Файл: Терсин, В. Я. Радиоэлектроника и радиотехнические измерения учебник для школ техников ВМФ.pdf

ческих триодах, а на более высоких частотах применя­ ются отражательные клистроны.

Выходные цепи высокочастотных генераторов пред­ ставляют собой аттенюаторы. В метровом диапазоне применяются емкостные аттенюаторы, а в дециметровом

g ВнеиПГ о

рВнугр.

Моду$ 41ш

Рис. 20.6. Структурная схема высокочастотного генератора

и сантиметровом — предельные волноводные аттенюа­ торы. Генераторы частот выше 7 ГГц имеют волновод­ ный выход.

Выходное напряжение генераторов определяется кос­ венным методом по показанию вольтметра и коэффи­ циенту деления сигнала. У генераторов СВЧ вместо вольтметра используются измерители мощности.

Генераторы с импульсной модуляцией являются из­ мерительными генераторами сверхвысокой частоты и применяются при проверке и регулировке разверток ин­ дикаторных устройств, снятии частотных и фазовых ха­ рактеристик различных устройств СВЧ. В них колеба­ ния СВЧ генератора могут модулироваться видеоим­ пульсами различной формы. В качестве внутреннего источника модулирующего напряжения мо.гут быть муль­ тивибраторы или блокинг-генераторы. Для модуляции

тренних модулирующих сигналов, с тем чтобы исполь­ зовать их для синхронного запуска внешних устройств, например генератора развертки осциллографа. При этом обычно имеется возможность плавной задержки во времени выходных высокочастотных импульсов относи­ тельно синхронизирующих импульсов.

Г л а в а 21

ИЗМЕРЕНИЯ НА СВЧ

§ 1. Элементы измерительных схем СВЧ

Согласование линий передач при радиотехнических измерениях .на СВЧ необходимо для получения мини­ мального отражения энергии от нагрузки. Условием это­ го является, как известно, равенство полных сопротив­ лений нагрузки и линии передачи. Кроме того, согласо­ вание входного сопротивления линии передачи и выход­ ного сопротивления генератора СВЧ в известной мере определяет режим работы генератора (мощность, часто­ ту и их стабильность).

Для согласования сопротивлений и получения режи­ ма бегущей волны в передающих линиях, сочленениях цепей СВЧ с измерительными приборами применяются различные вспомогательные элементы. В целях унифи­ кации большая часть из них стандартизирована. Рас­ смотрим некоторые элементы измерительных схем СВЧ.

Делители мощности предназначены для разделения мощности СВЧ в заданном соотношении. При измере­ ниях они применяются для ослабления мощности, пере­ даваемой от генератора в линию, а также для питания различных устройств от одного источника высокой ча­ стоты. Простейшими из них являются разветвления ко­ аксиальных линий и волноводов с двумя и более ответ­ влениями с одинаковыми или различными коэффициен­ тами деления мощности.

На рис. 21.1, а показана схема постоянного делителя мощности для коаксиальных линий с двумя ответвле-

277

ниями. Так как они соединены параллельно, то их вол­ новые сопротивления определяются соотношением

Рис. 21.1. Схема постоянных делителей мощности

Отсюда следует, что при условии равного разделения мощности волновое сопротивление каждого ответвления должно быть 2 р. Если ответвления нагружены на согла­ сованные нагрузки, то ослабление, например в линии /,

Pi “Г Р2

мощности.

Для коаксиальных линий и волноводов широко при­ меняются Т-образные разветвления (тройники), в кото-

278

рШ взаимное расположение ответвлений выполнено под углом 90° (рис. 21.1,6).

Согласованные поглощающие нагрузки (оконечные нагрузки или эквиваленты антенн) включаются на кон­ це СВЧ тракта и служат для поглощения без отражения и излучения в пространство передаваемой мощности. Они применяются в качестве эквивалентов антенн, на­ грузок вспомогательных линий в направленных ответ­ вителях, при определении параметров цепей с распреде­ ленными постоянными.

Поглощающие нагрузки конструктивно выполняются в виде короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии или волновода, внутри которого установлено поглощаю­ щее сопротивление из материала с большими потерями на СВЧ. Поглощаемая мощность рассеивается на них в виде тепла. Для согласования с линией поглощающие сопротивления со стороны входа имеют форму усечен-, ного цилиндра или конуса. Согласованные нагрузки ха­ рактеризуются диапазоном частот, КСВ и допустимой величиной мощности.

Аттенюаторы (ослабители) служат для ослабления и регулировки уровня мощности в СВЧ трактах, а также используются в качестве развязывающих элементов меж­ ду нагрузкой и генератором. Примеры использования аттенюаторов нами рассматривались в предыдущих гла­ вах. По принципу действия они бывают поглощающие, предельные и вентильные■(ферритовые). Степень ослаб­ ления мощности аттенюатором характеризуется ослаблег нием (затуханием) и коэффициентом стоячей волны по напряжению. Ослаблением называется отношение мощ­

ности на входе к мощности на выходе аттенюатора, вы-

р

раженное в децибелах: C=101g-pJi2L. Соотношение между *вык

ослаблением в децибелах и делениями шкалы обычно определяется по прилагаемому к аттенюатору графику.

Принцип поглощения аттенюаторов основан на явле­ нии затухания электромагнитных волн в материалах с большим коэффициентом поглощения. Волноводный ат­ тенюатор (рис. 21.2,а) состоит из отрезка волновода, в котором параллельно силовым линиям электрического поля расположена пластина из диэлектрика, покрытого поглощающим слоем (тонкий слой углерода или метал­ лическая пленка). Форма пластинки делается такой,

279

чтобы отраженная от нее энергия была минимальной и обеспечивалось согласование с обоих концов аттенюа­ тора. При передаче мощности часть энергии затрачи­ вается на образование в поглощающем слое тока, разо­ гревающего слой. Степень поглощения зависит от места

в

Рис. 21.2. Аттенюаторы

расположения пластины, укрепленной на тонком диэлек­ трическом стержне. С помощью механизма перемещения стержня пластинка перемещается от центра волновода к его узкой стенке, при этом затухание плавно умень­ шается. С ручкой перемещения связана стрелка шкалы

(Д5-1, Д5-2).

Аттенюаторы Д5-5 и Д5-6 выполнены с вращающей­ ся поглощающей пластиной, помещенной в специальную секцию круглого волновода (рис.' 21.2, б). Действие их основано на повороте плоскости поляризации волны в

2 3 0

волноводе посредством изменения угла наклона погло­ щающей пластинки.

Действие предельного аттенюатора (рис. 21.2, в) основано на использовании явления затухания волны в волноводе, размеры которого меньше критической дли­ ны волны. Известно, что электромагнитная волна рас­ пространяется в волноводе при Х<Якр. Следовательно, участок волновода с размерами меньше критического обеспечивает затухание, обусловленное отражением волн. Подбором длины аттенюатора можно добиться взаимной компенсации отражений волн от начала и конца аттенюаторного участка. Характерной особенно­ стью предельного аттенюатора является его широкий

Широкое распространение в измерительной технике находят ферритовые аттенюаторы с электрической ре­ гулировкой ослабления. Принцип работы их основан на свойствах ферритов изменять поглощение электромаг­ нитных волн в зависимости от величины внешнего маг­ нитного поля. В отличие от других типов ферритовые аттенюаторы обладают направленными свойствами: про­ пускают энергию с очень малым затуханием (до 1 дБ) в прямом направлении и представляют большое затуха­ ние (более 20 дБ) для энергии, распространяющейся в обратном направлении. Благодаря этому достигается развязка генератора СВЧ от влияния* нагрузки без за­ метных потерь мощности.

Направленные ответвители служат для направлен­ ного ответвления части мощности колебаний СВЧ, рас­ пространяющихся по тракту. Они обладают способно­ стью реагировать на волну только одного направле­ ния— падающую или отраженную в зависимости от способа включения и при этом не вносят рассогласова­ ния в линию. Направленные ответвители применяются для связи генераторов СВЧ и линий с измерительной аппаратурой.

Направленный ответвитель состоит из двух отрезков волновода (основного и вспомогательного), электриче­ ски связанных между собой щелевыми элементами свя­ зи в общей стенке волноводов (рис. 21.3). Основной волновод включается последовательно в линию переда­

281