1. Цель работы

Целью данной работы является измерение основных параметров элементов передающих линий СВЧ тракта с помощью измерительной линии.

Задачи работы: изучить конструкцию измерительной линии, провести с ее помощью измерение длины волны, распространяющейся в СВЧ тракте, и КСВН различных коаксиальных элементов.

2. Параметры волн в свч тракте, измеряемые с помощью ил

Наиболее наглядными измерениями параметров компонентов в диапазоне СВЧ являются измерения, проводимые с использованием ИЛ, при этом могут быть измерены параметры элементов и материалов. Измерительные линии бывают коаксиальные (набор коаксиальных ИЛ перекрывает диапазон частот 0.5-40 ГГц). ИЛ подразделяются на коаксиальные (щелевые и бесщелевые) и волноводные (перекрывают диапазон частот 2.6-220 ГГц). Анализ картины волны в СВЧ тракте проводится методом подвижного зонда (с помощью ИЛ), посредством установки, функциональная схема, которой представлена на рис. 1. В зависимости от значения коэффициента отражения измеряемого объекта в измерительной линии устанавливается определенное распределение тока и напряжения. По измеренным значениям Uмакс и Uмин максимального и минимального напряжений в линии, а также по расстоянию между двумя соседними минимумами (L) можно определить КСВН согласно определению (1):

(1)

и длину волны в линии:

.

В выражении (1) величина |Г| - модуль коэффициента отражения.

Фазу коэффициента отражения _отр можно определить, если известно расстояние между положениями минимумов распределения полей, получаемых последовательно в двух случаях. В первом случае выход линии замкнут накоротко; во втором случае линия нагружена на измеряемый объект.

При распространении энергии от генератора к нагрузке результирующее распределение напряжения вдоль линии, получающееся при суммировании напряжений падающей Uпад и отраженной волн Uотр, имеет вид, близкий к виду стоячей волны.

Кроме КСВН, другим параметром, непосредственно измеряемым с помощью ИЛ, является фаза стоячей волны, определяемая положением экстремальных точек стоячей волны относительно плоскости подключения нагрузки (обычно определяется положением минимума). Т.к. непосредственно измерить положение минимума относительно плоскости подключения нагрузки с необходимой точностью практически невозможно, то фаза стоячей волны определяется измерением расстояния между положением минимума Lмin1 при коротком замыкании выходного конца линии и положением минимума Lмin2 при подключении измеряемой нагрузки к выходному концу ИЛ. Выражение для фазового угла коэффициента отражения в этом случае имеет вид:

(3)

Значение собственного коэффициента отражения ИЛ зависит от типа конструкции СВЧ тракта этой ИЛ, а также от степени точности её механической обработки и наличия остаточных механических дефектов.

Отличие в фазе двух ближайших друг к другу узлов напряжения (при одной и той же нагрузке тракта СВЧ) равно:

Формулу (3) можно применить для определения длины волны в тракте:

.

3. Общие сведения об измерительных линиях

К достоинствам измерительных линий относятся простота изготовления присоединительных фланцев и малые потери, позволяющие создавать измерительные линии даже для субмиллиметровых волн. Измерение параметров СВЧ нагрузок с помощью ИЛ сводится к сравнению полного сопротивления (импеданса) нагрузки с волновым сопротивлением передающего тракта ИЛ, которое служит эталонным импедансом. ИЛ можно охарактеризовать:

- диапазоном частот, в котором она может функционировать без возбуждения высших мод;

- волновым сопротивлением, которое для коаксиальных ИЛ связано с отношением внутреннего диаметра наружного проводника к диаметру центрального проводника D/d или сечением волновода ахb (для волноводной линии). Для коаксиальной линии волновое сопротивление может быть рассчитано по формуле:

_В= 139()^-1/2 lg (D / d),

где _В - волновое сопротивление в Омах, D - диаметр внешнего проводника, а d – внутреннего проводника;

• собственным КСВН;

• непостоянством коэффициента связи зонда с центральной полостью ИЛ;

• погрешностью измерения КСВН.

Примеры описания четырех типов ИЛ даны в таблице 1.

Таблица 1

Обозначение прибора	Диапазон частот, МГЦ	Характеристика СВЧ тракта Ом, D/d или	Основные параметры
			Собственный КСВН/ Непостоянство связи зонда,%/ Погрешн КСВН в %
Линии коаксиальные плоскостного типа
Р1-3	2500-10350	50 Ом; 16/4.6 мм	1.06/ (2-3)%/ 10%
Р1-34	2000-18000	7/3	1.07 (до 10 ГГц) 1.10 (до 18 ГГц)
Р1-2	1000-3750	50 Ом; 16/7; 10/4.3	1.05 (до 3.75 ГГц)/2% / 7%
Линии волноводные
Р1-4	7150-16670	28.5х12.6; 23х10; 17х8; 19х9.5	1.03/3%/ 5%

Размеры D и d определяют (при одной величине их отношения) диапазон частот и уровень допустимой передаваемой мощности (без возможности больших тепловыделений и электрических пробоев). В отечественной измерительной технике применяются в качестве линий передачи кабелей, параметры которых приведены в таблице 2.

Таблица 2

Волновое сопротивление, Ом	Тип кабеля	D, мм	d, мм	Коэффициент затухания на частоте, дБ/м	Верхняя граница диапазона частот, ГГц
50.34		16.0	6.95		7.51
75.2		16.0	4.6		3.0
50.34		7.0	3.04		18.0
50.34	РК-50-4-21	3.5	1.52		36

Данные волновые сопротивления рассчитаны для основной волны - волны типа ТЕМ. При частотах выше верхней границы имеет место эффективное распространение в коаксиальной линии высших типов волн, с соответствующим перераспределением мощности между всеми типами распространяющихся волн.

В качестве номинала градаций волнового сопротивления приняты целые значения волновых сопротивлений.

Распределение напряжения вдоль щелевого тракта может быть записано в виде:

где l-расстояние от зонда до входного конца ИЛ, х1 – расстояние от зонда до выходного конца ИЛ, j – мнимая единица,  - волновое сопротивление ИЛ,  - фазовая постоянная для ИЛ. Для исключения погрешностей, связанных с отражением от генератора, необходимо согласовывать генератор с линией. Практически это осуществляется включением согласованного развязывающего аттенюатора или ферритового вентиля.