Измерение входных сопротивлений. Основные погрешности измерения

4. Измерение входных сопротивлений

Входные сопротивления (проводимости) линий с нагрузкой являются комплексными величинами и характеризуются двумя независимыми составляющими вещественной и мнимой частями или модулем и фазой. Поэтому Z_exможет быть экспериментально определено также через две независимые величины, которые должны быть измерены.

Наиболее распространенный способ измерения Z_вхоснован на измерении КБВ в линии (К) и расстояния между узлом напряжения (поля Е) и сечением линии, где измеряется Z_ex.  Пара этих параметров позволяет с помощью круговой диаграммы

определить входное сопротивление в выбранном сечении линии. В частности, это сечение может совладать с концом линии, то есть с ее нагрузкой.

Для измерения К и    чаще всего используют  так называемые измерительные линии. Они представляют собой отрезок жесткой линии того же типа, что и основной тракт, который включается последовательно в разрыв тракта (рис. 74). Сочленения измерительной линии с трактом не должны вызывать заметных отражений.

Вдоль измерительной линии в пределах не меньше  перемещается каретка с зондом (штырем), введенным через узкую продольную щель внутрь линии. Щель вырезается в той области стенки, где отсутствуют поперечные токи. В коаксиальных линиях такие токи вообще отсутствуют, а в прямоугольных волноводах щель должна вырезаться посередине широкой стенки.

Зонд отбирает небольшую долю мощности, практически не искажая структуры поля внутри линии. От зонда высокочастотная энергии подается в резонансный контур, а затем на детектор. Постоянная составляющая тока детектора измеряется прибором постоянного тока, являющимся индикатором

Перемещая каретку вдоль измерительной линии, можно наблюдать распределение поля вдоль линии. Отмечая при этом максимальные и минимальные отклонения индикатора а_макс и а_мин  и пересчитывая их через градуировочную кривую U=f(а) (рис. 75) в значениях U_макс и U_мин можно получить измеренную величину КБВ

.                                            (68)

Если детектор имеет характеристику, близкую к квадратичной

 или , то КБВ может вычисляться как

.

Остается измерить расстояние от узла поля до выбранного сечения (Z_вх). С помощью обычного мерительного инструмента (штангель, линейка) не может быть получена необходимая точность из-за ошибок измерения электрической длины изогнутых линий или линий, заполненных диэлектриком. Поэтому измерение длины производится электрическим способом. Для этого в выбранном сечении, где определяется Z_вх, устраивается короткое замыкание.   Тогда в линии устанавливается стоячая волна с узлами, чередующимися   через   каждые , где  — длина волны в линии данного типа. По крайней мере, один из этих узлов наблюдается и на участке измерительной линии. Он отыскивается с помощью зонда, и его положение, отмечаемое на шкале перемещения каретки, принимается за сечение искомого Z_ex. Действительно, указанное сечение в измерительной линии отстоит от сечения измеряемого Z_ex на целое число полуволн. Поэтому входные сопротивления (без учета затухания) в обоих этих сечениях одинаковы.

Таким образом, искомое расстояние  между сечением Z_exи узлом напряжения при включенной нагрузке просто равно расстоянию на измерительной линии между узлами при опытах короткого замыкания и с нагрузкой.

По круговой диаграмме с помощью двух величин К и  определяется значение Z_ex , этом поворот на угол производится в зависимости от взаимного расположения выбранных узлов. Если после короткого замыкания при включении нагрузки отмечается величина смещения узла в сторону от генератора, то на круговой диаграмме поворот следует производить по часовой стрелке, и наоборот.

Для более точного измерения положения узла напряжения можно применять отсчет методом вилки. Если значение К оказывается слишком низким, то есть меньше 0,2÷0,1, то точность измерения КБВ обычным способом ухудшается. В этих случаях рекомендуется производить измерение К по ширине узла напряжения t на уровне  (для квадратичного детектора на уровне ) (рис. 76). В этом случае КБВравен

.                                                              (69)

Градуировка нелинейного элемента-детектора производится в принципе так же, как и при измерении диаграмм направленности. Особенность состоит лишь в том, что очень часто вместо калиброванного аттенюатора для регулировки входного сигнала на детекторе может быть использована стоячая волна в линии, образующаяся при чисто реактивной нагрузке (например к з )

При этом напряженность поля вдоль линии изменяется па известному закону стоячей волны .

Задавая определенные положения каретки zи, следовательно, значения U, можно получить соответствующие значения а и построить градуировочную кривую U=f(a).

Основные погрешности измерения обусловлены

а) влиянием перемещения зонда на режим генератора (мощность, частота) за счет отражения от зонда, б) изменением глубины погружения зонда и его положения относительно стенок щели при перемещении каретки вдоль линии, в) нарушением градуировки прибора вследствие старения-детектора.

Для ослабления влияния перемещения зонда на режим генератора в схему рис. 74 между генератором и линией включается развязывающий аттенюатор.

Постоянство глубины погружения зонда и стабильность его емкости на стенки линии зависят от качества механизма перемещения каретки. Поэтому для ослабления этого фактора необходима достаточно совершенная система перемещения каретки.

Наконец, ошибка от нестабильности градуировки детектора устраняется путем периодической перепроверки ее.

Обычно суммарная точность измерения средних и высоких значений КБВ на измерительных линиях составляет около ±5%.