Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Вентиль

Измерительная линия

Измеряемый оВъент

Генератор

Рис. 5.5. Функциональная схема измерительной линии

Анализ картины стоячей волны методом подвижного зонда (с помощью измерительной линии). На рис. 5.5 показаны функциональная схема измерительной линии и включение ее в тракт. В зависимости от значения коэффициента стоячей волны измеряемого объекта в измерительной линии устанавливается определенное распределение тока и напряжения (см. рис. 5.3). По измеренным значениям -Unax и l/„i„ согласно (5.6) определяется КСВ.

фазу коэффициента отражения фотр можно определить, если известно расстояние между положениями минимумов распределения полей, получаемых последовательно в двух случаях. В первом случае выход линии замкнут накоротко; во втором случае линия нагружена на измеряемый объект.

Метод измерения коэффициента стоячей волны и фазы коэффициента отражения, основанный на использовании эллиптической поляризации. В нижней части диапазона СВЧ (до 1000 МГц) измерение КСВ и фазы коэффициента отражения с помощью измерительной линии затруднительно из-за ее больших габаритов, поэтому в этом диапазоне частот более приемлем метод, основанный на использовании эллиптической поляризации.

Особенностью построения таких приборов является выполнение их в виде тройника, в одно из плеч которого включается емкостная нагрузка. В тройнике образуется волна с круговой поляризацией. При подключении к одному из плеч несогласованной нагрузки поляризация становится эллиптической. Отношение осей эллипса определяет коэффициент стоячей волны, а положение осей эл-

липса определяет фазу "коэффициента отражения.

Достоинства этого метода следующие: отсчет фазы коэффициента отражения

производится непосредственно в градусах по

лимбу;

ответвитель круговой поляризации и детекторная головка широкополосны и не нуждаются в настройке при изменении частоты;

приборы, созданные по этому методу, могут встраиваться в радиоаппаратуру, отличаются конструктивной простотой и удобством эксплуатации.

Метод, основанный на использовании двунаправленных ответвителей. Этот метод основан на раздельном измерении значений напряжений, пропорциональных падаюшей и отраженной мощностям в высокочастотном тракте.

На рис. 5.6 приведена структурная схема измерения КСВ с двунаправленным ответвителем.

Часть падающей высокочастотной мощности ответвляется в плечо 1 направленного ответвителя и поступает на детектор, а часть отраженной от измеряемого объекта высокочастотной мощности ответвляется в плечо 2 и поступает на другой детектор. Оба про-детектированных сигнала затем поступают на измеритель отношений, где сигналы сравниваются. На выходном индикаторе индицируется отношение напряжений, пропорциональное КСВ высокочастотного тракта.

Погрешность измерения КСВ при этом методе зависит от значения измеряемого КСВ, идентичности переходных ослаблений направленных ответвителей и вольт-амперных характеристик детекторов, значения направленности ответвителей. Приемлемая точность измерения КСВ получается при значении направленности ответвителей более 35 дБ.

5.3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ТРАКТОВ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ

Измеритель отношений

Генератор сигналов

Измеряемый объект

Двунаправленный ответвитель

Рис, 5.6. Структурная схема измерения КСВ с двунаправленным ответвителем

Для измерения параметров трактов с распределенными постоянными применяются следующие средства измерений:

линии измерительные (для измерения стоячих волн в линиях передачи);

измерители полных сопротивлений (для измерения модуля и фазы коэффициента отражения); измерители коэффициента стоячей волны или модуля коэффициента отражения;

измерители комплексных коэффициентов



передач (для измерения.модуля и фазы коэффициента передачи четырехполюсников).

Линии измерительные предназначены для измерения КСВ, полных сопротивлений, длин волны и других характеристик волноводных и коаксиальных трактов различных радиоустройств.

Несмотря на многообразие методов и способов измерения КСВ и сопротивлений на СВЧ, измерительные линии до настоящего времени остаются основньпии приборами, обеспечивающими абсолютное измерение стоячих волн. Кроме того, освоение новьк диапазонов волн на СВЧ требует прежде всего создания простой и надежной аппаратуры для проведения основных измерений в высокочастотных трактах. Поэтому наряду с созданием автоматической аппаратуры для измерения КСВ и полньк сопротивлений, обеспечивающей быстроту и удобство измерений, непрерывно идет работа по совершенствованию измерительных линий с целью повышения точности измерения. Современные измерительные линии, обеспечивая высокую точность измерения параметров трактов, в то же время просты по своей конструкции.

Измерительные линии разделяются на коаксиальные и волноводные.

Коаксиальные измерительные линии в настоящее время перекрывают диапазон частот от 500 МГц до 26- 40 ГГц и в свою очередь разделяются на щелевые и бесщелевые.

Коаксиальные щелевые линии просты в эксплуатации, однако в низкочастотной части диапазона они сложны в изготовлении из-за больших габаритов, что связано со зна-чительньши технологическими сложностями изготовления труб и стержней. Поэтому в низкочастотной части диапазона частот для образцовьк измерений целесообразнее применять бесщелевые линии с неподвижной связью, отличительными особенностями ко-торьк являются постоянство связи зонда с полем линии в процессе измерения и отсутствие отражений от опор и щели. Параметры измеряемой оконечной нагрузки определяются методом трех точек, который заключается в трехкратном подключении нагрузки к линии непосредственно и через отрезки линии с электрическими длинами 45 и 90°. При высокой точности изготовления этих отрезков линии существенно ослабляется влияние собственного КСВ прибора на погрешность измерения.

Другим преимуществом этих линий является высокая чувствительность, что особенно важно при измерениях малых КСВ.

В качестве рабочих приборов для измерений в низкочастотной части диапазона частот целесообразнее применять измерители полных сопротивлений мостового типа, о которых будет рассказано далее.

Коаксиальные измерительные линии удобнее в качестве образцовых для аттестации и поверки образцовьк мвр полного сопротивления в связи с возможностью их самокалибровки, а все больший рост технологических возможностей производства обеспечивает высокую точность изготовления эталонных коаксиальных линий. Применение новых типов коаксиальных соединителей (с высокой точностью изготовления) позволяет создавать коаксиальные измерительные линии с собственным КСВ не более 1,01 в диапазоне частот 2-10 ГГц и не более 1,02 в диапазоне 10-18 ГГц. Коаксиальные линии наиболее удобны с точки зрения уменьшения погрешностей за счет собственных отражений, поскольку они воспроизводят волновое сопротивление с наименьшими отклонениями от номинального значения

Волноводные измерительные линии перекрывают диапазон частот от 2,6 до 220 ГГц и выше и могут вьшолняться как на отдельные сечения волноводов, так и комплектами, состоящими из нескольких секций с общими механической и индикаторной системами.

К достоинствам волноводных измерительных линий относятся:

относительная простота изготовления присоединительных фланцев;

малые потери, позволяющие создавать волноводные измерительные линии для суб-миллиметровьк волн.

К достоинствам как коаксиальньк, так и волноводных измерительньк линий следует отнести то, что источники их погрешностей определяются поэлементно и при необходимости могут бьггь исключены или уменьшены за счет статистической обработ- ки результатов измерений, что позволяет получить высокую точность измерения, не предъявляя особо жестких требований к параметрам измерительных линий.

Дальнейшие разработки измерительных линий ведутся с целью расширения частотного диапазона в сторону высоких частот как коаксиальных, так и волноводных линий, уменьшения погрешности измерения (создание образцовых измерителей КСВ).

Отечественной промышленностью серийно выпускается целый ряд измерительных линий, перекрывающих диапазон частот от 0,5 до 78,3 ГГц. Основные характеристики их приведены в табл. 5.1.



Таблица 5.1. Основные технические характеристики измерительных линий

Тип прибора

Диапазон частот, ГГц

КСВ собственный

Погрешность измерения, %

ВЧ тракт, мм

Габариты, мм; масса, кг

Р1-36

Р1-37 Р1-17 Р1-18

Р1-34

Р1-45

Р1-19

Р1-19/1

Р1-20

Р1-21

Р1-12А

Р1-13А

Р1-27

Р1-28

Р1-29

Р1-30

Р1-31

Р1-32

Р1-33

Р1-39

Р1-40

Р1-46

1-7,5

1-3 0,5-3 2-12,5

2-18

3-18

12,05-17,44

11,55-16,66

8,24-12,05

6,85-9,93

25,86-37,5

17,44-25,86

6,85-9,93

8,24-12,05

12,05-17,44

17,44-25,86

25,86-37,5

37,5-53,6

53,6-78,33

37,5-53,57

53,57-78,33

18-36

1,02-1,04 (в зависимости от частоты)

1,02-1,04 1,04

1,07 (до ГГц)

1,1 (до 12,5 ГГц)

1,07 (до 10 ГГц)

1,1 (до 18

ГГц)

1,04

1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,07 1,07 1,04 1,04 106

3,2 (до 2 ГГц)

3,5 (до 5 ГГц)

5 (до 7,5 ГГц) 5

10 (до 10 ГГц)

13 (до 12,5 ГГц)

10 (до 10 ГГц) 13 (до 18 ГГц)

6 (до 10 ГГц) 8 (до 18 ГГц) 3

3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 6 6 5 5

10-12

16/7

16/4,6

3,5/1,5

16x8

17x8

23x10

28,5x12,6

7,2x3,4

11x5,5

28,5 x 12,6

23x10

16x8

11 x 5,5

7,2 x 3,4

5,2x2,6

3,6x1,8

5,2x2,6

3,6 x 1,8

3,5/1,5

383x200x220; 8,5

383 x 200 x 220 ; 8,5 772 x 250 x 214; 21,5 368 x 280x174 ; 7,5

305 x 200 x 220; 6

220 x 220 x 472; 7,5

214x176x134; 2,2 214 x 176 x 134; 2,2 214x176x147 ; 2,4 214x176x155 ; 2.6 214x118x76; 2,1 214x 176x 125; 2,6 214x176x 155 ; 2,5 214x176x147 ; 2,4 214x176x134; 2,2 214x176x118; 2,1 214 x 176x118; 2,1 105x67x95; 1,3 105x67x96; 1,3 72x101x89; 0,8 72x101x89 ; 0,8 117x148x170; 2,5

Измерители полных сопротивлений предназначены для измерения КСВ и фазы коэффициента отражения двухполюсников.

Прибор представляет собой коаксиальный тройник (рис. 5.7), симметричные плечи которого нагружаются: одно - измеряемой нагрузкой, другое - образцовым конденсатором, реактивность которого равна единице на рабочей частоте. К несимметричному плечу тройника подводится сигнал от генератора СВЧ. Над центром тройника устанавливается круглый запредельный волновод, на входе которого имеется фильтр из параллельных проводящих пластин Этот фильтр пропускает лишь волны типа Нц. Вьппе фильтра расположена приемная свободно вращающаяся петля с детектором для вьщеления низкочастотной составляющей. Отношение максимального и минимального значений выходного напряжения, снимаемого с петли, равно квадрату коэффициента стоячей волны, а угол между положениями петли при олределенных значениях выходных напряжений (максимальных или ми-

нимальных) в режиме холостого хода и при измерении неизвестной нагрузки равен фазе коэффициента отражения нагрузки, причем поворот петли на 360° всегда будет эквивалентен расстоянию, равному одной длине волны независимо от частоты сигнала.

Образцовый, конденсатор

Выход детектора


Рис. 5.7. Устройство коаксиального измерителя полных сопротивлений



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


0.0137