2. Metoды измерения параметров, характеризующих дисперсию и затухание волн в волноводе

Зависимость фазовой и групповой скоростей от частоты f характеризуются выражениями (7) и (8), а затухание на рабочей частоте определяется no выражению (19). Поэтому при экспериментальных исследованиях дисперсионных свойств волновода необходимо измерить рабочую частоту f, длину волны в свободном пространстве , длину волны в волноводе и коэффициент бегущей (стоячей) волны КБВ (КСВ).

Длину волны в волноводе на каждой рабочей частоте генератора измеряют при помощи измерительной волноводной линии как удвоенное расстояние между двумя соседними уздами напряженности поля (рис.6)

. (20)

Для точного определения положения каждого минимума рекомендуется пользоваться методом вилки.

Рис.7.

Для этого, перемещая зонд измерительной линии с детекторной секцией вдоль оси волновода находят точки и по обе стороны от минимума (узла), где показания индикатора оказываются одинаковыми. Положение минимума определится из соотношения:

. (21)

Рассчитав по формуле (20) длину волны , рассчитывают по частоте генератора f длину волны в свободном пространстве:

, (22)

где С – скорость света.

Поскольку шкала частот на генераторе может не соответствовать истинной частоте генерируемых колебаний, то длину волны в свободном пространстве можно определять по измеренной :

, (23)

где а=72,14 мм – размер широкой стенки волновода.

Для определения затухания на рабочей частоте необходимо измерить КБВ (КСВ) и длину волновода l, замкнутого на конце. Существует несколько методов измерения КБВ при помощи волноводной измерительной линии.

Зонд измерительной линии плавно перемещается вдоль оси волновода и измеряется выпрямленный ток детектора, связанный с приложенным высокочастотным напряжением нелинейной зависимостью

где К и Р – параметры, зависящие от свойств детектора, режима его работы и в первую очередь от величины U. Поэтому при измерениях КСВ или КБВ необходимо снимать градуировочную кривую детектора. Эта задача усложняется при работе в полосе частот, так как детектор имеет еще и частотную зависимость. Однако да практике исходят из того, что при малых значениях переменного напряжения всякий детектор имеет квадратичную характеристику I_дет.=kU². При работе на квадратичном участке характеристики детектора

(25)

Опыт показывает, что для современных стандартных кристаллических детекторов это выражение оказывается справедливым, если ток детектора в максимуме не превышает 30 мкА (значения КСВ<10). При значениях КСВ>10 необходимо учитывать градуировочную кривую детектора. Однако в этом случае возможны ошибки при определении максимального значения поля, так как зонд измерительной линии в максимуме поля оказывает сильное влияние на отбор высокочастотной мощности. При исследовании короткозамкнутой линии с малыми потерями в диапазоне частот этот метод дает большие ошибки. Существует еще одни способ измерения КСВ, причем непосредственно в децибеллах. При измерениях необходимо иметь градуированный в децибеллах аттенюатор на выходе генератора. Зонд измерительной линии устанавливается в узле поля и записываются положения аттенюатора А_узла (дБ). Затем зонд перемещают в пучность поля и с помощью выходного аттенюатора добиваются на индикаторе значения поля, равного значении поля в узле. Записываются полученные таким образом значения аттенюатора А_пучн (дБ). Значения КСВ определяются как разность КСВ=А_пучн–А_узла ,

соответственно КБВ = А _узла – А _пучн..

Здесь действие деления по формуле (25) заменяется при определении коэффициентов КСВ и КБВ простым вычитанием. Этот способ в лабораторной работе не применим из-за отсутствия градуированного аттенюатора в исследуемом диапазоне частот. От указанных недостатков свободен метод измерения больших КСВ, основанный на измерении ширины узла Z вблизи минимума стоячей волны [4]

(26)

где все обозначения понятны из рис.6, а величина М рассчитывается по значениям суммарного поля в точках Z_1,2 и в точке l_{1,2 min};

. Величиной М можно задаться, исходя из удобства измерений. При квадратичном детекторе удобно принять М=2, тогда ширина узла Z определится точками, где показания индикатора ровно в два раза превышают показания в минимуме (узле) суммарной волны

Z = Z₂ – Z₁.

В таком случае формулу (25) можно преобразовать к виду

(28)

Измерение «по ширине узла» значения коэффициента бегущей волны для определения коэффициента затухания  по выражению (20) необходимо перевести в децибеллы

КБВ (дБ) = – 20 lg КБВ (измер.)

При измерениях необходимо обеспечить высокую точность отсчета положения зонда в измерительной линии при помощи микрометрической головки на каретке, так как «ширина узла» может составлять доли миллиметра.