4.3. ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

4.3.1. Трансформация цепей

Непосредственное измерение полных сопротивлений (или полных проводимостей) на сверхвысоких частотах затруднительно и поэтому производится редко [322, 323, 324, 325, 326]. С точки зрения обычного применения линий передачи достаточно измерить лишь отношение определяемого полного сопротивления к волновому сопротивлению линии. Разработанные методы [301] основаны на преобразовании цепей, исследовании картины стоячей волны и применении мостовых устройств. Результаты можно выразить либо с помощью отдельных измерений, либо с помощью некоторых форм динамических представлений. Если неизвестное полное сопротивление, то, как было показано в разд. 2.1.1, его абсолютная величина выражается через КСВН и коэффициент отражения следующим образом:

Если измерение производится на расстоянии этот результат видоизменяется вследствие потерь в линии передачи [181, 341]. Если измеренный КСВН, то величина КСВН нагрузки определится выражением

При измерении полного сопротивления может потребоваться знание поляризации [204] или, что бывает чаще, фазы [309, 349]. В последнем случае техника измерений будет связана с применением соответствующих устройств, например калиброванного коротко-замыкателя или фазовращателя, в сочетании с системой, позволяющей сравнить исследуемый узел со стандартным. Рассогласование должно быть сведено к минимуму, так как оно вводит ошибки, обусловленные взаимодействием сигналов. Фазовая ошибка будет приблизительно равна и поэтому точность измерений при увеличении рассогласования ухудшается, а дополнительные ошибки вводятся потерями [314].

В типичной схеме, работающей на частоте используется зонд, передвигающийся вдоль волновода [311]; исследуемый фазовращатель нагружается калиброванным короткозамыкателем. Повышенная точность достигается при применении двухканальной или мостовой схемы [309], в которых неизвестный фазовращатель уравновешивается эталонным. Улучшения, получаемые с этими мостовыми схемами, зависят от того, что фаза сигнала сохраняется при изменении частоты сигнала, даже, например, вплоть до звуковых частот.

Этот принцип был использован для создания фазометров с прямым отсчетом для частот

Отрезок линии передачи между местом измерения и измеряемой нагрузкой может обладать трансформирующими свойствами, и его можно рассматривать как цепь с двумя плечами. При отсутствии потерь такая двухплечая схема при определенном выборе плоскостей отсчета может быть представлена идеальным трансформатором, свойства которого могут быть определены различными способами. В методе трех точек [283] параметры эквивалентной схемы определяются из измерения входного сопротивления цепи, когда она находится в каждом из трех состояний, например: короткозамкнута, разомкнута и нагружена на неотражающую нагрузку. Перемещая короткозамыкатель в пределах от выбраной плоскости отсчета, можно создать условия корокого замыкания и холостого хода.

Другой метод приводит к канонической цепи [40,41, 42, 43, 280] с эквивалентной схемой, имеющей простой физический смысл. Короткозамыкатель, присоединенный к выходным зажимам, устанавливается в нескольких положениях, и входные полные сопротивления, соответствующие этим положениям, наносятся на круговую диаграмму. Радиус окружности, наилучшим образом проходящей через эти точки, нормируется по отношению к радиусу круговой диаграммы. Для определения положения плоскости отсчета окружность входных полных сопротивлений поворачивают относительно центра круговой диаграммы до тех пор, пока ее центр не ляжет на действительную ось. Этот метод может быть распространен на определение элементов матрицы рассеяния, зная которые можно определить, по величине входного сопротивления, сопротивление нагрузки. Если элементы матрицы рассеяния, то такое преобразование может быть выполнено с помощью дробнолинейного соотношения

Такое преобразование может быть выполнено и на диаграмме полных сопротивлений [235]; круги постоянного коэффициента отражения в одной плоскости математически преобразуются в соответствующие круги в другой плоскости.

Измерение малых неоднородностей без потерь можно выполнить по методу сдвига узлов [103, 279, 296]. Здесь, как и ранее, цепь нагружается наг короткозамыкатель, по мере продвижения которого вдоль линии происходит циклический сдвиг положения минимума стоячей волны во входной линии. Величина этого сдвига является мерой коэффициента отражения неоднородности. В варианте этого метода замыкают накоротко как входную, так и выходную линии, так что цепь образует часть резонансного контура. Короткозамыкатели перемещаются так, чтобы постоянно поддерживать состояние резонанса, и данные о их положении снова будут мерой коэффициента

отражения. Был проведен анализ для случая, когда трансформатор содержал потери [8, 105, 252]. Например, графическая интерпретация [86, 87, 253, 282] уравнения (4.40) дает мощный метод, который равным образом пригоден как для цепей с потерями, так и для цепей без потерь и который может быть распространен на неоднородные линии передачи. Проективные диаграммы [85] можно также распространить на активные цепи [146] и полные сопротивления с отрицательными действительными частями [251].

Полные сопротивления узлов, которые содержат или которые можно сделать так, чтобы они содержали полупроводниковый диодный детектор, можно измерить простым способом [243]. В линию передачи от источника к нагрузке намеренно вводят рассогласование и включают калиброванный аттенюатор и фазовращатель. Фазовращатель регулируется так, чтобы получить поочередно максимальную и минимальную передачу мощности к детектору, в то время как аттенюатор регулируют так, чтобы через диод в обоих случаях протекал один и тот же ток. Отношение мощностей будет равно

Если то отношение становится равным При экспериментах на частоте достигнутые результаты хорошо согласовались с результатами, полученными более сложными методами.