26. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ, КАСАЮЩИЕСЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ

Как уже указывалось в § 23, путем измерения распределения относительных значений напряжения вдоль однородных линий, в частности на сантиметровых волнах, можно сравнительно легко и точно определять величины полных сопротивлений. Это обстоятельство позволяет определение характеристик всех элементов схем производить экспериментально [1,33]. Сказанное выше справедливо как по отношению к двухполюсникам, так, в частности, и к четырехполюсникам, с общими свойствами которых подробно знакомились в первом разделе. По вопросу практического проведения таких измерений в применении к четырехполюсникам следует сделать ряд замечаний.

Измерения характеристик четырехполюсников, к которым с обеих сторон подключены однородные линии, работающие в диапазоне прозрачности

В качестве переменной нагрузки в этом случае целесообразнее всего применять передвижной короткозамыкающий поршень, расположенный в некоторой точке К (рис. 26.1). Тогда отнесенное к выходным зажимам

четырехполюсника (точка А) сопротивление нагрузки согласно выражению (22.8) будет равно

где расстояние между точкой короткого замыкания К и отсчетной точкой А

Трансформированное входное сопротивление можно определить из распределения напряжения вдоль однородной линии, подключенной ко входным зажимам четырехполюсника (точка В), способом, описанным в § 23.

Четырехполюсники, к которым только с одной стороны подключены однородные линии, работающие в диапазоне прозрачности

При измерениях в этом случае в качестве входной (ближайшей к генератору) лучше всего выбрать сторону четырехполюсника с подключенной однородной линией. Входное сопротивление или измеряется способом, описанным выше. Из трансформирующих свойств четырехполюсника в одном направлении можно определить с учетом сказанного в § 13 его трансформирующие свойства в другом направлении.

Рис. 26.1. Устройство для определения трансформирующих свойств четырех полюсников.

Если нагрузка, подключаемая к выходу четырехполюсника, представляет собой, например, небольшой конденсатор (рис. 0.6,г), то ее величину можно изменить путем введения прокладок из металла или диэлектрика. При этом величину сопротивления можно определять или чисто расчетным путем, исходя из размеров конденсатора, или экспериментально, измеряя величину емкости на более низкой частоте.

Четырехполюсники, к которым ни с одной из сторон не подключены однородные линии, работающие в диапазоне прозрачности

В этом случае прибегают к переходному устройству включаемому между входной линией четырехполюсника и однородной линией, работающей в диапазоне прозрачности, и таким образом получают последовательное включение двух четырехполюсников (рис. 26.2). Путем измерений определяют трансформирующие свойства как четырехполюсника взятого отдельно, так и всего последовательного соединения в целом. Если на выходе в точке А подключить сопротивление и измерить сопротивление на входе в точке С, то пользуясь результатами отдельно проведенного исследования переходного устройства можно определить значение сопротивления нагрузки четырехполюсника в точке 5. Следовательно, можно определить значение входного сопротивления четырехполюсника соответствующее данному определяемому в точке С входному сопротивлению Таким образом, для каждого подключаемого в точке А сопротивления можно получить в расположенной на входе четырехполюсника точке В трансформированное сопротивление На практике может оказаться, что сечение исследуемой однородной передающей линии и сечение имеющейся в наличии измерительной линии отличаются друг от друга.

Рис. 26.2. Экспериментальное определение трансформирующих свойств четырехполюсников, в случае, когда эти свойства не могут быть иайдены непосредственно.

Так как изготовление точной измерительной линии на нужмое сечение требует значительной затраты труда, в этом случае также целесообразно применять переходные четырехполюсники, аналогичные четырехполюснику

Закон электромагнитного подобия 26.1

Если все геометрические размеры устройства без потерь, а также длину волны одновременно увеличить или уменьшить в раз, то значения всех полных сопротивлений и трансформирующие свойства четырехполюсников остаются неизменными [35].

Пример. Пусть плоский конденсатор имеет размеры пластин а расстояние между ними равно тогда его

реактивное (емкостное) сопротивление для угловой частоты будет определяться выражением

Прн одновременном увеличении всех размеров до значений и уменьшении угловой частоты до величина сопротивления останется неизменной и равной

Закон электромагнитного подобия легко можно истолковать физически. Представим себе, что все электрические и магнитные силовые линии поля в элементе схемы в какой-то определенный момент времени вполне определенным образом располагаются в пространстве. Путем линейного увеличения или уменьшения проводников можно получить допустимое в электромагнитном отношении подобное прежнему распределение силовых линий поля, если только изменить соответствующим образом длину волны. Так как при этом плотность электрических и магнитных силовых линий изменяется одинаково, то отношение имеющее размерность сопротивления, в каждой точке остается неизменным и, следовательно, остаются неизменными все полные сопротивления и проводимости.

Некоторые другие замечания общего характера

Если с одной стороны к четырехполюснику подключена однородная линия, работающая в диапазоне непрозрачности, то ее следует выбирать в качестве выходной линии четырехполюсника и в ней осуществлять короткое замыкание. Если с обеих сторон к четырехполюснику подключены однородные линии, работающие в диапазоне непрозрачности, то целесообразно воспользоваться описанным выше переходным четырехполюсником.

Следует заметить, что не всегда достаточно просто в диапазоне непрозрачности возбудить строго определенный тип волны. В случае волны в волноводе с прямоугольным поперечным сечением можно поступить, например, так, как это показано на рис. 26.3. Сначала волноводу придают такое поперечное сечение, при котором волна может распространяться, после чего последнее уменьшают

до тех пор, пока не будет достигнута гранйца диапазона непрозрачности.

Если такой переход от одной линии, работающей в диапазоне прозрачности, к другой, работающей в диапазоне непрозрачности, исследовать как четырехполюсник, то можно без особого труда, как это уже отмечалось в § 23, в диапазоне непрозрачности получить любое необходимое полное сопротивление. При этом подсоединяемую линию, работающую в диапазоне прозрачности, следует использовать в качестве выходной линии четырехполюсника и подключить к ней соответствующее нагрузочное сопротивление, требуемая величина которого определяется с помощью диаграммы трансформации полных сопротивлений.

Рис. 26.3. Измерение трансформирующих свойств перехода к линии, работающей в диапазоне непрозрачности.

Путем измерения параметров четырехполюсника в данном случае возможно также определение структуры электромагнитных полей в полых системах [5, 36, 37]. В исследуемую область соответствующим образом увеличенной модели такой системы можно поместить небольшой плоский конденсатор так, чтобы не произошло заметного искажения поля. Изменяя диэлектрическое заполнение конденсатора, можно варьировать сопротивлением нагрузки, в результате чего становится возможным измерение характеристик соответствующего четырехполюсника. Подобным же образом в принципе можно определять распределение тока и напряжения в антеннах. Практически это применимо в тех случаях, когда точность измерения оказывается достаточной.