Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



образные гибридные соединения, такие как Е-Н-тройники, двойные Т-мосты, трехдеци-бельные направленные ответвители, соединения турникетного типа и кольцевые схемы. Симметричное гибридное соединение (рис. 8.21, в) особенно удобно, поскольку позволяет легко связать друг с другом секции со скользящими короткозамыкателями в волноводах, имеющих параллельные оси.

Сигнал, поступающий в плечо 1, делится поровну между плечами 2 к 3, причем свойства данного соединения таковы, что составляющие на выходе этих плеч оказываются в квадратуре. Они проходят одинаковые пути и отражаются от двух короткозамыкате-лей. Сигнал, отраженный от каждого короткозамыкателя, делится поровну между плечами 1 к 4, в результате чего в этих плечах появляются по две составляющие. На вько-де плеча 1 они взаимно компенсируются, а в плече 4 складываются. Поэтому отраженный сигнал возникает только на выходе плеча 4.

Погрещности в этом случае обусловлены наложением остаточных отражений от фазовращателя и системы, к которой он подключен, погрещностью измерения перемещения замыкателя и нестабильностью СВЧ сигнала. Предельная погрещность фазовращателя с таким гибридным соединением лежит в интервале +(0,25-3)°.

Вносимые потери составляют примерно от 6 до 20 дБ при использовании направленного ответвителя, 1 дБ с циркулятором и 0,1 дБ при использовании гибридного соединения.

Фазовращатели отражательного типа можно изготовить в коаксиальном и волноводном вариантах. Максимальный фазовый сдвиг определяется длиной волны в волноводе и перемещением короткозамыкателя. На частоте 1 ГГц фазовый сдвиг, равный 360°, обеспечивается отрезком коаксиальной линии при перемещении короткозамыкателя на 15 см. Тот же сдвиг на частоте 10 ГГц можно получить при перемещении короткозамыкателя на 1,5 см.

Принцип действия фазовращателей на линии переменной длины основан на изменении длины волновода на такое значение, которое приводит к изменению электрической длины тракта. Это осуществляется путем перемещения относительно друг друга двух отрезков линии передачи с несколько различающимися размерами (рис 8.22).

В фазовращателе телескопического типа (рис. 8.22, о) изменение электрической длины пропорционально перемещению подвижной части, тогда как в устройстве тромбонного

Вход

Выход

Вход

Вход

Выход

Выход

A(p=360AL/Ag

Рис. 8.22. Фазовращатели на линии переменной длины: а - телескопического типа; 6 - тромбонного типа; в - в виде волноводной измерительной линии

типа (рис. 8.22,6) оно пропорционально удвоенному перемещению подвижной части. Это означает, что при одной и той же длине волны в обоих устройствах для получения одинакового фазового сдвига перемещение фазовращателя телескопического типа должно быть в 2 раза больше перемещения фазовращателя тромбонного типа. Но при заданной погрешности измерения перемещения фазовая погрешность фазовращателя тромбонного типа в 2 раза превышает погрешность фазовращателя телескопического типа. Однако из-за удобства установки и эксплуатации чаще пользуются фазовращателями тромбонного типа.

Удлинительный фазовращатель целесообразно применять только в тех случаях, когда он способен обеспечить фазовый сдвиг не менее 180°. Таким образом, максимальное изменение длины удлинителя обычно определяет нижнюю границу рабочих частот. Например, для телескопического удлинителя из коаксиальной линии с максимальным изменением длины на 15 см нижняя рабочая частота равнялась бы 1 ГГц. Работа такого устройства могла бы осуществляться и на более низких частотах, но обеспечиваемый им фазовый сдвиг был бы менее 180°. Для удлинителей из прямоугольных волноводов практический предел на нижней частоте совпадает с предельной частотой волновода.

Верхняя предельная частота линии переменной длины совпадает с частотой, на которой происходит ухудшение рабочих характеристик вследствие отражений, влияние которых с увеличением частоты растет. Эти отражения возникают из-за неизбежных неод-нородностей, имеющих место в тех точках



телесжопического удлинителя, где одна труба переходит в другую с несколько меньшим диаметром. Влияние неоднородностей пытаются скомпенсировать, но с повьппением частоты компенсация становится неэффек-, тивной. Для удлинителей из прямоугольных волноводов практическим пределом верхней частоты может быть максимально допустимая частота, при которой высшие типы колебаний в нем не возбуждаются.

Кроме необходимости компенсировать влияние неизбежных неоднородностей, имеется ряд других требований, которые следует учитывать при создании фазовращателя: 1) импеданс линии при изменении длины необходимо сохранять постоянным, даже если размеры подвижной и неподвижной частей удлинителя будут различны; 2) уменьшать шумы и изменение импеданса из-за влияния скользящих контактов или перехода между подвижной и неподвижной частями удлинителя; 3) утечку в месте сочленения подвижной и неподвижной частей удлинителя необходимо свести к минимуму; 4) волновод, из которого изготовлен удлинитель, должен иметь постоянные размеры.

Погрешности фазовращателей на линии переменной длины лежат в пределах ±(0,1 - 1)° для диапазона частот от 1 до 12,4 ГГц, причем с увеличением частоты погрешность возрастает. Источниками погрешности являются: погрешность рассогласования, погрешность измерения перемещения и частотная нестабильность СВЧ сигнала. Вносимые потери не превышают 0,5 дБ.

Еще одна конструкция фазовращателя на линии переменной длины в виде волно-водной измерительной линии показана на рис. 8.22,6. Фазовый сдвиг Дф достигается за счет изменения местоположения ДО зонда. Погрешность измерения фазового сдвига зависит от степени согласования нагрузки. Например, при КСВН 1,1 погрешность фазового сдвига составляет + 2,5 °, а при КСВН 1,5 она возрастает до +12°.

В диэлектрических фазовращателях фазовый сдвиг достигается при введении пластинки из диэлектрика внутрь волновода. Переменный аттенюатор пластинчатого типа можно преобразовать в фазовращатель, заменив поглощающую пластину пластиной из диэлектрика (стекла или полистирола). Фазовращатель (рис. 8.23, о) обеспечивает максимальный фазовый сдвиг до 90° при точности повторного воспроизведения, лежащей в пределах от нескольких десятых долей градуса до 3°. Однако эти фазовращатели не обеспечивают непосредственного отсчета и должны калиброваться на каждой рабочей


Рис. 8.23. Диэлектрические фазовращатели: а - диэлектрическая пластина в прямоугольном волноводе; б - вращающаяся пластрша в круглом волноводе

частоте, поскольку их характеристики не поддаются точному расчету.

В фазовращателе с вращающейся пластиной (рис. 8.23,6) фазовый сдвиг достигается за счет изменения углового положения диэлектрической пластины в круглом волноводе на волне типа ТЕц с круговой поляризацией. В фазовращателе подобного типа фазовый сдвиг почти не зависит от частоты, и поэтому шкалу фазовращателя можно проградуировать в градусах и использовать на любой частоте, допустимой для волновода данных размеров. Фазовращатели с вращающей пластиной работают на частотах от 5 до НО ГГц с погрешностью + (2-5)° в зависимости от размеров волновода и рабочей частоты. Если непрерывно вращать пластину, то можно получить неограниченный фазовый сдвиг. Вносимые потери не превышают 1-2 дБ на любой частоте и при любом положении диэлектрической пластины. Для согласования со стандартными фланцами прямоугольных волноводов они могут изготовляться со стандартными прямоугольными переходами.

Из электрически управляемых фазовращателей наибольшее распространение получили ферритовые фазовращатели. В таких фазовращателях феррит помещается в однородное магнитное поле внутри волновода и имеет устройство для управления интенсивностью этого поля. Максимальный фазовый сдвиг, обеспечиваемый ферритовым фазовращателем, на частоте 10 ГГц составляет 500°. Однако чувствительность к изменению температуры ограничивает их применение в прецизионных измерениях.

Известны и другие типы электрически управляемых фазовращателей, подобных тем, в которых используются варакторы с трехдецибельными гибридными соединениями, направленными ответвителями или циркуляторами.

Методы измерения фазы на СВЧ. Методы измерения сдвига фаз на СВЧ отличаются от методов, используемых на низких



Исследуемый четырехполюсник

Источник

Делитель

сигнала

мощности

Измеритель сдвига фаз и уровня сигнала

. i-

Рис. 8.24. Упрощенная структурная схема прибора для измерения ослабления и электрической

длины

частотах, в основном своей элементной базой и конструкцией фазовращателей. На СВЧ фазовый сдвиг определяется как приращение фазы электрической величины на выходе четырехполюсника, ползаемой в результате измерения его характеристик.

Измерение разности фаз сигналов на СВЧ предполагает, что источник сигнала (измеряемая величина) находится в исследуемом объекте. К числу таких объектов относятся: четырехполюсники, фильтры, усилители, аттенюаторы, у которых, кроме измерения разности фаз, необходимо измерять и другие характеристики (КСВН, S-napa-метры, затухание, групповое время запаздывания). Поэтому принято разрабатывать приборы, позволяющие весь комплекс параметров электрических цепей измерять одним агрегатированным комплектом аппаратуры. Такая постановка работ при большой общности технического исполнения приборов и методики их применения при эксплуатации позволяет обеспечить измерение параметров цепей оптимальной номенклатурой приборов с большим количеством общих схемных элементов, сложных узлов и блоков. При этом удается достаточно эффективно решать вопросы автоматизации измерений

Измерение ослабления и электрической длины или ее изменения в четьфехполюснике предполагает использование источника сигнала, делителя мощности и измерителя разности фаз и уровня сигналов (рис. 8.24).

К измерителям параметров четырехполюсников предъявляются следующие требования:

прибор должен работать в необходимом диапазоне частот и обеспечивать автоматическую регулировку или подстройку частоты;

изменение модуля коэффициента переда-

чи не должно влиять на погрешность измерения фазы;

для работы с входными трактами приемников прибор должен иметь высокую чувствительность.

Структурная схема автоматического измерителя параметров цепей изображена на рис. 8.25. Особенностью схемы является использование свип-генератора, линии переменной длины, используемой в качестве фазовращателя для компенсации электрической длины исследуемого четырехполюсника при определении нелинейной части его фазоча-стотной характеристики. Кроме того, линия переменной длины необходима для проверки работоспособности прибора и его калибровки.

Для измерения параметров двухполюсников (Z или 5ц, 52 четырехполюсников) в схему на рис. 8.25 включаются балансный мост и направленный ответвитель. При этом образуется классическая схема рефлектометра, который применяется в измерителях КСВН и ослаблений.

Комплект приборов, показанный на рис. 8.25 и 8.26, позволяет проводить измерение всех характеристик четырехполюсника.

Измерение группового времени запаздывания (ГВЗ) дифференциальной фазочастот-ной характеристики четырехполюсника также имеет много общего с рассмотренными выше схемами. Структурная схема измерения ГВЗ по методу Найквиста показана на рис. 8.27. Здесь предполагается использование тех же свип-генераторов, делителя мощности, измерителя разности фаз и уровня сигнала. Предъявляемое в данном случае требование к высокой разрешающей способности измерителя разности фаз не меняет существа дела, хотя и является важной технической особенностью. Возможность измере-

Исследуемый четырехполюсник

Свип-

Делитель

генератор

мощности

Линия переменной длины

Измеритель сдвига фаз и уровня сигналов

Рис. 8.25. Структурная схема автоматического измерителя параметров четырехполюсников



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 [102] 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0098