Добавил:
Закончил бакалавриат по специальности 11.03.01 Радиотехника в МИЭТе. Могу помочь с выполнением курсовых и БДЗ по проектированию приемо-передающих устройств и проектированию печатных плат. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Все файлы / Radioizmereniya_Chuiko.doc
Скачиваний:
25
Добавлен:
10.09.2023
Размер:
12.93 Mб
Скачать

7.7 Измерения ослабления

Масштабное преобразование величин xизм и xд необходимо в большинстве радиоизмерительных приборов, измеряющих интенсивность или амплитуду сигналов. Поскольку для решения измерительных задач необходимо иметь масштабные преобразователи с калиброванными, точно известными и стабильными коэффициентами преобразования, то в качест­ве таких преобразователей предпочтительны либо делители (аттенюато­ры) в цепи прямого преобразования, либо усилители с калиброванными делителями в цепи обратной связи. Этим обусловлено как широкое приме­нение калиброванных делителей напряжения и аттенюаторов в радиоизме­рительных приборах, так и важность измерений ослабления, обеспечива­ющих калибровку делителей и аттенюаторов.

Ослаблением A называют отношение мощности P, передаваемой через идеальный соединитель (ИС) от согласованного генератора (Г) в согласованную нагрузку (Н), к мощности P, передаваемой в ту же нагрузку через исследуемый четырехполюсник (ИЧ) (рис.7.1), выражаемую в децибелах:

(7.34)

п ри Гг = 0; Гн = 0, где Гг и Гн - коэффициенты отражения генератора и нагрузки соответственно.

Идеальный соединитель - это устройство, не вносящее дополнительных отражений и потерь, но дающее фазовый сдвиг, кратный 2πn (n = 0, 1, 2, 3, ...). Практической реализацией идеального соединителя служит непосредственное соединение генератора с нагрузкой, соответствующее случаю n = 0.

Представим формулу (7.34) в виде суммы двух слагаемых, учитывая, что , (здесь Γ - модуль коэффициента отражения входа ИЧ; P1 - мощность, передаваемая от ге­нератора в четырехполюсник; S - коэффициент передачи четырехпо­люсника по напряжению):

. (7.35)

Такая запись дает наглядную интерпретацию смысла физической величины "ослабление". Первое слагаемое определяет уменьшение мощности, передаваемой в нагрузку, за счет отражения от входа четырехполюсника, а второе - уменьшение мощности в силу внутренних потерь в нем.

Метод отношения мощностей

Для измерения ослабления в соответствии с определением этой физической величины необходимо реализовать схему на рис.7.51, в которой нагрузку следует заменить измерителем мощности (ИМ), и измерить мощность, поглощенную измерителем мощности, в двух положениях: при непосредственном соединении измерителя мощности с выходом генератора (мощность P) и при включении между генератором и нагрузкой исследуемого четырехполюсника (мощность P). Затем по формуле (7.34) рассчитывается ослаб­ление. Рассмотренный метод называется методом отношения мощ­ностей. Он лежит в основе всех схем и устройств измерений ослабления, поскольку в каждом из них имеется измеритель мощности для определения численного значения отношения мощностей (напряжений) либо применяемый в качестве устройства сравнения, фиксирующего неизменность этого отношения. Второй случай реализуется при наличии меры ослабления, используемой в качестве xд в методе замещения (методе сравнения). Для реализации метода замещения (рис.7.52) необходима мера ослабления (эталонный аттенюатор), отградуирован­ная на той же частоте, при которой измеряется ослабление исследуемого четырехполюсника Ax.

И

сследуемый и эталонный аттенюаторы (Ax и Aэ) включаются поочередно между генератором и измерителем мощности. Регулировкой мощности генератора добиваются определенных показаний измерителя мощности. Затем Ax заменяется мерой Aэ. Если в качестве Aэ использовать многозначную меру ослабления, то, поддерживая регулировкой неизменные показания измерителя мощности при условии неизменности уровня сигнала, выдаваемого генератором, можно отсчитать по шкале Aэ измеряемую величину Ax. В данном случае измеритель мощности является устройством сравнения, Aэ - мерой xд, ослабление Ax - величиной xизм. Источниками инструментальных погрешностей такого метода являются нестабильность мощности генератора за время измерения, погрешность величины Aэ.

Основной методической погрешностью является погрешность рассогласования. Рассмотрим природу, основные источники и пределы изменения этой погрешности. В реальных условиях, когда Γг ≠ 0, Γим ≠ 0, Γэ ≠ 0, мощность, поглощаемая измерителем мощности, зависит от отражений сигналов от каждого из узлов схемы и в схеме на рис.7.52 определяется формулами

;

,

где Pг - мощность, выдаваемая генератором на согласованную нагрузку; , - комплексные коэффициенты отражения входа и выхода эталонного аттенюатора; , - комплексные коэффициенты отражения генератора и измерителя мощности; , - комплексные коэффициенты отражения входа и выхода исследуемого аттенюатора; , - комплексные коэффициенты передачи эталонного и исследуемого аттенюаторов.

Эту формулу можно получить, используя матрицы рассеяния всех устройств. Все коэффициенты являются комплексными величинами. Поскольку при реализации процедуры метода сравнения , то

,где Ax - ослабление исследуемого аттенюатора.

Пренебрегая величинами второго порядка малости, можно записать:

или

.

Величину называют погрешностью рассогласования Δрас. Поскольку в выражение для Δрас входят комплексные величины, то их сумма зависит от соотношения их фаз. При неизвестных фазах максимальное значение Δрас считают как сумму максимальных значений модулей ее составляющих:

.

В качестве измерителя мощности в методе сравнения могут применяться ваттметры СВЧ малой мощности, импульсные ваттметры, вольтметры, импульсные вольтметры, селективные вольтметры, измерительные приемники, измерители коэффициента шума. Так как они используются в качестве устройств сравнения, то главное требование к ним - высокая разрешающая способность и собственная стабильность показаний во времени.

В

практике нередко требуется измерять не только ослабление, вносимое четырехполюсником в цепь, но и изменение ослабления. Эта задача особенно часто встречается при градуировке переменных аттенюаторов, т.е. измеряется ослабление, соответствующее разности отсчетов по шкале переменного аттенюатора. В этом случае метод сравнения реализуется схемой последовательного замещения (рис.7.53). В ней эталонный аттенюатор, вносящий ослабление Aэ в схему, и градуируемый аттенюатор с неизвестным ослаблением Ax включаются один за другим, что исключает необходимость пересоединения приборов.

Для определения действительного значения разности ослабления между началом и градуируемой отметкой шкалы аттенюатора Ax сначала устанавливают в положение “0 дБ”, а эталонный аттенюатор - в положение с несколько большим ослаблением A'э, чем проверяемая отметка шкалы Ax. Регулируют мощность генератора, добиваясь определенных показаний измерителя мощности. Затем переводят Ax в положение, в котором контролируется его ослабление, а изменением ослабления эталонного аттенюатора до A''э восстанавливают прежние показания измерителя мощности. Значение Ax = ( A''э A'э) [дБ].

Погрешность измерения величины ослабления Ax обусловлена стабильностью генератора сигнала, разрешением измерителя мощности, погрешностью образцового аттенюатора, погрешностью рассогласования. Для данного случая максимальное значение погрешности рассогласования при пренебрежении членами второго порядка малости определяется формулой

,

где , , , - модули коэффициентов отражения эталонного и исследуемого аттенюаторов в первом и втором положениях соответственно; , - модули коэффициентов отражения генератора и измерителя мощности.

В случае если не удается подобрать генератор и измеритель мощности с малыми коэффициентами отражения, часто применяют согласующие фиксированные аттенюаторы с ослаблением 3...10 дБ, которые имеют малые коэффициенты отражения и благодаря этому уменьшают вклад отражений от генератора и измерителя мощности в погрешность рассогласования.

Соседние файлы в папке Все файлы