Лабораторная работа № 5 Исследование и измерение параметров цепей с распределенными постоянными

5.1. Цель работы

5.1.1. Познакомиться с практическими схемами в цепях с распределенными постоянными. Основными измеряемыми величинами являются параметры,

характеризующие режим в линии передачи, а так же сопротивление нагрузки рефлектометром.

5.1.2. Исследовать основные характеристики измерителей полных сопротивлений:

– перекрытие диапазона частот;

– пределы измерения КСВ;

– погрешность измерения КСВ.

5.1.3. Получить практические навыки по статистической обработке результатов измерений.

Рекомендуемая литература [1, 6, 7].

5.2. Краткое описание измерителя полных сопротивлений рефлектометром

5.2.1. Определить полное сопротивление нагрузки можно, измерив модуль коэффициента отражения с помощью рефлектометра и фазу коэффициента с помощью фазометра.

5.2.2. В этой лабораторной работе измеряют модуль коэффициента отражения с помощью рефлектометра.

Рефлектометр, структурная схема которого изображена на рис. 1, содержит

два направленных ответвителя, один из которых реагирует на падающую, а второй – на отраженную волны, а так же две детекторные головки.

_{Измеритель отношений}

Детекторная головка

Детекторная головка

Измерительный генератор

Направленный ответвитель

Направленный ответвитель

Аттенюатор СВЧ тракт Объект исследования

Рис. 1. Структурная схема рефлектометра

Чтобы получить прямопоказывающий рефлектометр, в качестве показывающего прибора используют измеритель отношения. У этого прибора два входа. Один из них соединяется с выходом детекторной головки падающей волны, второй – с выходом головки отраженной волны.

Шкала измерителя проградуирована непосредственно в единицах модуля коэффициента отражения Г или КСВ, который был связан с коэффициентами отражения известной формулой

K_стU = (1+ Г) (1− Г)_{. (5.1)}

Для определения фазы коэффициент отражения между вектором ответвителем и нагрузкой включают фазометр.

Основные характеристики измерителей полных сопротивлений:

– перекрытие диапазона частот;

– пределы измерения КСВ;

– погрешность измерения КСВ;

– пределы измерения фазы коэффициента отражения;

– погрешность измерения фазы (при заданном КСВ);

– пределы индикации КСВ.

5.2.3. Рефлектометр (рис. 2) представляет собой прибор для измерения степени согласования линии питания с антенной и работает по принципу двухлампового индикатора. Рефлектометр имеет некоторые преимущества по

сравнению с измерительной линией.

Рис. 2. Основная схема рефлектометра

Петля связи рефлектометра связана с внутренним проводником коаксиальной линии индуктивной и емкостной связью. В случае точного согласования измерительный прибор в положении «прямая волна» должен показывать максимальное значение, а в положении «обратная волна» показание прибора должно быть нулевым. Однако здесь мы не будем приводить подробного описания конструкции рефлектометра, так как она довольно сложна с механической точки зрения и существуют схемы рефлектометров без использования в качестве основного элемента жесткой коаксиальной линии, которые больше приспособлены для работы.

5.3. Принцип действия и использование коаксиального рефлектометра

Если выход передатчика (генератора), кабель питания и точки питания антенны имеют одинаковое входное сопротивление, то имеет место полное

согласование, и прямая волна без отражений распространяется от выхода передатчика до антенны. В случае отсутствия полного согласования часть энергии

отражается от антенны и теряется в кабеле питания и оконечном каскаде передатчика.

Рефлектометр позволяет измерить как напряжение прямой, так и (при соответствующем положении переключателя измерительного прибора)

напряжение обратной, отраженной волны. Принцип действия рефлектометра очень прост. Он включается в разрыв линии передачи, причем расположение коаксиальных разъёмов В₁ и В₂ не имеет значения, так как рефлектометр по своим электрическим параметрам вполне симметричен. При работающем передатчике потенциометр регулируется так, чтобы при положении переключателя в положении «прямая волна» прибор давал полное отклонение, затем

переключатель ставится в положение «обратная волна» без изменения регулировки потенциометра и измеряется напряжение обратной волны. По полученным результатам измерений определяется коэффициент стоячей волны по формуле

_{Uпрям +Uотр}

КСВ = _{, (5.2)}

^U_прям ^−U_отр

где

^U_прям – напряжение прямой волны;

^U_отр – напряжение отраженной волны.

_{Предположим, что прибор имеет шкалу с 10 делениями и в положении}

переключателя «прямая волна» дает полное отклонение, а в положении «обратная волна» показание прибора равно 6.

Коэффициент стоячей волны, таким образом, равняется

_КСВ= ^{10+ 6} _{= 4,0. (5.3)}

^{10− 6}

При соотношении показаний прибора 10 к 2

_КСВ= ^{10+ 2} _{=1,5 . (5.4)}

^{10− 2}

_{При шкале прибора, имеющей 10 делений, соотношения напряжений 10:1;}

10:2; 10:3; 10:4; 10:5; 10:6; 10:7; 10:8; 10:9; 10:10

^(U прям

_{U )}

^отр

соответствует

значениям КСВ: 1,0; 1,2; 1,5; 1,9; 2,3; 3,0; 4,0; 5,7; 9,0; 19. Поэтому измерительный прибор может быть организован непосредственно в единицах КСВ.

5.4. Общие указания по эксплуатации

5.4.1. Измеритель КСВ 3S79-137/A является прибором, требующим аккуратного обращения и ухода в процессе эксплуатации.

5.4.2. Расположение прибора на рабочем месте – горизонтальное.

5.4.3. При эксплуатации необходимо следить за исправностью соединителей,

за чистотой соединителей, не допуская загрязнения поверхностей штырей и гнезд.

5.5. Указания мер безопасности

5.5.1. Перед началом работы с прибором необходимо внимательно изучить описание и инструкцию по эксплуатации, ознакомиться со схемой и конструкцией

прибора.

5.5.2. При эксплуатации прибора необходимо следить за исправностью кабелей. Работа с неисправным кабелем недопустима.

5.5.3. Измеритель КСВ 3S79-137/A по степени защиты от поражения электрическим током имеет 1 класс защиты по ГОСТ 12.2.007–0–75.

5.6. Содержание отчета

5.6.1. Цель работы.

5.6.2. Результаты измерения величины напряжения как прямой, так и обратной (отраженной) волны.

5.6.3. По полученным результатам вычислить КСВ с применением соотношений (5.3, 5.4).

5.6.4. Краткие выводы по полученным результатам измерений.

5.7. Контрольные вопросы

5.7.1. Для каких целей предназначен прибор КСВ 3S79-137/A?

5.7.2. По какому принципу и схеме построен КСВ 3S79-137/A?

5.7.3. В каком диапазоне можно измерять прибором КСВ 3S79-137/A?

5.7.4. Какие основные технические данные имеет используемый прибор

КСВ 3S79-137/A?

Библиографический список

1. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебник для вузов / В.И. Нефёдов, В.И. Хахин, Е.В Фёдорова и др.; под ред. В.И. Нефёдова. – М.: Высшая школа, 2001.

2. Генератор сигналов высокочастотный Г4-102. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

3. Дворяшин, Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения: учебное пособие для вузов / Б.В. Дворяшин. – М.: Радио и связь, 1993.

4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации измерителя добротности (Q-метр) ВМ560 (Е4-7).

5. Измеритель модуляции СКЗ-46. Техническое описание и инструкция по

эксплуатации. 2.740.010ТО, 1989.

6. Мирский, Г.Я. Электронные измерения / Г.Я. Мирский. – 4-е изд.,

переработанное и дополненное. – М.: Радио и связь, 1986. – 440 с., ил.

7. Ротхаммель, К. Антенны / К. Ротхаммель. – 3-е изд., дополненное. –

М.: Энергия, 1979. – 320 с., ил.