2015-02-18
1709
Измерения параметров цепей в СВЧ-диапазоне имеют ряд особенностей. При измерении в СВЧ-диапазоне необходимо учитывать два основных фактора:
• соизмеримость длины волны колебания с геометрическими размерами элементов;
• наличие пространственного электромагнитного поля в линиях передач, которое и является основным носителем электрической энергии.
Рис.1 Режимы работы измерительных линий
К СВЧ-устройствам относят: коаксиальные, волноводные и полосковые тракты (линии передач), двухполюсные, четырехполюсные и многополюсные устройства, работающие на частотах от 300 МГц до 300 ГГц.
Измеряют параметры СВЧ-устройств двумя способами: с помощью измерительной линии анализируют распределение электромагнитного поля в СВЧ-тракте и расчетным путем определяют искомые параметры; посредством автоматических измерителей панорамного типа, основанных на раздельном измерении падающей и отраженной электромагнитных волн, визуально наблюдают процессы, происходящие в исследуемых цепях. Поскольку размеры СВЧ-узлов измерительной линии соизмеримы с длиной волны электромагнитных колебаний X, то в ней, в зависимости от характера нагрузки, устанавливаются режимы бегущих, стоячих или смешанных волн (их положительных значений, полученных после детектирования), как показано на рис. 1.
|
|
|
Основные параметры СВЧ-устройств: длина волны; волновое (характеристическое) сопротивление р; затухание (потери); максимальная мощность. Из теории длинных линий известно, что для описания свойств СВЧ-двухполюсников вполне достаточно знать комплексный коэффициент отражения (проще, коэффициент отражения) в рабочем диапазоне частот и волновое сопротивление тракта, на котором он сконструирован. Волновое сопротивление относится к вторичным параметрам длинных линий, практически полностью определяется конструкцией тракта и находится расчетным путем по его геометрическим размерам.
Для полной передачи мощности СВЧ-колебания от генератора к нагрузке необходимо, чтобы ее сопротивление было активным и равнялось волновому сопротивлению линии: ZH = RH =ρ. Такую нагрузку называют согласованной.
Комплексный коэффициент отражения определяют как отношение комплексной амплитуды напряжения волны, отраженной от нагрузки, к комплексной амплитуде напряжения волны, палаюшей на нее:
— фазовый угол коэффициента отражения; Ео и Еп — комплексные амплитуды соответственно отраженной и падающей волн; lсм — величина смещения первого минимума относительно конца линии при нагрузке (рис. 1).
Коэффициент отражения характеризует степень согласования линии с нагрузкой. Фазовый угол коэффициента отражения определяют по значению смещения l см первого минимума относительно конца линии. Коэффициент отражения находят через параметры нагрузки и волновое сопротивление измерительной линии 
:
|
|
|
где L и С — соответственно индуктивность и емкость измерительной линии на единицу длины; ZH — комплексное сопротивление нагрузки.
Модуль коэффициента отражения можно определить через параметры электромагнитного поля линии, которые выражают через коэффициент бегущей волны (КБВ) или коэффициент стоячей волны (КСВ). Коэффициенты бегущей и стоячей волн связаны как Кбв= 1/Ксв И соответственно равны:
где Emin, Emax — соответственно минимальная и максимальная действительные амплитуды смешанной волны (рис. 17).
Совместное решение уравнений позволяет найти активную RH и реактивную Хн составляющие полного сопротивления ZH = RH +jXН нагрузки:
