Глава восемь Измерения коэффициента отражения.

8.1Области применения.

Измерения коэффициента отражения (КО) необходимы для контро­ля режима передачи энергии СВЧ электромагнитных колебаний в антенно-фидерных устройствах радиотехнических объектов. Конечная цель этих измерений состоит в обеспечении максимального использо­вания располагаемой мощности генераторов для решения поставленных технических задач, для достижения максимальной чувствительности приемных устройств, а также для предотвращения пробоя высоко­частотного тракта из-за возрастания напряженности электрического поля стоячих волн, возникающих из-за отражения.

Измерения КО широко применяются на всех стадиях научно-про­изводственного процесса:

• при экспериментальных научных исследованиях физических процессов и явлений, происходящих в компонентах, узлах, устройствах, антеннах, составных частях, системах и объектах радиотехники в целом;

• при разработках и испытаниях образцов перечисленных изделий;

• в серийном производстве при настройках и регулировках изде­лий и испытаниях готовой продукции;

• при эксплуатации готовых изделий для контроля режимов его работ.

Нормы и требования к максимально допустимым значениям КО указывают в технической документации (паспорте, формуляре) на любое изделие СВЧ техники. Благодаря этому проектировщики, изго­товители и пользователи изделий получают возможность оценить и на основе расчета предсказать режим передачи энергии объекта, состо­ящего из нескольких составных частей.

8.2. Определение физической величины. Понятие неоднородности тракта передачи волны.

Понятие коэффициента отражений применяют для волновых про­цессов передачи энергии акустических (продольных), и электромагнит­ных (поперечных) волн. Следовательно, указание численных значений коэффициентов отражения всегда должно сопровождаться указанием о частоте колебаний или длине волны.

В бесконечной, однородной, изотропной среде, свойства которой неизменны по всем направлениям и на любых расстояниях от источ­ника, отражений не бывает. Отражения появляются, когда есть неодно­родности в среде. Неоднородности среды распространения волны - это источник отражений. Неоднородности всегда локализованы в простран­стве в том смысле, что есть возможность указать их координату в любой момент времени. Поэтому численное значение коэффициента отраже­ния, как величины, которую необходимо измерить, всегда указывают для определенной координаты в пространстве. Обычно указывают рас­стояние от источника колебаний. Если волновой процесс в устройстве или объекте можно описать телеграфными управлениями для длинной линии с генератором и нагрузкой, то указывают и расстояние до нагруз­ки. Если же речь идет об устройстве, имеющем вход для электромагнит­ной энергии, и выход, то обычно значения коэффициента отражения указывают для плоскости входа и (или) выхода.

Само понятие “неоднородность” предполагает, что какое-то свойство среды, в которой распространяется волна, изменяется. Поэтому всегда приходится указывать о какой неоднородности идет речь, то есть “неоднородность по сравнению с чем?” В инженерной практике измеряются неоднородности относительно трех стандартизо­ванных сред распространения электромагнитных волн:

• свободного пространства;

• волноводов прямоугольного сечения;

• коаксиальных трактов.

Например, в свободном пространстве - в атмосфере Земли - неоднородностями являются ионосферный слой, тучи, различные летающие объекты - радиолокационные цели, а также сооружения, здания и т. п. предметы. Простейший пример такой неоднородности - это гладкая поверхность Земли - почва, вода в водоеме в виде плоскости раздела двух сред с различными значениями диэлектрической и магнит­ной проводимости ε,  и активными потерями, характеризуемыми значением .

В закрытых неизлучающих передающих линиях можно говорить о неоднородности в волноводе (полом прямоугольном или круглом, коак­сиальном, полосковой линии симметричной или несимметричной) опре­деленного поперечного сечения, в котором распространяется вполне определенный тип электромагнитной волны. Поскольку волноводы могли бы иметь бесконечное число вариантов изготовления, а это в инженерной практике недопустимо (никто друг с другом не соединит­ся), то измерительная техника разрабатывается только для определен­ного набора волноводов со стандартизованными в международных стандартах поперечными сечениями. Поэтому производятся серийно средства измерений коэффициентов отражения только для неоднород­ностей в идеальных, однородных бесконечных волноводах стандарти­зованных поперечных размеров с определенным волновым сопротив­лением. Простейшие примеры неоднородности волноводного тракта - изгибы вдоль оси распространения волн, изменение размеров попереч­ного сечения, изменения ε, , заполнения - различные диэлектри­ческие пробки, отверстия в стенках и тому подобные нарушения одно­родности. Важно понять, что в определенной плоскости расположения неоднородности возникают отражения, которые характеризуются численными значениями безразмерной величины - коэффициента отражения, которую необходимо измерять.