12-4. ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Для измерения полного сопротивления нагрузки с помощью измерительной линии находят длину отрезка длину волны в линии и коэффициент или т. е. значения всех величин, необходимых для измерения

коэффициента отражения. Затем подставляют найденные значения в формулу (12-5) или (12-5а) и вычисляют

Круговая диаграмма. Несравненно быстрее и с достаточной точностью можно определить полное сопротивление нагрузки с помощью круговой диаграммы, предложенной независимо друг от друга А. Ф. Вольпертом (СССР) и Ф. X. Смитом (США).

Теория построения круговой диаграммы излагается в курсе «Основы теории цепей»; здесь дается ее описание и рассматривается применение.

Круговая диаграмма (рис. 12-9) представляет собою две окружности — внешнюю и внутреннюю, внутри которых расположены два семейства ортогональных окружностей, соответствующих геометрическим местам точек нормированных сопротивлений Применение нормированных сопротивлений позволяет применять диаграмму для измерения полных сопротивлений, включенных в линии передачи с любым волновым сопротивлением. На внешней окружности по направлению движения часовой стрелки отложены безразмерные значения отношения пропорциональные фазовому углу, на внутренней окружности те же значения отложены против движения часовой стрелки. Внешней окружностью следует пользоваться в том случае, когда расстояние до первого минимума отсчитывается по направлению к генератору, внутренней — при отсчете от генератора по направлению к нагрузке. По вертикальному диаметру отложены значения соответствующие проходящим через них окружностям равных нормированных активных сопротивлений.

В местах пересечения окружностей равных нормированных реактивных сопротивлений с внешней окружностью помещены значения в левой половине диаграммы отрицательные, в правой — положительные. На диаграмме штриховой линией нанесены окружности, проходящие через деления шкалы с центром в точке По этим окружностям отсчитываются значения так как шкала нормированных активных сопротивлений от до 1 на оси нулевых реактивных сопротивлений одновременно является шкалой а от 1 до шкалой

Полное сопротивление определяют в следующем порядке. Из графика, полученного с помощью измерительной линии, характеризующего режим измеряемого тракта, определяют длину отрезка длину волны к и коэффициент или вычисляют Центр диаграммы (точка соединяют прямой линией (прозрачной линейкой) с внешней

или внутренней окружностью, в зависимости от перемещения минимума к генератору или к нагрузке относительно положения его при коротком замыкании в точке На диаграмме отмечают точку пересечения прямой и окружности с двумя ортогональными окружностями Значения соответствующие этому пересечению, после умножения на дают ответ на поставленную задачу, так как

Рассмотрим примеры определения полного сопротивления с помощью круговой диаграммы.

Пример 1. Пусть из графика распределения напряженности поля получили ; минимум сдвинут к нагрузке. Волновое сопротивление линии 50 Ом. Соединяем прозрачной линейкой центр диаграммы с точкой 0,4 на внутренней окружности, и в месте пересечения этой прямой со штриховой окружностью считываем значения по двум ортогональным окружностям, пересекающимся в той же точке. Из диаграммы получаем Искомое сопротивление Ом.

Пример 2. Из графика получили ; минимум сдвинут к генератору. Волновое сопротивление линии Ом. Из диаграммы находим: Ом.

С помощью круговой диаграммы можно определять входное сопротивление в любом сечении линии передачи по известному сопротивлению нагрузки; находить значения или данной линии, нагруженной сопротивлением и решать другие задачи.

Измеритель полных сопротивлений поляризационный. Поляризационный измеритель (рис. 12-10) работает на принципе взаимодействия падающей и отраженной волн. Он состоит из возбудителя волны круговой поляризации в волноводе круглого сечения и поворотной детекторной головки 2. Последняя соединена с круглым волноводом 5 через вращающееся соединение 3.

Возбудитель волны круговой поляризации представляет собой отрезок прямоугольного волновода 6, на широкой стенке которого перпендикулярно прикреплен отрезок круглого волновода 5. Оба волновода связаны тремя щелями 7, расположенными в широкой стенке прямоугольного волновода так, чтобы падающая волна проходя от генератора к нагрузке, возбуждала в круглом волноводе волну с круговой поляризацией. Для этого две щели 7 располагают поперек широкой стенки волновода в

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

максимальной составляющей поля а третью — в максимальной составляющей поля Эти щели возбуждают в круглом волноводе две волны взаимно перпендикулярные в пространстве и сдвинутые по фазе на угол Размеры щелей подбирают такими, чтобы амплитуды возбужденных волн были одинаковыми, в результате поляризация волны в круглом волноводе будет круговая.

Отраженная от нагрузки волна проходя в сторону генератора, также возбуждает в круглом волноводе волну Ни с круговой поляризацией, но с противоположным направлением вращения. В результате взаимодействия падающей и отраженной волн в круглом волноводе образуется волна с эллиптической поляризацией. Большая ось эллипса соответствует сумме амплитуд падающей и отраженной волн, а малая ось — их разности. Электрические параметры этой волны связаны с коэффициентом стоячей волны и коэффициентом отражения нагрузки и однозначно характеризуют последнюю.

Рис. 12-10. Поляризационный измеритель полных сопротивлений

Повернув диодную камеру 2 с зондом 1 вокруг ее оси на 360°, получим изменяющиеся значения выпрямленного тока диода, соответствующие распределению напряженности поля в прямоугольном волноводе на длине Максимальное значение тока (аммс) соответствует большой оси эллипса, минимальное (амин) — малой оси. Следовательно, КСВ равен отношению осей амакс/амин), а положением малой оси, однозначно связанным с положением минимума поля в прямоугольном волноводе, определяется фазовый угол коэффициента отражения. Начальное значение фазы на шкале 4 устанавливается перед каждым измерением в соответствии с рабочей частотой. Для уверенного отсчета амин используют измерительные усилители. Процесс измерения чрезвычайно прост и заключается в

снятии показаний выходного напряжения усилителя, соответствующих амакс и амин при повороте детекторной головки, и отсчете ее углового положения относительно начального значения фазы при показании

Выпускаются поляризационные измерители полных сопротивлений коаксиальной конструкции для работы в диапазоне частот и волноводной — для диапазона Погрешность измерения КСВ и фазового угла

Автоматический измеритель полных сопротивлений. Автоматические, или, как их еще называют, панорамные, измерители полных сопротивлений создают на экране осциллографического индикатора кривую, характеризующую коэффициент отражения.

Рис. 12-11, Упрощенная структурная схема автоматического измерителя полных сопротивлений

Если на экране электронно-лучевой трубки поместить прозрачную круговую диаграмму, то места пересечения кривой с ортогональными окружностями и вертикальным диаметром определят составляющие полного сопротивления нагрузки. Для считывания численных значений в панорамных измерителях предусматриваются источники калиброванных напряжений, которые создают на экране трубки координатные окружности и диаметры. На лимбы органов регулировки напряжений этих источников нанесены шкалы, позволяющие считывать необходимые данные.

Автоматический измеритель полных сопротивлений состоит из генератора качающейся частоты ГКЧ (рис. 12-11) с автоматической регулировкой мощности и амплитудной модуляцией аттенюатора и измерительного преобразователя сигналов для формирования исходных напряжений, которые функционально связаны

с распределением поля в тракте, соединяющем генератор с нагрузкой. В качестве преобразователя часто используют измерительную линию с четырьмя неподвижными зондами, расположенными на расстоянии одной восьмой длины волны друг от друга (рис. 12-12). В цепь каждого зонда включены кристаллические детекторы с квадратичной характеристикой, на нагрузках которых возникают напряжения, значения которых зависят от модуля коэффициента отражения и от расстояния до нагрузки Эти напряжения выражаются так:

где а — коэффициент пропорциональности, зависящий от уровня мощности в тракте и чувствительности детектора.

Напряжения соседних зондов сдвинуты по фазе на 90°, напряжения зондов 1 и 3, 2 и 4 — на 180°. Из формул (12-8) определяется модуль коэффициента отражения

Для получения разностей напряжения в схеме измерителя предусмотрены вычитающие устройства и напряжения с выходов которых подаются на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки осциллографического индикатора. Фазовый сдвиг между разностями напряжений равен 90°, поэтому на экране будет окружность, радиус которой соответствует модулю коэффициента отражения. На каждой частоте для данного на экране появляется светящаяся точка, радиальное и угловое положение которой соответствует При качании частоты ГКЧ комплексный коэффициент отражения изменяется в соответствии с характером нагрузки и на экране индикатора появляется кривая — панорамное изображение коэффициента отражения в функции частоты. Коэффициент отражения однозначно связан с сопротивлением нагрузки,

Рис. 12-12. Схема четырех зондового измерительного преобразователя

следовательно, эта же кривая позволяет считывать составляющие Погрешность измерения автоматическими приборами составляет но их применение значительно повышает производительность труда.