Результати вимірювань

№	x′1, мм		x′2a	x′2б
...

 

З. За різницею обчислюють кут:

 

. (11.28)

I. Цей кут визначає модуль шуканого коефіцієнта відбиття:

 

. (11.29)

 

К. КСХ визначиться з відомого виразу:

 

, (11.30)

 

8. Загальну максимальну похибку вимірювання КСХ за допомогою вимірювальної лінії визначають сумою похибок:

 

. (11.31)

 

Тут δ₁ – похибка за рахунок непостійності зв'язку зонда з лінією:

 

, (11.32)

 

де α_серед – середнє арифметичне із значень максимальних показань індикатора (в пучностях стоячої хвилі) α₁, ... α_к при переміщенні каретки вздовж лінії;

α_mах – найбільша а різниць між значеннями α₁ ... α_к;

δ₂ – похибка, що визначається шунтуючою дією зонда.

 

, (11.33)

 

де Υ – шунтуюча дія зонда, що знаходиться експеримен-тально (Υ = = 0,048 для ліній Р1-28);

КСХ – коефіцієнт стоячої хвилі вимірюваного навантаження;

δ₃ – похибка, зумовлена власним КСХ вимірювальної лінії.

 

, (11.34)

 

де Γ – власний коефіцієнт відбиття вимірювальної лінії, обчислений в попередньому пункті;

КСХ – коефіцієнт стоячої хвилі вимірюваного навантаження.

 

9. У цьому пункті потрібно оцінити похибку вимірювання КСХ і фази методом "максимуму-мінімуму". Формули для розрахунку такі:

А. Максимальна похибка у відсотках вимірювання КСХ:

 

, (11.35)

 

де б - середньоквадратична похибка вимірювання КСХ, %;

δ_1К = 0,7 (КСХ_8ИМ – I)·100 – власний КСХ вимірювальної лінії;

б_2К = 0,4 δU – непостійність зв’язку зонда з полем вимірювальної лінії;

- індикаторний пристрій;

КСХ_ВИМ – виміряний КСХ;

δU – непостійність зв'язку зонда з полем вимірювальної лінії (не перевищує 2%);

η – клас індикаторного пристрою;

КСХ – власний КСХ лінії (не перевищує 1,03).

 

Б. Максимальна похибка вимірювання фази коефіцієнта відбиття в градусах визначається за формулою:

 

, (11.36)

 

де – середньоквадратична похибка вимірювання фази коефіцієнта відбиття, град ;

 

– власний КСХ вимірювальної лінії;

– непостійність зв'язку зонда з полем вимірювальної лінії;

 

– індикаторний пристрій;

 

– пристрій визначення положення каретки.

 

При цьому λ_х – довжина хвилі у хвилеводі;

Δℓ₀ – похибка визначення положення каретки (0,05 мм для Р1-28).

 

11.8. Контрольні запитання

 

1. Яке призначення вимірювальних ліній НВЧ?

2. Назвіть основні джерела похибок при вимірюванні за допомогою вимірювальних ліній.

3. Як впливає глибина занурення зонда на розподіл напруженості поля в лінії?

4. Що таке хвильовий опір і чим він визначається?

5. Що називається еквівалентним нормованим опором хвилеводу і довгої лінії?

6. Принцип дії та конструкція вимірювальної лінії.

7. Що таке критична довжина хвилі у хвилеводі?

8. Яке призначення короткозамкнутого рухомого навантаження НКП-8?

9. Які задачі градуювання вимірювальних ліній?

 

11.9. Список використаної та рекомендованої літератури

 

Валитов Р.А., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. Методы и техника измерений в диапазоне от длинных до оптических волн. Μ., 1970.

Измерения в злектронике: Справочник / Под ред. Б.А. Доброхотова. Μ., 1965.

Лебедев И.В. Техника и прибори СВЧ: В 2 т. М., 1970. Т.1.

Ремез Γ .А. Курс основных радиотехнических измерений. М., 1966.

Линия измерительная волноводная Р1-28: Технические описание и инструкция по эксплуатации. Вильнюс, 1983.

 

Лабораторна робота № 12

ПЕРЕВІРКА ПОЛЯРИЗАЦІЙНИХ АТЕНЮАТОРІВ НВЧ

 

Мета роботи – вивчення принципу дії та конструкції поляризаційних атенюаторів, які застосовуються в діапазоні НВЧ; часткова перевірка досліджуваних атенюаторів; дослідження частотної залежності коефіцієнта послаблення; обробка одержаних результатів.

 

12.1. Загальні відомості

 

Високочастотні послаблювачі (атенюатори) служать для зміни (зменшення) потужності сигналу, що проходить по хвилеводному або коаксіальному тракту. Основною областю застосування атенюаторів НВЧ є вимірювальна техніка.

На низьких частотах атенюатори являють собою подільники напруги потенціометричного або ємнісного типу. Зовсім інший принцип покладено в основу роботи атенюаторів НВЧ діапазону, встановлених у колах з розподіленими параметрами.

Послаблювання сигналу буває необхідним, наприклад, для створення розв'язки між генератором і навантаженням, тобто для усунення впливу вимірюваного об’єкта на потужність і частоту коливань, що генеруються.

Ступінь зменшення потужності атенюатором характеризується величиною послаблення (загасання), яка визначається відношенням потужності на виході до потужності на вході, дБ:

 

. (12.1)

 

Співвідношення між послабленням (у децибелах) і поділками шкали визначають звичайно по градуювальному графіку, який додається до атенюатора, або безпосередньо по шкалі атенюатора (у децибелах).

Вмонтовані атенюатори виявляються корисними для керування рівнем потужності з метою одержання бажаного сигналу в тому чи іншому приладі (генераторі, хвилемірі та ін.). Окрім основної вимоги, яка зводиться до зміни рівня потужності, до атенюатори діапазону НВЧ звичайно ставиться вимога щодо постійності узгодження входу і виходу послаблювана. Необхідність цієї вимоги випливае з існування явища затягування частоти генераторів НВЧ. Крім того, узгоджений по входу і виходу атенюатор виключає похибки, що виникають у процесі вимірювань за рахунок ефекту узгодження. Сама величина послаблення, яке вноситься атенюатором у тракт, однозначна за умови узгодження атенюатора з вхідною та вихідною лініями.

За принципом дії атенюатори поділяються на резисторнi, поглинальні, межові , поляризаційні, феритові та на напівпровідникових приладах; за конструкцією – на коаксіальні, хвилеводні, смужкові; за можливістю керування послабленням – на змінні (електрично або механічно керовані) і фіксовані; за рівнем послаблюваної потужності – на атенюатори низького (до 1 Вт) та високого рівнів; за точнiстю – на калібровані та некалібровані.

 

12.2. Основні характеристики атенюаторів

 

До основних характеристик атенюаторів відносяться: діапазон частот, границя зміни послаблення, похибка послаблення, що вноситься, КСХ входу, допустима потужність розсіювання, температурний діапазон, розміри та вага.

Однією з найважливіших характеристик атенюатора є похибка послаблення, що залежить в основному від похибки градуювання і відліку, а також від помилок, які виникають за рахунок розузгоджування генератора та навантаження з лінією, в яку ввімкнено атенюатор. Точність вимірювання послаблення має велике значення при використанні змінних атенюаторів. При розробці таких пристроїв особливо суттєве значення надається конструкції механізмів переміщення поглинальних опорів і відлікових пристроїв. У техніці НВЧ найширше використовуються атенюатори з похибкою відліку 0,05...0,1 дБ.

Як правило, атенюатор використовується в повному робочому діапазоні частот, який вибирається виходячи з допустимих відхилень послаблення при зміні частоти. Діапазон частот визначаеться також величиною допустимого максимального значення КСХ атенюатора.

Допустиме максимально значення КСХ зумовлено, крім того, конструкцією атенюатора. Так, у прецизійних атенюаторах значення КСХ не перевищує 1,05, а в атенюаторах для менш точних вимірювань складає 1,2...2. Робочий діапазон атенюатора захоплює звичайно ділянку частот, що відрізняється на 10...15% від середньої частоти. У випадках, коли допускається більше значення КСХ, атенюатор може використовуватись в ширшому діапазоні частот.

Для узгодженая вхідного та вихідного опорів атенюатора залежно від його типу і конструкції застосовуються різні пристрої. Так, наприклад, в атенюаторах граничного типу використовують узгоджуючі опори. У ряді випадків межові атенюатори вмикають у тракт разом з поглинальними кабелями, що мають великі втрати на НВЧ. Кабель при цьому відіграє роль додаткового постійного атенюатора. У поглинальних атенюаторах узгодження досягається за рахунок певних розмірів і форми поглинального опору.

Залежно від типу і призначення атенюатори конструюють з різними межами послаблення – від 0 до 120 дБ. Великі величини послаблень перекриваються за допомогою межових атенюаторів. Поглинальні атенюатори розраховані на значно менші послаблення -до 40...60 дБ.

Важливою характеристикою атенюаторів є допустима потужність розсіювання. При конструюванні атенюаторів її прагнуть зробити якомога більшою,однак при цьому виникає ряд труднощів, бо при більшій потужності на вході атенюатора відбувається місцеве виділення значної кількості тепла в поглинальному опорі при його малих об'ємах і поверхнях. Це спричиняє зміну градуювання атенюатора, а часто може призвести до деформації опору та випалювання на ньому поглинального шару. Збільшення ж товщини шару підвищує КСХ і погіршує інші характеристики атенюатора.

Атенюатори використовуються в певному діапазоні температур, у межах якого їх основні параметри змінюються незначно. Тому при експлуатації атенюаторів необхідно враховувати температуру навколишнього середовища. Особливо чутливі до зміни температури поглинальні кабелі, в яких після значного нагрівання або охолодження не відновлюється початкова величина загасання, тобто має місце температурний гістерезис загасання. В атенюаторах Межового типу залежність послаблення від температури визначається температурним коефіцієнтом матеріалу.

В коаксіальних і хвилеводних поглинальних атенюаторах послаблення мало залежить від температури. Температурний діапазон атенюаторів з поверхневими опорами визначається тільки властивостями діелектрика і поглинального шару, що наноситься на діелектрик, при різних температурах.

Послаблення багатьох атенюаторів залежить від вологості навколишнього середовища. Ця залежність особливо помітна в поглинальних атенюаторах з поверхневими опорами, які через це покриваються спеціальними вологозахисними плівками.

На вході та виході атенюаторів з метою забезпечення їх зручного і швидкого з'єднання з високочастотними трактами встановлюються типові високочастотні роз'єми або фланці, розміри яких відповідають стандартним перерізам коаксіальних і хвилеводних ліній передач.

Усі атенюатори, які застосовуються в техніці НВЧ, можна поділити на дві принципово різні групи – взаємні (оборотні) і невзаємні (необоротні) атенюатори, залежно від того, чи підлягають вони принципу взаємності (оборотності).

За характером послаблення розрізняють атенюатори межового (замежового) типу, що використовують властивості закритичного хвилеводу, і поглинальні атенюатори, в яких послаблення відбувається за рахунок поглинання та розсіювання у вигляді тепла частини потужності, що надходить.

Чотириполюсники, які забезпечують зміну потужності, що надходить, тільки за рахунок відбиття хвилі, наприклад, штир або діафрагма, розміщені в середині хвилеводу, звичайно як послаблювачі не розглядаються.

Найширше застосування на цей час знайшли оборотні атенюатори низького рівня потужності, розраховані на середню потужність, яка не перевищує 1 Вт.

Узгодження з боку входу та виходу у хороших конструкцій ножових послаблювачів залишається практично незмінним в усьому діапазоні керування послабленням.

 

12.3. Методи вимірювання послаблення

 

В основному всі методи вимірювання послаблення у високочастотних трактах являють собою, як правило, різновид методу заміщення (порівняння зі зразковим атенюатором). За способом включення зразкового атенюатора всі методи вимірювання послаблення, основані на принципі заміщення, поділяються на такі:

- послідовного заміщення за високою частотою;

- паралельного заміщення за високою частотою;

- паралельного заміщення за проміжною частотою;

- послідовного заміщення за проміжною частотою;

- заміщення за низькою частотою.

Метод заміщення на проміжній частоті найуніверсальніший і знайшов широке застосування у вимірюваннях послаблень.

 

12.3.1. Метод послідовного заміщення на НВЧ(рис. 12.1)

 

При цьому методі в НВЧ тракт вмикаються послідовно два атенюатори: зразковий 1 той, що перевіряється. Загасання обох порівнюється таким чином, щоб сума їх загасань залишалась сталою (у початковому положенні один атенюатор має максимальне загасання, другий – мінімальне; в кінцевому положенні – навпаки). Границі змірювань цим методом достатньо великі (до 70...80 дБ), а власна похибка мала і визначається в основному похибкою зразкового атенюатора.

 

12.3.2. Метод паралельного заміщення на НВЧ (рис. 12.2)

 

При цьому методі НВЧ тракт складається з двох паралельних каналів, в один з яких вмикається зразковий атенюатор, а в другий – той, що перевіряється. По індикатору за допомогою зразкового атенюатора встановлюється однакове загасання в обох каналах. Загасання атенюатора,

який перевіряється, визначається за загасанням зразкового атенюатора, похибка вимірювання – похибкою зразкового атенюатора, а також похибкою за рахунок неідентичності каналів і нестабільностю генератора.

 

12.3.3. Метод послідовного заміщання на проміжній частоті(супергетеродинний метод) (рис. 12.3)

 

Метод полягає у порівнянні загасання, що вноситься досліджуваним чотириполюсником у тракт НВЧ, із загасанням зразкового атенюатора на проміжній частоті зразкової установки. Цей метод універсальний, бо дозволяв працювати в широкому діапазоні частот з одним і тим же зразковим

 

 

Рис. 12.2. Схема вимірювання послаблення методом паралельного заміщення на НБЧ

 

Рис. 12.3. Схема вимірювання послаблення,методом послідовного заміщення на проміжній частоті

 

атенюатором і забезпечує похибку вимірювання приблизно 1% від загасання (в децибелах). Межі вимірювання послаблення значні (100...120 дБ).

 

12.4. Конструкція та принцип роботи поляризаційного атенюатора

 

Поляризаційні атенюатори ДЗ-34 А, ДЗ-35 А призначені для послаблення високочастотних сигналів у хвилеводних трактах в умовах лабораторій, цехів, контрольно-ремонтних майстерень і складаються з трьох секцій хвилеводу, встановлених послідовно. Середньою секцією є круглий хвилевід (ротор), який вільно, обертається між крайніми секціями (статорами), жорстко закріпленими в корпусі. Обидві крайні секції являють собою переходи з прямокутного хвилеводу на круглий.

В середині кожної, секції розміщено поглинальну пластину так, що поглинальний шар лежить у площині симетрії хвилеводу.

Як видно з рис. 12.4, поглинальні пластини розміщені в одній площині, паралельній широкій стінці ділянки прямокутного хвилеводу. Припустимо, що кожна пластина має безмежно велику поглинальну здатність для електромагнітної хвилі, електричне поле якої тангенціальне до поверхні пластини, і відбиття від кінців пластини відсутні.