Методика измерения полных сопротивлений

С помощью измерительной линии определяют U_max и U_min, а затем по формулам (1.4) или (1.5) рассчитывают КСВН и КБВ. Зная один из этих коэффициентов, находят модуль коэффициента отражения по формуле (1.6).

Для определения фазы коэффициента отражения φ_Г измеряют расстояние от конца линии, где расположена нагрузка, до ближайшего минимума стоячей волны, т. е. :

(1.8)

Определение в линии имеет свои особенности, обусловленные тем, что щель, в которой помещается зонд, до конца линии не доходит. Кроме того, приходится учитывать и то, что нагрузка может соединяться с измерительной линией с помощью дополнительного волновода. При этом определить расстояние от нагрузки до первого минимума напряжения невозможно. Для преодоления этих трудностей при измерении фазы используют то обстоятельство, что в однородной линии без потерь картина стоячих волн и величина сопротивления повторяются через каждые полволны. Поэтому условным сечением подключения нагрузки можно считать любое сечение линии, удаленное от нагрузки на целое число полуволн. На практике условное сечение нагрузки находят следующим образом. Линия закорачивается в том сечении, где к ней присоединяется нагрузка. На измерительной линии отмечают положение какого-либо узла напряжения. Сечение, в котором находится данный узел напряжения, определяемый величиной продольной координаты x₀, и будет условным сечением нагрузки.

Тогда величина есть ближайшее в сторону генератора расстояние от сечения x₀ до сечения , куда и сдвинется минимум волны, если подключить нагрузку.

Работа линии сводится к измерению тока индикатора I(x) в различных сечениях линии x_i. Продольная координата x_i, определяющая положение зонда вдоль измерительной линии, отсчитывается по измерительной шкале с нониусом. По показаниям индикатора I(x) определяют величину относительной напряженности поля в сечении линии. Для этого линию нужно отградуировать, поскольку величина относительной напряженности E(x)/E₀ и соответствующий ей выпрямленный ток I(x) связаны нелинейной характеристикой диода. Результатом градуировки является детекторная характеристика . Обычно ее снимают методом стоячей волны, используя синусоидальное распределение напряженности поля E(x) вдоль короткозамкнутой на конце линии.

Основным содержанием данной лабораторной работы является освоение комплекса измерений, необходимых для определения нормированного комплексного сопротивления нагрузки .

Порядок выполнения работы

Получив допуск у преподавателя, приступить к выполнению лабораторной работы в следующем порядке:

1. Подготовить генератор и измерительную линию к работе. Присоединить к выходу линии короткозамыкатель. Аттенюатор генератора ввести на максимум затухания, ручку «Род работ» установить на непрерывную генерацию. Включить генератор в сеть и после прогрева (10 − 15 мин.) ручкой «Напряжение отражателя» настроить его на максимум мощности, генерируемой клистроном. Плавно выводя аттенюатор, подать в линию мощность до получения заметных показаний индикатора. По индикатору линии тщательно настроить детекторную секцию в резонанс. Переместить зонд линии в максимум стоячей волны и подобрать положение аттенюатора так, чтобы стрелка линии достигла пределов шкалы.

Во избежание порчи диода и микроамперметра не следует допускать зашкаливания измерительной головки, установленной на измерительной линии. После настройки генератора на выбранную частоту трогать его ручки не следует.

2. Определить длину волны в волноводе λ следующим образом. Не снимая короткозамыкателя, определить и записать положение двух соседних узлов (минимумов) стоячих волн и . Очевидно, что в этом случае длина волны в волноводе равна: _. Для увеличения точности измерений положения каждого узла определяют методом вилки. При этом координата узла будет равна среднему арифметическому между координатами по обе стороны узла, которым соответствуют небольшие, но равные показания индикатора.

Далее рассчитать длину волны в свободном пространстве λ₀ по формуле:

(1.9)

где λ_кр = 2а; a − размер широкой стенки волновода. По определенной длине волны в свободном пространстве λ₀ рассчитать частоту f₀, на которую настроен генератор.

3. Произвести градуировку детектора линии по методу стоячей волны. Для этого нужно, не снимая короткозамыкателя с линии, получить зависимость тока на индикаторе линии I(x) от положения зонда x.

Измерения следует начинать от какого-либо узла и продолжать до ближайшей пучности (т. е. в пределах ). Для построения кривой I(Δx_i), где , провести 10 – 15 измерений.

По формуле (где – волновое число), которая описывает распределение напряженности в линии при стоячей волне, найти значение относительной напряженности в линии для каждого значения .

Детекторная характеристика строится в декартовых координатах на миллиметровой бумаге. При этом абсцисса каждой точки характеристики равна рассчитанному значению относительной напряженности E(Δx_i)/E₀, а ордината – соответствующему току I(Δx_i). Промежуточные точки характеристики соединяются плавной линией.

4. Измерить КСВН и Δx_min для исследуемой нагрузки. Присоединить нагрузку к выходу линии. Зонд линии установить в одно из сечений x₀, где при коротком замыкании на конце линии был узел стоячей волны. Смещая каретку в сторону от положения x₀ по направлению к генератору, найти ближайший к x₀ минимум. Зафиксировать показания индикатора в этом минимуме и методом вилки уточнить его координату x_min. Искомая величина равна: .

Для определения КСВН нужно измерить также ток в максимуме стоячей волны и затем графически определить по детекторной характеристике относительные напряженности и , соответствующие и . Отношение значения к и даст величину КСВН.

При определении КСВН может оказаться, что при удобной для отсчета величине показания максимальное значение тока может вывести стрелку прибора за пределы шкалы, а при удобном отсчете минимальное значение тока будет находиться вблизи нуля (случай, когда КСВН ≥ 8). В этом случае КСВН определяется «методом удвоенного напряжения». Суть этого метода заключается в следующем: зонд устанавливают в положение x₀, соответствующее , затем определяют положение зонда по обе стороны от x₀, при котором показания индикатора в два раза больше, чем в минимуме, и определяют расстояние между точками . КСВН находят по формуле:

. (1.10)

По данным, полученным в ходе измерения КСВН и фазового угла нагрузки, определить нормированное сопротивление нагрузки:

(1.11)

где , [рад].

Значение нормированного сопротивления нагрузки записать в следующем виде: , т. е. выделить вещественную и мнимую части нормированного комплексного сопротивления нагрузки и указать характер ее реактивности (индуктивный или емкостной).