21. ИЗМЕРЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ УРОВНЕЙ МОЩНОСТИ ВОЛН РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ В МНОГОВОЛНОВЫХ ВОЛНОВОДАХ

Знание относительных уровней мощности волн различных типов в многоволновом волноводе позволяет определить:

а) «нечистоту» поля основной волны в волноводе а также уровни возбуждения тех или иных волн в волноводных узлах элементах (возбудители, фильтры, изгибы и т. д.);

б) потери мощности на преобразование в те или иные паразитные волны в многоволновых линиях (см. § 15, 23).

Уровень мощности волны индекса может быть измерен при помощи индикатора, избирательно отбирающего из волновода эту волну. Требования, предъявляемые к таким избирательным индикаторам, следующие:

— максимальная избирательность по отношению к остальным волнам, распространяющимся в волноводе;

— малость возмущения, вносимого индикатором в исследуемый волновод;

— простота конструкции, а также измерений с их помощью.

Кроме того, желательно чтобы индикаторы различных волн имели единообразную конструкцию.

Перечисленным требованиям наиболее полно отвечают ответвители-возбудители волн, описанныев § 4. Они имеют однотипную и достаточно простую конструкцию, вносят весьма малые возмущения в волновод, из которого отбирают мощность, позволяют получить высокую избирательность (порядка 25 дБ и более). Ответвители позволяют не только измерять мощности воли, но и получать информацию об их поляризации.

Рассмотрим круглый волновод, где распространяется некоторая волна при В общем случае

волны и в круглом волноводе эллиптически поляризованы, т. е. толя этих зависят от азимутальной координаты по закону

где сдвиг фаз между взаимно ортогональными волнами имеющими зависимость от вида соответственно; вещественны.

Легко видеть, что для нахождения мощности эллиптически поляризованнои волны или равной согласно (21.1)

где нормировочные множители [ом. (2.16) и (2.17)], достаточно дважды измерить мощность на выходе вторичного канала избирательного ответвителя волны при любых двух положениях отверстий связи, отличающихся на угол и сложить результаты. На рис. 5.9 показаны положения ответвителя при (волна ). В одном из этих положений сигнал на выходе ответвителя пропорционален в другом — Для нахождения достаточно знать коэффициент связи ответвителя с волной Кроме того, с помощью ответвителя, вращающегося вокруг оси круглого волновода, можно найти ориентацию главных осей эллипса поляризации и отношение большой и малой осей. Таким образом, ответвитель аналогичен оптическому анализатору.

Рис. 5.9. Взаимно ортогональные положения ответвителя волны

Рассмотрим теперь практически важный случай, когда в многоволновом волноводе распространяются волны индексов в волновод включен неидеальный

индикатор волны (рис. 5.10), избирательность которого по отношению к волне равна Пусть коэффициенты связи (по мощности) индикатора соответственно с волнами индексов Тогда мощность на выходе индикатора будет зависеть как от мощностей волн в многоволновом волноводе, так и от разности фаз этих волн.

Рис. 5.10. Схема измерения уровня мощности волны в много-волновом тракте: 1 - выход исследуемого тракта; 2 — стык; 3 — раздвижное сочленение, 4 — фильтр; 5 — ответвитель -й волны; 6— индикатор. 7 — детектор; 8 — аттенюатор; 9 — согласованная нагрузка.

В зависимости от разности фаз волн мощность будет изменяться в пределах

Здесь коэффициент избирательности индикатора волны по отношению к волне.

Из (21.3) следует, что при

При

Таким образом, при известных значениях искомая величина определяется по схеме, приведенной на рис. 5.10, путем измерения максимального и минимального значений мощности на выходе индикатора, перемещаемого вдоль оси волновода.

В общем случае, когда в многоволновом волноводе распространяется не две волны, а большое их число, определение мощности отдельных волн затруднено. Однако существующие индикаторы типов волн [5.61 в

сочетании с фильтрами типов волн [5.11] позволяют получить избирательность по отношению к мешающим волнам не хуже 25 дБ. Это означает, что сигнал на выходе индикатора волны зависит лишь от мощности этой волны и волн, мощность которых значительно Превышает мощность волны. В многоволновых волноводах и линиях обычно измеряется уровень мощности паразитных волн по отношению к мощности рабочей волны. Мощность последней, по крайней мере, на 1—12 порядка больше мощности любой из паразитных волн. Поэтому при измерении мощности паразитной волны можно считать, что мешающей является лишь рабочая волна (индекс 1). С помощью раздвижного сочленения 3 индикатор волны перемещается в пределах длины волны биений и рабочей волн и измеряются максимальные и минимальные значения сигнала на выходе приемника (см. рис. 5.10).

Величина рассчитывается по формуле (21.4) или (21.5) при Для повышения точности определения рекомендуется измерить несколько максимальных и минимальных значений сигнала на выходе индикатора волны и при расчете использовать максимальный максимум и минимальный минимум. Это позволит исключить влияние неидеальной избирательности индикатора относительно всех мешающих волн индексов

Из выражения (21.4) или (21.5) легко найти погрешность измерения величины

Верхний и нижний знаки относятся к случаям, характеризуемым формулами (21.4) и (21.5).