Материал: Sb96658

Поясним этот факт подробнее. Пусть частота сигнала fn генератора такова, что стоячая волна напряжения (см. рис. 2.3, а) имеет максимум в х = 0. Это наблюдается при частоте, для которой βl = mπ, где m = 0, 1, 2, …, т. е. когда на длине коаксиального кабеля укладывается целое число полуволн. Тогда следует, что на данных частотах в х = 0 имеется ноль полного тока. Таким образом, входное сопротивление отрезка кабеля на этой частоте бесконечно велико и подводящая линия оказывается нагруженной только на согласованное сопротивление Z2, т. е. Zвх = Z2 [см. (2.2)]. Это означает, что коэффици-

ент отражения на входе тройника Γ = 0, и вся мощность от генератора уходит в плечо 2.

Теперь представим, что частота сигнала такова, что на входе отрезка кабеля имеется ноль полного напряжения. Это наблюдается на частоте, для которой βnl = nπ + π/2, где n = 0, 1, 2, …, например, для случая βl = π + π/2 (см. рис. 2.3, б). Полный входной ток на данной частоте по абсолютному значению I(0) = 2Uпад(0) / Z0 ≠ 0 , и входное сопротивление кабеля Z3 = 0. Следовательно, подводящая линия оказывается короткозамкнутой на конце Zвх = 0

[см. (2.3)] и модуль коэффициента отражения Γ максимален [Γ = – 1, см.

(2.3) и (2.4)].

Таким образом, модуль коэффициента отражения при изменении частоты (волнового числа) будет принимать максимальные и минимальные значения:

Качественная картина изменения модуля коэффициента отражения Γ от частоты приведена на рис. 2.4.

11

1

f

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Приналичиизатуханиявкабелекоэффициентотражениявmaxменьше 1, а в min больше 0. Измеряя коэффициент отражения в max и min можно определить затухание кабеля:

КСВmax =UП +U0max . UП −U0max

Надо учесть второе плечо, где часть мощности уходит, так как

Определим значения волновых чисел, соответствующих двум соседним

∆β =βm+1 −βm = 2π(fm+1 − fm )εr /c .

Вто же время в соответствии с (2.5), βml = mπ, βm+1l =(m+1)π, или ∆β =

=π/l. Отсюда получим

Определим время группового запаздывания сигнала τ в отрезке коаксиального кабеля длиной l при распространении волны в прямом и в обратном направлениях, воспользовавшись известным соотношением для групповой скорости vg = ∂ω/ ∂β ≈ 2π∆f /∆β. Тогда τ = 2l / vg ≈ 2l∆β/(2π∆f ).

Выберем изменение волнового числа между двумя соседними миниму-

Итак, следовательно, измеряя частотную характеристику результирующей амплитуды двух интерферирующих сигналов, можно определить разницу группового времени запаздывания одного сигнала относительно другого (в данномслучаепадающегои отраженного сигналовнавходекоаксиальногокабеля).

2.3.Порядок выполнения работы

1.Изучить устройство и принцип действия векторного анализатора цепей «Обзор TR1300/1» производства фирмы ООО «ПЛАНАР».

2.Включить панорамный «Обзор» и подготовить его к работе согласно инструкции.

13

3.Включить на компьютере программу TRVNA. Включить режим свипрования анализатора цепей по частоте (меню «Стимул» => «Запуск»). Задать частотный диапазон свипирования от 300 кГц до 1300 МГц, установив соответствующие значения внизу экрана у позиций «Старт» и «Стоп». Установить выходную мощность равную –10 дБм (меню «Стимул» => «Мощность» => правое выпадающее меню). Задать число точек при измерении равным 2000 (меню «Стимул» => «Число точек» => правое выпадающее меню).

4.По указанию преподавателя провести калибровку анализатора цепей.

5.Измерить рулеткой длину короткого кабеля № 1.

6.Собрать измерительную установку согласно рис. 2.1. а, подключив короткий кабель № 1.

7.Провести измерения передаточной характеристики, фазочастотной характеристики и группового времени задержки коэффициента передачи в диапазоне частот, указанном преподавателем. Для этого на экране анализатора щелчком мышки нажать на тип измерений «S11» и выбрать тип измерений «S21».Переключениемеждутипомизмеряемой характеристикипроизводится аналогично, путемнажатиянасоседний индикатор «Ампл. лог» и выбором соответствующих пунктов: «Ампл. лог» (передаточная характеристика); «Фаза расш» (фазочастотная характеристика); «ГВЗ» (групповое время задержки). Все вышеперечисленные характеристики записать в виде соответствующих файлов с расширением «*.csv». Для этого необходимо, выставив на экране соответствующую зависимость, выйти в главное меню прибора путем нажатия правой верхней кнопки в меню и выбрать «Система» => «Сохранить» => «Сохранить данные графика».

8.Собрать измерительную установку согласно рис. 2.1. б, подключив короткий кабель № 1.

9.Провести измерения передаточной характеристики и группового времени задержки коэффициента отражения в диапазоне частот, указанном преподавателем. Для этого на экране анализатора щелчком мышки нажать на тип измерений «S21» и выбрать тип измерений «S11». Измерения проводятся аналогично п. 7.

10.Подключить вместо кабеля № 1 длинный кабель № 2 и повторить измерения по п. 9.

11.Рассчитать среднюю диэлектрическую проницаемость εr диэлектрика

кабеля № 1 по результатам измерения 5–6 максимумов или минимумов.

14

12. Рассчитать среднюю диэлектрическую проницаемость εr диэлектрика кабеля № 1 по результатам измерения его фазочастотной характеристики.

13.Пользуясь полученными значениями диэлектрической проницаемости, рассчитать длину кабеля № 2. По измерениям частот 5–6 максимумов и минимумоврассчитатьвремягруппового запаздываниядлякабелей № 1 и №2

исравнить их с результатами измерений в п. 7 и п. 9.

2.4.Содержание отчета

1.Схемы экспериментальной установки.

2.Тип и основные характеристики использованной аппаратуры.

3.Краткое описание объекта исследования.

4.Таблицы и графики зависимостей передаточных характеристик, группового времени задержки и фазы от частоты.

5.Расчетные соотношения и результаты расчета характеристик кабелей № 1 и № 2 (определить диэлектрическую проницаемость из измерений характеристик кабеля № 1 и длину кабеля № 2 по полученному значению диэлектрической проницаемости).

2.5.Контрольные вопросы

1.Объяснить принцип действия работы векторного анализатора цепей.

2.Какую информацию об исследуемом объекте несут частотные характеристики фазы, группового времени задержки и ослабления?

3.Имеется ли связь между характеристиками группового времени задержки и ослабления?

4.Объяснитьпроисхождениеосцилляцийнахарактеристикахгруппового времени задержки и ослабления.

5.Пояснить связь длины кабеля и вида фазочастотной характеристики.

6.Как определить групповое время запаздывания по частотным характеристикам коэффициента ослабления, наблюдаемым в данных экспериментах?

7.Какоевлияниеоказываетзатуханиеволны вкабеленахарактеристики коэффициента отражения?

15