8.4 Аппаратура и способы измерений параметров цепей с распределенными постоянными

8.4.1 Параметры цепей с распределенными постоянными

Как известно, к цепям с распределенными постоянными относятся цепи, геометрические размеры которых соизмеримы с длиной волны распространяющимся по ним колебаний. Примерами таких цепей, используемыми в РЭА, являются коаксиальные, волноводные, полосковые и микрополосковые устройства и линии передачи, работающие в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ).

Все основные элементы СВЧ трактов можно разделить на оконечные (нагрузки линий передач) и проходные (делители мощности, вентили и др.), которые можно рассматривать соответственно как двухполюсники и четырехполюсники.

Свойства двухполюсника, включаемого в линию передачи СВЧ сигнала (рис. 8.20), обуславливают режим работы линии передачи: бегущей волны, стоячей волны или смешанных волн. Для полной характеристики свойств двухполюсника необходимо знать их присоединительные (геометрические) размеры и полное электрическое сопротивление в рабочем диапазоне частот.

1 – источник сигнала; 2 – линия передачи (волновод); 3 – нагрузка (двухполюсник).

Рисунок 8.20 – Схема передачи СВЧ сигналов

Поскольку двухполюсник проектируется для работы с линией передачи, характеризуемой волновым сопротивлением , то удобно свойства двухполюсника характеризовать такими параметрами как и комплексным коэффициентом отражения в рабочем диапазоне частот , которые связаны с полным входным сопротивлением двухполюсника соотношением:

(8.7)

Параметр характеризует степень отличия Z_вх от волнового сопротивления линии передачи и несет информацию об относительном уровне электромагнитной волны, отражаемой от входа двухполюсника, а также о разности фаз между отраженной и падающей волнами: .

Как видно из выражения (8.7) при изменении Z_вх от Z₀ до нуля (короткое замыкание) или бесконечности (обрыв) модуль коэффициента отражения изменяется от 0 до 1.

Если фаза коэффициента отражения не интересует, то степень отличия Z_вх от удобно характеризовать таким параметром, как коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН):

К_стU=U_max/U_min=(1+|Г|)/(1−|Г|).

В режиме бегущей волны в линии передачи Г = 0, а К_СТU = 1. Режим стоячей волны устанавливается в линии при Z_ВХ = 0, Z_ВХ = или при Z_ВХ = Х или Z_ВХ = Х_С. Для этого режима Г = 1, К_СТU = .

Полное описание свойств четырехполюсника (рис. 8.21) осуществляется через коэффициенты матрицы рассеивания, называемые также S − параметрами:

Рисунок 8.21 – К определению параметров четырехполюсных цепей СВЧ

, где

	− коэффициент отражения от входа четырехполюсника;
	− комплексный коэффициент передачи в прямом направлении;
	− комплексный коэффициент передачи в обратном направлении;
	− коэффициент отражения от выхода четырехполюсника.

Если столь полная информация о свойствах четырехполюсника не требуется, чаще всего измеряют следующие отдельные параметры :

− входной КСВН

К_стU= (1+| |)/(1−| |);

− зависимость модуля коэффициента передачи в полосе частот

− зависимость фазового сдвига коэффициента передачи от частоты (ФЧХ)

При больших электрических длинах четырехполюсников, когда измерения фазовых сдвигов не могут быть точными из−за большой крутизны ФЧХ, измеряют групповое время запаздывания

т.е. приращение фазового сдвига при малом приращении частоты , в пределах которого остается постоянным.