Материал: Sb96658
7. Провестиизмерения,необходимыедляопределенияполногосопротивления. Для этого зафиксировать положение z1одного из минимумов напряженности поля при подключенном короткозамыкателе. Затем собрать схему согласно рис. 1.1 и определить положение минимума z2 , ближайшего по координате к ранее найденному z1 со стороны нагрузки. Относительный фазо-
вый сдвиг определяется соотношением 4π∆zmin /λв = 4π(z2 − z1)/λв. Для определения КСВ необходимо: установить зонд в положение минимума и зафиксировать показания индикатора и показания аттенюатора A1; затем, уста-
новив зонд в положение максимума, увеличить затухание аттенюатора A2 до получения прежних показаний индикатора (U1) и определить разность в децибелах по шкале аттенюатора: A2 − A1 = ∆A. Значение КСВ в децибелах определяется ∆A, а с учетом того, что ∆A = 20 lg(Emax / Emin ), получим ρ = Emax / Emin =10∆A/20 . При использовании амплитудного детектора характеристика которого близка к квадратичной, значение КСВ можно найти
так: КСВ= 
Umax /Umin , где Umax и Umin – показания индикатора в максимумах и минимумах стоячей волны.
8.Повторить пп. 4−7 на других частотах (по указанию преподавателя).
9.Определить полное сопротивление и проводимость исследованного
элемента, используя круговую диаграмму и результаты измерений (ρ, zmin ,
λв).
10. Рассчитать активные и реактивные составляющие полного сопротивления, используя (1.2) и (1.3).
1.4.Содержание отчета
1.Схема измерительной установки.
2.Основные технические характеристики измерительных приборов.
3.Эскиз исследуемых элементов и поперечного сечения волновода с указанием основных геометрических размеров.
4.Результаты расчета длины волны λв.теор в волноводе на измеренной
частоте fи сопоставленной с экспериментально полученной λв.эксп .
6
5.Графики распределения напряженности электрического поля вдоль линии при подключении согласованной нагрузки, короткозамыкателяи исследуемых элементов. На графиках указать значение λв и КСВ.
6.Основные элементы круговой диаграммы с нанесенными на нее значениями экспериментально найденных точек, определяющих Zн ' и Yн ' .
1.5.Контрольные вопросы
1.В чем отличие режима бегущих волн от режима стоячих волн, при каких условиях они реализуются?
2.Почемудлина волны в волноводеотличаетсяот длины волны в свободном пространстве?
3.Что такое согласование, и какими способами оно достигается?
4.На чем основан метод определения полных сопротивлений с помощью измерительной линии?
5.Каковы основные источники погрешности при определении полного сопротивления с помощью измерительной линии?
6.Как с помощью круговой диаграммы определить полное сопротивление и проводимость нагрузки?
7.Что такое одномодовый режим работы волновода, и при каких условиях он реализуется?
Лабораторная работа № 2
ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ С ПОМОЩЬЮ ПАНОРАМНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ КСВ И ЗАТУХАНИЙ
Цель работы: изучениехарактеристиккоаксиального кабеля и приобретение практических навыков использования векторного анализатора цепей.
2.1. Основные положения
Используемый в данной работе векторный анализатор цепей «Обзор TR1300/1» (далее – «анализатор цепей») производства фирмы ООО «ПЛАНАР» предназначен для исследования передаточных характеристик радиочастотных цепей в частотном диапазоне от 300 кГц до 1300 МГц при значениях передаваемой мощности от –55 дБм до +26 дБм. Векторный анализатор цепей
7
позволяетосуществлятьизмерениечастотныхзависимостейамплитуды,фазы, коэффициентастоячей волны,вещественной и мнимой части величины сопротивления, группового времени задержки для прошедшего и отраженного радиосигналов.
2.2. Описание экспериментальной схемы
Блок-схема установок для измерения параметров коаксиального кабеля «на проход» и «на отражение» показаны на рис. 2.1, а, б, соответственно. Всоставустановкивходятследующиеосновныеэлементы: 1 – векторный анализатор цепей; 2 – управляющий компьютер; 3 – исследуемый коаксиальный кабель; 4 – коаксиальный тройник; 5 – аттенюатор (согласованная нагрузка).
2
Порт 1
1 |
3 |
Порт 2
а
2 |
|
|
5 |
Порт 1 |
4 |
1 |
3 |
Порт 2
б
Рис. 2.1
8
Рассмотрим эквивалентную схему тройника с подключенными аттенюатором и кабелем. При этом длиной тройника и затуханием в коаксиальном кабеле пренебрежем. В случае, если напряжение падающей волны в сечении
тройника x = 0 есть Uпад(0) (рис. 2.2 и 2.3), то напряжение падающей волны на конце отрезка коаксиальной линии длиной l будет составлять Uпад(l) =Uпад(0)exp(−iβl), где β– постоянная распространения волны в коак-
сиальном кабеле. Так как в рассматриваемом случае на конце коаксиальной линии осуществляется режим холостого хода, то там наблюдается максимальное значение полного напряжения и ноль полного тока.
С другой стороны, от разомкнутого конца линии должна отражаться полностью вся мощность, падающая на него. Отсюда можно сделать вывод, что модуль комплексного коэффициента отражения
|
|
βl=m |
I |
I |
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
ll |
|
|
|
а |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
βl=mπ +π/2 |
1 |
|
3 |
|
|
|
|||
|
U |
|
I |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
βl=(m + 1)π |
I |
|
|
|
|
|
|
||
U |
I |
z |
Z |
|
Z |
|
||||
U |
|
|
|
|
z0 |
0 |
Z |
Z |
||
|
|
|
|
|
|
22 |
|
33 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
x |
|
l |
|
|
в |
Рис. 2.3 |
|
Рис. 2.2 |
||
|
9
Γ = Γ exp(−iφ) =Uотр /Uпад равен единице (иначе бы отражалась не вся мощ-
ность), а фаза коэффициента отражения ϕ = 0 (т. е. отражение волны напряжения происходит без изменения знака, и наблюдается максимум напряжения на
конце линии). Таким образом, Uотр(l) =Uпад(0)exp(−iβl).
Отраженная волна напряжения распространяется от конца линии навстречу падающей волне. Зная токи напряжения в каждой точке линии передачи можно определить входное сопротивление отрезка коаксиальной линии как
Zвх =U (0) / I(0) = −iZ0 ctg(βl). |
(2.1) |
Таким образом, можно представить рассматриваемый тройник с включенными в его плечи отрезком коаксиального кабеля и согласованной нагрузкой в виде параллельного соединения двух сосредоточенных сопротивлений (рис.2.4),т.е.со стороныплеча1,котороеимеетволновоесопротивление Z0 ,
будет наблюдаться параллельное включение двух входных сопротивлений плечей2 и3.Входноесопротивлениеплеча 2 – Z2 = Z0 ,таккакононагружено
на согласованную нагрузку (аттенюатор и детектор) и поглощает всю мощность, падающую на нее, а входное сопротивление плеча 3 (коаксиальный кабель) Z3 = Zвх (2.1). Тогда входное сопротивление всего тройника можно
определить обычной формулой для параллельного соединения сопротивлений:
Zвх = Z2Z3 / (Z2 + Z3). |
(2.2) |
Одно из параллельно включенных сопротивлений является частотно-не- зависимым (Z2 ), а второе ( Z3 ) зависит от постоянной распространения (вол-
нового числа) в коаксиальной линии β = 2π/λ, где λ – длина волны в линии, являющаяся частотно-зависимой: λ = с/(
εr f ), где εr – диэлектрическая
проницаемость диэлектрика кабеля. Соответственно, частотно-зависимым оказывается и коэффициент отражения от тройника со стороны плеча 1:
Γ =( Z2Z3 / (Z2 + Z3 ) − Z0 )/ ( Z2Z3 / (Z2 + Z3 ) + Z0 )= |
|
||||
|
|
|
= −1/ [1−2ictg(βl)], |
(2.3) |
|
а его модуль, измеряемый в работе: |
|
|
|||
|
Γ |
|
= 1/ (1+ 4ctg2 |
(βl))1/2 . |
(2.4) |
|
|
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|||