Лабораторная работа №3 Измерение длины кабеля
Цель работы:
1. Навыки работы с измерительными приборами, такими как анализатор спектра и генератор сигналов, входящими в состав лабораторной установки, и программами удаленного управления ими.
2. Знание метода измерения длины кабеля.
3. Протоколы, содержащие результаты измерения длины кабеля и частоты.
Продолжительность работы: 2 часа.
Приборы и оборудование: анализатор спектра N9000A Agilent Technologies, генератор ВЧ сигналов N5171B Agilent Technologies, делитель мощности 11696A Agilent Technologies, два СВЧ кабеля коаксиальных N Type (male) - N Type (male), персональный компьютер с программой для автоматизированных измерений, линейка.
Теоретические сведения Метод измерения длины кабеля
В данной работе от генератора в кабель посылается электромагнитная волна, которая распространяется со скоростью, сравнимой со скоростью света. Достигнув конца кабеля (разомкнутого или короткозамкнутого), волна отражается, и начинает распространяться в обратную сторону - по направлению к анализатору спектра, к началу кабеля. Колебания также отражаются от неоднородностей, что позволяет определить характер и местоположение:
- обрыва;
- короткого замыкания;
- параллельных отводов;
- плавающих дефектов, повреждения изоляции;
- перехода на жилу другого диаметра.
Сигнал, распространяющийся по направлению от генератора к анализатору спектра описывается выражением:
.
Сигнал, отраженный от конца измеряемого кабеля в направлении анализатора спектра имеет вид:
.
Сумма
стремится к минимуму, когда
.
Известно, что
,
где
-
длина кабеля.
Скорость распространения волны в коаксиальном кабеле выражается через диэлектрическую и магнитную проницаемость материала внутреннего изолятора.
,
где
c
- скорость света,
- диэлектрическая и
- магнитная проницаемости материала
изолятора.
Из
(1) и (2) при n
= 0 следует, что
,
отсюда
;
,
где
- частота, при которой сумма
принимает минимальное значение,
- коэффициент укорочения длины кабеля.
Влияние реальных факторов на погрешность измерения кабелей
Погрешность конструкции кабеля по длине, обусловленная непостоянством толщины изоляции по длине, нестабильностью шага повива жил по длине.
Погрешность, вносимая материалом жил и материалом изоляции, обусловленная наличием примесей в материале токопроводящей жилы или производстве кабеля, некачественным материалом изоляции при производстве кабеля.
Методика выполнения работы Задание 1
1. Собрать установку согласно схеме рис. 1.
Рис.1. Схема измерительной установки
2. Провести калибровку анализатора спектра. Нажать System - Alignments - Align now - All. Дождаться окончания калибровки.
3. Установить на генераторе частоту 100 кГц и выходную мощность 0 дБм. Для этого нажать FREQ 100 kHz и AMPTD 0 dBm.
4. На анализаторе установить нижнюю и верхнюю частоту полосы обзора 10 кГц и 500 МГц (FREQ - Start Freq/Stop Freq - 100 kHz/500 MHz).
5. Нажать на генераторе кнопку RF On/Off (ON).
6. Включить режим постоянного поиска максимального значения. Нажать Peak Search - More - Continuons Peak Search (On).
7. Нажать кнопку FREQ на генераторе и плавно увеличивать частоту с помощью ручки плавной регулировки. При необходимости изменять шаг перестройки генератора с помощью клавиш со стрелками.
8. Наблюдая спектр сигнала, обнаружить локальный минимум. Отсчитать и занести в протокол значение частоты, на которой обнаружен локальный минимум.
9. Нажать на генераторе кнопку RF On/Off (OFF).
10. Рассчитать длину кабеля по формуле:
,
где = 2,2, =1, c - скорость света, f - частота, полученная в п. 8.
Результаты расчетов занести в протокол измерений.
11. Запустить программу «Измерение длины кабеля»
12. В окне программы задать значение выходной мощности генератора 0 дБм, диэлектрическую и магнитную проницаемость материала кабеля.
13. Нажать кнопку «Старт», дождаться выполнения, открыть файл «Протокол.txt»
14. Сравнить полученное значение длины кабеля со значением, рассчитанным вручную.