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

чи, и через него проходит вся мощность. Вспомогатель­ ный волновод посредством элементов связи отводит из основной линии небольшую часть передаваемой по трак­ ту мощности.

Фазовращатели изменяют электрическую длину ли­ нии. Они служат для изменения фазы колебаний, посту­ пающих от генератора СВЧ, а также применяются при измерениях сдвига фаз, КСВ, степени затягивания ча­ стоты генераторов, снятия нагрузочных характеристик и других измерениях на СВЧ.

Ниндикат ору мощности

Птгенерато­

ра CB4~*~

Рис. 21.3. Схема однонаправленного волноводного ответвителя

Регулировка фазы колебаний может осуществляться за счет изменения длины линии передачи, так как фазо­

вый сдвиг определяется ф= 2 т:— , где I — длина отрезка

передающей линии. Этот способ применяется обычно в коаксиальных фазовращателях.

В волноводном тракте регулировка фазы колебаний осуществляется за счет изменений скорости распростра­ нения электромагнитной волны путем изменения крити­ ческой длины волны (изменением геометрических раз­ меров волновода) или за счет изменения диэлектриче­ ской или магнитной проницаемости среды (диэлектриче­ ские и ферритовые фазовращатели).

Диэлектрические фазовращатели изменяют фазу ко­ лебаний перемещением внутри волновода диэлектриче­ ской пластины из полистирола (подобно аттенюатору).

В ферритовом фазовращателе величина фазового сдвига зависит от намагниченности феррита, определяе­ мой напряженностью внешнего магнитного поля. Маг­

282

ш ение ам пли туд отр аж ен н ой и0 и п а даю щ ей мп волн,

В общем случае коэффициент отражения представ­ ляет собой комплексную величину, характеризующуюся модулем р и фазовым углом 0, т. е. углом сдвига фаз между отраженной и падающей волнами напряжения в конце линии:

Модуль коэффициента отражения связан с КСВ и определяется по формуле

(КСВ) — 1 Р ~ (КСВ) + 1 '

а фазовый угол — через расстояние / от конца линии до первого минимуманапряжения:

Полное сопротивление нагрузки может быть опреде­ лено по формуле

■7 (КСВ) — 0,57 [(КСВ)2 — 1] sin 20

Р(КСВ)2 sin2 0 + cos2 0

Для измерения КСВ, полных сопротивлений, длины волны и других измерений в линиях СВЧ служат изме­ рительные линии. Они широко применяются при изме­ рении входных сопротивлений антенн, приемников, при согласовании и регулировке высокочастотных трактов и т. п.

На дециметровых волнах измерительная линия мо­ жет быть коаксиальной, на сантиметровых — волновод­ ной. Принцип работы их одинаков. Основными парамет­ рами измерительной линии являются частотный диапа­ зон, волновое сопротивление и собственный КСВ. На

284

щийся элементом связи отрезка линии передачи энергии с резонансной линией детекторной головки. Степень связи должна быть такой, чтобы резонансная линия го-

I

Цетектор

Усилитель ~{и^

Рис. 21.5. Коаксиальная измерительная линия

ловки практически не влияла на электрический режим линии передачи энергии. С резонансной линией, настраи­ ваемой плунжером 3, связан детектор с чувствительным прибором магнитоэлектрической системы. Если генера­ тор СВЧ работает импульсно-модулированными колеба­ ниями, то напряжение с детектора подается на усили­ тель и затем уже на индикатор. С помощью каретки 4 детекторная головка с зондом может плавно переме­ щаться вдоль щели и фиксировать относительную на­ пряженность поля. Расстояние перемещения зонда от­ мечается по масштабной линейке. Для согласования зонда с линией применяется плунжер 5. Примером та­ кой линии промышленного типа является измерительная линия Р1-6А (А,= 10н-60 см, КСВ = 1,04). У волноводных измерительных линий колебательной цепью служит

285

объемный резонатор в виде отрезка волновода, настраи­ ваемый поршнями. Степень связи измерительной голов­ ки с линией выбирается оптимальной путем изменения глубины погружения зонда.

Таким образом, с помощью измерительной линии по показаниям измерителя определяются umax и ит щ поля вдоль линии и 1 = 12—h по шкале перемещения каретки, а также количество пучностей напряженности поля, при­ ходящееся на длину линии.

Используя вышеуказанные формулы, рассчитывают КСВ и р. По количеству пучностей вдоль длины линии

использовании линейного детектора. Если в измеритель­ ной головке используется квадратичный детектор, то

ксв=- “ max (а — показания измерительного прибора).

В связи со сложностью расчета формулы для полно­ го сопротивления линии значение Z определяют по круговой диаграмме, показанной на рис. 21.6 (диаграм­ ма Вольперта).

Известно, что Z = R +jX, где R и X — активная и ре­ активная составляющие полного сопротивления, или

±= A + J JL'

рр р

Действительная и мнимая части этого уравнения со­ ответствуют уравнениям окружностей в координатах КСВ и 0. Круговая диаграмма представляет собой два семейства ортогональных окружностей для различных значений этих величин. Зная КСВ и 0, по диаграмме

R X п

легко наити— и — . Для этого подвижную прозрачную

-линейку, закрепленную в центре диаграммы, устанавли­ вают на рассчитанное значение 0 = т / и по шкале КСВ на линейке отмечают точку А, соответствующую изме­ ренному КСВ. Координаты этой точки по вертикально-

R

му радиусу есть ■—-, а по окружности — соответственно

х

-у-. В обратном порядке решается задача определения КСВ или КБВ при известных значениях R и X.

286

Точность измерения КСВ с помощью измерительной линии составляет 3—5%, а полных сопротивлений —

5-10% .

Рис. 21.6. Круговая диаграмма

§ 3. Измерение мощности

Измерения мощности в цепях переменного тока низ­ ких и высоких частот используются редко, так как про­ ще измерить напряжение, ток и сопротивление и косвен­ ным путем определить мощность.

В диапазоне СВЧ мощность достаточно полно харак­ теризует работу генераторов, антенн, приемников, пере-

287

дающих и.приемных трактов и т. д. Поэтому измерение мощности является одним из основных измерений, тем более что понятия о напряжении и силе тока на СВЧ являются неопределенными. Измерение же электриче­ ских и магнитных полей представляет большие труд­ ности.

Действительно, в коаксиальных линиях между лю­ быми точками внутреннего и внешнего проводников напряжение и ток не меняются. Поэтому отношение на­ пряжения и тока вдоль коаксиальной линии является по­ стоянной величиной, называемой волновым сопротивле­ нием.. В волноводах же в поперечном сечении устанав­ ливаются стоячие волны тока и напряжения. Поэтому отношение напряжения к току в различных точках по­ перечного сечения волновода и для различных типов волн различно, а следовательно, и понятие волнового сопротивления для волноводов в значительной мере неопределенно.

В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн методы измерения мощности основаны на превращении энергии электрических колебаний в энергию другого вида, удобную для измерения. Наибольшее применение

Калориметрический метод основан на преобразова­ нии энергии СВЧ, поглощаемой согласованной нагруз­ кой, в тепловую. О величине мощности судят по изме­ нению температуры нагрузки.

Метод измерения проводимости терморезисторов яв­ ляется основным для измерения малых мощностей. В качестве терморезисторов применяются термисторы и болометры. О величине мощности судят по изменению проводимости терморезисторов при поглощении ими мощности СВЧ.

Для определения мощности генератора используются ваттметры поглощаемой мощности, преобразователи ко­ торых служат оконечной нагрузкой тракта.

Для измерения мощности, поступающей в нагрузку (антенну или эквивалент), применяются ваттметры про­ ходящей мощности, которые потребляют незначитель­ ную часть мощности генератора. Они подключаются к передающему тракту через направленный ответвитель. На рис. 21.7 показаны способы включения ваттметров.

288