3.3 Метод измерения коэффициента отражения
Задача измерения больших коэффициентов отражения актуальна при определении параметров короткозамкнутых нагрузок в волноводных трактах. Особенностью подобных измерений является большой динамический диапазон измеряемых величин, что затрудняет использование методов, связанных с применением измерительной линии ввиду сложности процедуры обеспечения квадратичности характеристики детектора в требуемом диапазоне. В настоящей работе теоретически и экспериментально обоснована методика измерения больших коэффициентов отражения на основе применения кольцевого резонатора бегущей волны.
При широкодиапазонном возбуждении такого резонатора генератором качающейся частоты наблюдается чередование максимумов и минимумов амплитуды СВЧ-поля, как функция частоты возбуждения. Нетрудно показать, что соответствующие значения амплитуд определяются собственным затуханием линии α. Действительно, амплитуда в максимуме поля определяется, как результат интерференции волн, которые совершили целое число “оборотов” в кольцевой системе.
Е=
Так-как в максимуме поля j= 2kp. А в минимуме j= (2k+1)p/2, то
Емакс= Е0(1-e-α)-1
Емин= Е0(1+e-α)-
1
Если внести в кольцевую систему короткозамкнутую нагрузку, то её можно рассматривать, как отрезок короткозамкнутой линии, в которой установится режим стоячей волны в полном соответствии с рассмотренным во второй главе материалом. Тогда амплитуда поля в максимумах и минимумах аналогично рассмотренному выше для режима бегущих волн с учетом коэффициента отражения от обоих поверхностей представима в виде:
Емакс= Е0(1-Гe-α)-1,
Емин= Е0(1+Гe-α)-1.
Очевидно, что, исключив из уравнений параметры собственного затухания линии, можно определить модуль коэффициент отражения нагрузки Г.
3.4 Реактивная нагрузка в линии
Известно, что внедрение диафрагмы в волновод эквивалентно включению в состав тракта реактивной нагрузки, характер которой определяется ориентацией диафрагмы относительно широкой стенки волновода. Данное обстоятельство позволяет судить о перспективности внедрения отражающей плоскости в кольцевой резонатор бегущей волны с целью его настройки – изменения. На рисунеке приведены осциллограммы частотной зависимости амплитуды поля при введении в зазор кольцевой системы диафрагмы ножевого типа.
Рисунок 3.5 Осциллограмма частотной зависимости амплитуды поля
Более высокие максимумы соответствуют режиму бегущей волны (а), низкие – дополнительные максимумы (б и в), возникающие при введении диафрагмы. Смещение начальных максимумов имеет место, однако составляет незначительную величину, в то время, как смещение побочных максимумов весьма значительно. На рисунке - б представлен случай введения диафрагмы параллельно широкой стенке, а на рисунке в – для случая введения диафрагмы параллельно узкой стенке. Очевидно, что в первом случае частота резонанса сдвигается в сторону низких частот, которые на осциллограмме слева, а во втором – в сторону высоких частот. При полном введении диафрагмы количество максимумов удваивается, и положения обоих добавочных максимумов совпадают. Таким образом, оказывается возможной настройка резонатора бегущей волны на любую частоту. Возможно также введение в волноводное кольцо диафрагмы, ножевая поверхность которой ориентирована перпендикулярно диагонали сечения волновода. В этом случае сопротивление носит чисто активный характер и влияет только на добротность резонатора.
Отмеченное свойство диафрагмы в кольцевой системе позволяет судить о возможности её применения не только для настройки резонатора, но и для целей согласования. Она может быть использована в качестве трансформатора сопротивления в волноводном тракте, в том числе – и в случае реактивной нагрузки для компенсации индуктивной либо емкостной составляющей. На представленных ниже зависимостях видно, что смещение начального максимума пренебрежимо мало и не превышает 5 МГц на основной частоте 7 ГГц.
3.5 Проверка аппаратной функции
При проведении измерений на установке данного типа появилась возможность определения зависимости и проверки аппаратной функции прибора измерения (Генератор качающейся частоты и индикатор КСВН и ослабления) в режиме бегущих волн. Аппаратная функция это закон по которому проходит измерение и изменение каких- либо параметров на конкретной установке, т. е. в нашем случае функция отклика системы на внешнее воздействие.
Для проведения эксперимента в нашу установку, в одно из плеч волноводноготракта был внедрен атенюатор поляризационного типа. Который осуществлял ослабление сигнала СВЧ . Измерения проводились на двух частотах: F1 = 8.355 Гц и F2 = 7.848 Гц. На установке регистрировались значения минимумов αmin(A) и максимумов αmax(A) при введении ослабления от 0 дБ до 10 дБ . Данные измерений приведены в таблице №1 и №2. Далее по этим измерениям были построены графики зависимости относительной величина Ат (отн.ед.) от ослабления аттенюатора A (дБ) в интервалах [0;1] и [0;10]. В ходе анализа графиков выяснилось, что с учетом погрешностей измерения и потерь, наблюдаемая нами зависимость практически линейна. Следовательно и линейна аппаратная функция установки .
A (дБ) – показания ослабления аттенюатора .
αmax(A) – положение максимума при заданной величине ослаблении.
αmin(A) – положение минимума при заданной величине ослаблении.
Ат (отн.ед.) – теоритическое значение величины ослабления.
Таблица данных №1.
F1 = 8.355 Гц
|
A (дБ) |
Ат (отн.ед.) |
αmax(A) |
αmin(A) |
|
0 |
0,489 |
5,10 |
1,225 |
|
1 |
1,052 |
2,50 |
1,210 |
|
2 |
1,479 |
1,90 |
1,195 |
|
3 |
1,876 |
1,60 |
1,175 |
|
4 |
2,057 |
1,50 |
1,160 |
|
5 |
2,645 |
1,32 |
1,145 |
|
6 |
3,206 |
1,22 |
1,125 |
|
7 |
3,358 |
1,19 |
1,110 |
|
8 |
3,637 |
1,17 |
1,110 |
|
9 |
3,709 |
1,15 |
1,095 |
|
10 |
4,016 |
1,13 |
1,090 |
Таблица данных.
F2 = 7.848 Гц
Таблица данных №2.
F1 = 7,848 Гц
|
A (дБ) |
Ат (отн.ед.) |
αmax(A) |
αmin(A) |
|
0 |
1,396 |
1,840 |
1,110 |
|
1 |
1,840 |
1,515 |
1,100 |
|
2 |
2,260 |
1,350 |
1,095 |
|
3 |
2,573 |
1,270 |
1,090 |
|
4 |
2,868 |
1,210 |
1,080 |
|
5 |
3,218 |
1,170 |
1,080 |
|
6 |
3,376 |
1,135 |
1,060 |
|
7 |
3,770 |
1,110 |
1,060 |
|
8 |
4,272 |
1,090 |
1,060 |
|
9 |
4,672 |
1,080 |
1,060 |
|
10 |
4,663 |
1,070 |
1,050 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
