Способ градуировки ослабителей (аттенюаторов) на сверхвысоких частотах (СВЧ) Советский патент 1956 года по МПК G01R27/28 H01P1/22 

Известны следующие способы градуировки ослабителей па СВЧ.

1.Супергетеродинный, или способ замещения по промежуточной частоте, который требует наличия сложной аппаратуры и чувствителен к помехам вследствие большогоЗсиления по промежуточной частоте.

2.Способ, основанный на использовании квадратичного участка характеристики детектора, термистора или болометра (способ замеихения по видеочастоте). Аппаратура проста, ио необходима проверка вида характеристикичувствительного элемента и ограничен диапазон измеряемых затуханий - тю более 20-7 30 дб одно41 ступенью.

3.Способ, предполагающий использование измерительной линии, коротко замкнутой на одном конце («Способ стоячих волн), чмест

малую точиость и пригоден лишь для измерения малых затуханий - до 10 дб- одной ступенью.

4.Способ измерения полных сопротивлений основан на зависимости величины полного сопротивления устройства, состоящего из подвижного короткозамыкающего поршня и градуируемого ослабителя, от величины затухания последнего. Способ

очень трудоемок, так как для измерения ве.чичииы полного сопротивления в каждой точке (при каждом значении затухания ослабителя) необходимо сделать 10-12 отсчетов по измерительной линии (при 10--12 положениях короткозамыкающего поршня) и построить круговую диаграмму. Кроме того, при измерении малых затуханий необходимо измерять большие коэффициенты стоячих волн напряжения (КСВН) в линии, что возможно лишБ- при знании вида характеристики детектора измерительной линии, а измерение больших затуханий связано с измерением КСВН, близких к единице, и при существующей точности измерительных линий сопряжено с большими ошибками. Практически этим способом измеряют затухания до io- 18 дб.

Предлагается вместо короткозамыкаюшего поршня нагрузить градуируемый ослабитель специальным блоком отражения.

Принципиальная блок-схема установки показана на фиг. 1, где / генератор в режиме непрерывны.х колебаний; 2 - измерительная линия; 3 - градзируемыи ослабитель; 4 - блок отражения: 5 - усилитель переменной составляющей.

Блок отражения представ ягч собой элемент тракта, коэффищк-м; г отражения которого Г (I) ric-piicvii; чески меняется о частотой --.

Блок отражения может быть как механическим (движущийся яггырь, вращающаяся зубчатка). так и электрическим (с использованием газового разрядника, феррита и т. и.).

Тогда при использован и генератора, работаюплего в режиме немодулированных колебаний, в тракте будут распространяться следующие волгсы.

1.Прямая немодулир0 5янная вол;1а, бегущая от генератора к блоку отр а жен и я.

2.Отраженная немодулированная волна, амплитуда которой определяется Еи:еми источниками переменных отражений в тракте и не может быть определена теоретически.

3.Отраженная модулированная волна, амплитуда которой зависит от переменной части коэффипиента отражения блока отражений н от затухания градуируемого ослабителя.

Переменную часть коэффициента отражения блока отражений можно представить в виде ряда:

-. TI cosS.n + Г., cos {2Ш + 92)...

Если между генератором и градуируемым ослабителем поместить измерительную линию, а к детектору линии подключить электроизмерительный прибор переменного тока, настроенный на частоту -- и не реагирующий на частоты 2 Q, 3 Ц и т. д., то амплитуда отраженной модулированной волны будет равна Аи Q где Q - коэффициент передачи ослабителя по напряжению, т. е. амплитуда этой волны завнсит от затухания градуируемого ослабителя, равного lOlg (Q).

Итак, переменная часть тока детектора измерительной линии обусловлена только волной .

Однако детекто{) реагирует и па волны / и 2, создающие постоянную составляющую тока детектора, нерегистрпруемого электроизмерительным прибором. Еслн потребовать, чтобы коэффициент отражения блока отражений не превышал 0,1, то амнл1ггуда волны 3 будет даже при нулевом затухании градуируемого ослабителя па 20 до меныне аьиълитуды тзолны /.

Пели проБССтн аналогию с детс;-;тором, работаюид.п.м в качестве смесителя в 1 р;1смнике СВЧ, то мож.ч(.) считать, что волны / и 2 нграют роль снгналк oi гетсроднна, o,i-;; 3 играет ро.ль принимаемого ciirn-.;,ia, а в 5езу.1ьта1с преобразован выделяется «промежуточная частота - 2, т. е. детектор измерительной лннии, регистрнрующий интерференционную картину во:п- 7, .2 и 3, работает в режиме линейного нреобразования (при указанных вьпие соотношениях амплитуд волн / и ).

Ввиду наличия интерференции волн 1, 2 и 3 амплитуда переменной компоненты тока детектора завнс гг от амплитуд волн 1, 2 и 3 и отсдвнга фаз между ними, а следовательно, и от местоноложения приемного устройства измерительной линии (зонда).

Волны 2 и идут в одном направлении и, следовательно, сдвиг фаз между ними постоянен и равен ,

Сл1виг фаз между волнами 1 н 3

4т.х , равен -----f

где X - положение зонда линии;

А - длина волны в. волноводе;

f - начальная фаза. Окончательная, переменная, компонента, регистрируемая электроизмерительным прибором, переключенным к детектору нзмерите.льной .линии, имеет вид:

(д.) -. const Q-r, {cos (- -I- -j) V, , V /./

-г йцСОЗ pi I COS L/ ,

где 3g - полный (немодулируемый) коэффициент отражения тракта.

Перемещая зонд измерительно; .линии вдоль тракта, можно оп кделить:

),;w.t (х)т.;

Очевидно, что Л. среднее .,)-,- constQv,.. COllSl Q-.

Так как при градуировке ослабите.тей обычно с пределяют их затухание отноеительно начального, знание г.еличнны const не требуетея и атух;:иие може1 быть определено по фурмуле:

(л) cpc.iiiee 1

(х} среднее 2

1де /-.1-1 ереднее 1 -- показание электроизмерительного прибора ири начальном затухании ослабителя; V(x) ереднее 2-также, при измеряемом затухании оелабителя.

Понутно имеем для определения сЬазы:

д;,

где Xi и Х2 - точки, в которых напряжения на зонде измерительной .тинии равны нулю.

Таким образом, предлагаемы; способ отличается от способа измерения полных сопротивлений применением блока отражений и, как следствие, применением генератора иемодулированных колебаний и здектроизмерительного прибора, регистрирующего только переменную составляющую тока детектора измерительной линии.

В результате вместо трудоемкого измерения полного сопротивления достаточно измерить отнощение двух напряжений Vf.rj среднее 1 и У .v) сренее 2, кроме того, так как амп.титуда волпы 1 па детекторе измерительной линии легко может быть сделана равной- 250 милливольт, а электроизмерительный прпбор может регистрировать напряжение в 2-5 микровольт, то возможно производить градуировку при ве.тичинах /(л ) среднее от 2-5 микровольт до 25 милливольт, что соответствует диапазону измерения затуханий в 3 :-; 40 (16.

ипе д мет и з о б р е т е п п я

1. Споеоб градуиропк): ослабителей (аттенюаторов) на сверхвысоких частотах с помощью установки, состоящеГ пз генератор; СВЧ )чС).теба u;ii, ;змепптельной .ашипг. содержащей детектор, град lipyeMoro ослабите.пя, нагрузки и элсктроизмер; тельмого прибора, подключенного к детектору . линии, и использующей завпсимость амплитуды и фазы волны, отраженной от нагрузки (а следовательио,и полного сопротивлешш нагрузки), от ве.тичины затухания градуируемого ослабителя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, е целью уменьшения затраты времени иа производетво измерений и раснпгрения диапазона измеряемых велич1 н затухания, применяется генератор немодулированных колебаний СВЧ в сочетании с электроизмерительным прибором, измеряюищм только переменную компонент тока детектора измерите льной линии, в качеетве нагрузки для градуируемого оелабителя применяется блок отражения - элемент тракта СВЧ, коэффициент отражения которого периодически изменяется, а вместо измерения полного сопротивления нагрузки находят путем перемещения зонда измерительной линии (с помощью вышеуказаниого электроизмерительного ирибора) макеимальные и минимальные значения переменной компоне 1ты тока детектора линпп при начальном и при измеряемом затухании градуируемого аттенюатора, затем определяют по найденным данным средние значения переменных компонент тока детектора для указанных двух случаев и по ним искомую величину затухания.

2. Споеоб ио п. 1, от.тичаюнд, и и с я тем, что, с целью измерения иолпого затухания ослабителя (с учетом начального затухания) к установке с иомоцью иапраз. юнiioro ответвителя, расположенного между измерительной линией и градуируемым ослабителем, подключается дополнительное устройство, состоящее из второго блока отражения и ослабителя с точной шкалой, служащее для создания переменной компоненты тока детектора линии, равной по величине переменной компонен ге, создаваемой основным блоком отражения при отсутствии в тракте градуируемого ослабителя

(замене его отрезком тракта равной длины) и используемой в дальнейщем, при градуировке, в качестве начального значения переменной компоненты тока детектора (т. е. при нулевом значении затухания градуируемого ослабителя включается дополните«чьный блок отражения, а при измеряемой величине затухания дополнительный блок отражения выключается, а вк.1ючается основной) .

Фиг.