерение КСВ

Так как при измерении КСВ выделяются падающая и отражен­ная волны, измерители КСВ, базирующиеся на этом принципе, по­ручили название рефлектометров. Проще всего падающую и отраженную волны можно выделить с помощью НО. Однако в диапазоне ВЧ габариты. НО могут оказаться чрезмерно большими. В таких случаях применяют измерительные мосты с использованием в качестве образцового ДП согласованной нагрузки. Функции индикаторной части рефлектометра могут выполнять измерительные усилители (по аналогии с ИЛ) или ИО. Соответствующие структурные схемы рефлектометров приведены на рис. 11.7.

Как видно из рис. 11.7, а, поочередное подключение И к выходим детектора Д1 во вторичном канале НО1, выделяющего Р_пад, и детектора Д2, реагирующего с помощью НО2 на Р_0тр, позволяет заф иксировать показания a_пад и a_отр, пропорциональные при квадратичных характеристиках детекторов Р_пад и Р_отр. Тогда по определеию (11.1)

 

Г=Ö(a_отр/a_пад).

Если при калибровке рефлектометра значение Р_пад устанавливать, таким, чтобы a_пад соответствовало условной единице, то тогда Г = Öa_отр, и шкала И может быть проградуирована в значении Г и К_с. Операция калибровки может отсутствовать, если в качестве И воспользоваться ИО (рис. 11.7, б), автоматизирующим процесс измерения a_отр/a_пад. В этом случае выход Д2 должен быть подключён ко входу делимого ИО, а выход Д1 — ко входу делителя (см. § 3.5.5).

Параметры и технические требования к рефлектометрам регламентируются ГОСТ 16423—78. Они в основном определяются характеристиками НО и детекторных головок.

 

Измерение ослабления

Простая трансформация измерительного тракта рефлектометра превращает его в измеритель ослабления ЧП. Как видно рис. 11.8, НО2 переориентируется и включается на выходе ЧП, выделяя, таким образом, волну, прошедшую через ЧП (Р_пр). Тракт нагружается на согласованную нагрузку. В соответствии с определениями (11.6) выходные напряжения Д1 (a_пад) и Д2 (a_пр) позволяют теперь рассчитать

 

S₂₁₍₁₂₎10lg(a_пр/a_пад).

Таким образом, все приборы вида Р2 фактически являются измерителями КСВ и ослабления. Соответственно действие ГОСТ 16423—78 распространяется на режим измерения S₂₁₍₁₂₎.

Предел измерения ослабления ЧП ограничивается квадратичным участком характеристик Д1 и Д2 (S₂₁₍₁₂₎<= - 50 дБ) и в ряде случаев оказывается недостаточным. Это устраняется в специализированных измерителях ослабления ЧП, которые, как уже отмечалось, относятся к виду Д1.

Приборы вида Д1 с помощью образцового аттенюатора реализуют метод замещения на ВЧ и СВЧ. Как видно из рис. 11.9, изме­ряя ослабление образцового аттенюатора при включении и выключении ЧП таким образом, чтобы показания И оставались постоянными, можно определить значение S₂₁₍₁₂₎ как разность отсчетов по его шкале. Если ЧП сам является переменным аттенюатром, то выключать его из измерительного тракта нет необходимости.

Если ЧП сам является переменным аттенюатором, то выключать его из измерительного тракта нет необходимости. Увеличивая, например, его ослабление и соответственно уменьшая осла­бление образцового аттенюатора, можно обеспечить постоянство показаний И, проградуировав аттенюатор во всех характерных точках шкалы.

Рассмотренная методика измерения исключает влияние неквадратичности характеристики Д на диапазон и погрешность измерения S₂₁₍₁₂₎. Это позволяет расширить предел измерения S₂₁₍₁₂₎ до – (100…140) дБ.