27. Измерители s параметров гомодинного и гетеродинного типа.

Измерители S-параметров обеспечивают автоматическое с высокой точностью измерение комплексных коэффициентов передачи, КСВ, амплитудно-частотных, фазочастотных и других характеристик цепей. Аналоговый выход результатов измерения позволяет автоматизировать процесс регистрации результатов измерения с помощью внешних регистрирующих устройств. 

Измерители S-параметров незаменимы в системах автоматического контроля измерения, управления технологическими процессами, при расчете и конструировании узлов и элементов СВЧ трактов. 

Измерители S-параметров поверяются с учетом особенности схем их построения набором образцовых мер. Для поверки применяются высокочастотные аттенюаторы, аттестованные по значению ослабления, рассогласованные нагрузки с КСВ, равным 1 2 и 2 0, и отрезки коаксиальных линий. Отрезки коаксиальных линий выполняются без опор для получения минимального собственного КСВ, а длина их выбирается такой, чтобы обеспечить измерение фазы коэффициента отражения в пределах ие менее 180 во всем диапазоне частот прибора. 

Измерители S-параметров и векторные измерители отношений сигналов находят широкое применение при антенных измерениях, позволяя исследовать целый ряд специфических антенных параметров: амплитудные и фазовые диаграммы, влияние положения обтекателя, амплитудно-фазовое распределение поля в ближней зоне. При антенных измерениях необходимо обращать особое внимание на выравнивание длин опорного и исследуемого каналов. Если измерения ведутся с индикацией фазовых соотношений, то значительная разность длин каналов может привести к погрешности фазовых измерений из-за нестабильности частоты источника сигнала. Это особенно проявляется при использовании больших фидерных линий и при измерении в дальней зоне. 

Выбор структурной схемы СВЧ части измерителя S-параметров определяется способом формирования измерительного и гетеродинного сигналов, перестраиваемых в пределах рабочего диапазона частот измерителя и сдвинутых относительно друг друга на постоянную промежуточную частоту. 

Панорамные измерители S-параметров позволяют получить наиболее полную информацию о частотных характеристиках СВЧ устройств, поэтому интерес к измерителям S-параметров растет с каждым годом как со стороны разработчиков радиоизмерительной аппаратуры, так и со стороны потребителей. 

Развитие техники панорамного измерения S-параметров в последние годы значительно стимулировало внедрение вычислительной техники в область радиоизмерений, так как только на базе измерителей S-параметров могут быть созданы автоматизированные прецизионные системы для измерения параметров СВЧ узлов. 

Поэтому для синтеза и анализа их используется метод математического моделирования. Так, например, измерители S-параметров широко применяются для измерения параметров СВЧ транзисторов. 

Панорамное наблюдение амплитудных и фазовых характеристик СВЧ устройств в широкой полосе частот позволяет значительно сокращать время их поверки, эффективно осуществлять широкополосную настройку их, способствует прогрессу проектирования СВЧ аппаратуры. В связи с этим большое значение имеет разработка панорамных измерителей КСВ и ослаблений, измерителей S-параметров двух - и четырехполюсников. 

Выходные сигналы с этого устройства, пропорциональные Г sin p и Г cos о, поступают на горизонтальный и вертикальный входы осцилло-графического индикатора. Сменные диаграммы, накладываемые на экран, позволяют непосредственно отсчитывать параметры. Эти же измерители S-параметров позволяют индицировать результаты и в прямоугольных координатах с раздельной индикацией модуля и фазы параметро

28. Измерения полосы пропускания и дисперсии волокна. Для измерения полосы пропускания используют частотный или импульсный метод. При частотном методе полосу пропускания кабеля определяют по амплитудно-частотной модуляционной характеристике (АЧМХ). Для проведения измерений применяют генератор и фотоприемник с гармонической модуляцией интенсивности в полосе частот, превышающей ширину полосы пропускания кабеля. В результате измерений получают зависимость уровня мощности на выходе кабеля от частоты модуляции. При импульсном методе полосу пропускания определяют путем последовательной регистрации импульса оптического излучения на выходе измеряемого кабеля и импульса на выходе его короткого отрезка, образованного путем обрыва кабеля в начале. Форму последнего импульса принимают за форму импульса на входе кабеля. Далее вычисляют амплитудные спектры импульсов и АЧМХ измеряемого кабеля, а по ней определяют полосу пропускания. Для измерения хроматической дисперсии одномодовых кабелей в основном используются два метода, первый из которых связан с измерением во временной области (метод временной задержки), а второй - в частотной области (фазовый метод). Фазовый метод основан на измерении фазового сдвига сигнала, модулированного по интенсивности излучения, зондирующего кабель на различных длинах волн. Частота модуляции интенсивности обычно фиксирована и лежит в пределах 30...100 МГц. Измерение зависимости фазового сдвига между сигналами на различных длинах волн позволяет найти зависимость временной задержки сигнала от длины волны, а последующее ее дифференцирование - хроматическую дисперсию.

Измерение числовой апертуры необходимо для разработки соответствующих устройств ввода-вывода и устройств сочленения с целью уменьшения потерь в них. Несогласованность соединяемых волокон по числовой апертуре может привести к существенным потерям. Для измерения числовой апертуры обычно определяют апертурный угол. Апертурный угол волокна, находящегося в равновесном возбуждении мод, измеряют, как правило, путем наблюдения распределения выходящей мощности в дальней зоне. Для этого на некотором расстоянии от выходного торца устанавливают отражающий экран с градуированной шкалой. По видимому диаметру светового пятна на экране определяют апертурный угол.

29. Метод обратного рассеяния. Оптический рефлектометр с регистрацией формы отраженного сигнала. Измерение затухания оптических кабелей методом обратного рассеяния. Измерения скачков уровней обратного рассеяния.

Метод обратного рассеяния

Метод обратного рассеяния основан на введение в волокно импульса оптического излучения, который, дойдя до конца волокна, отражается и возвращается обратно в приемник.

На рисунке видно отражение волн от неоднородностей

В измеряемое волокно посылают поток импульсов, который проходит через различные неоднородности, флюктуаций показателя преломления. За счет этого возникает поток обратного рассеяния. Измеряют уровень мощности возращенных импульсов в результате обратного рассеяния, в зависимости от времени задержки импульсов относительно их посылки. В итоге получают распределение уровня мощности обратного рассеянного потока. Полученные значения усредняют. Получают необходимый результат требуемой задачи, используя метод обратного рассеяния.

Оптический рефлектометр и измерение затухания оптических кабелей методом обратного рассеяния

Оптический рефлектометр (OTDR) является критически важным инструментом при оценке характеристик и тестировании волоконно-оптических линий (многомодовые и одномодовые LAN/Ethernet).

Зондирующие импульсы поступают через источник излучения 2 и направленный ответвитель 3 в оптоволокно 4. Поток обратного рассеивания регистрируется в чувствительном фотоприёмнике 5, и преобразуется в электрический сигнал в 6 и подаётся на блок отображения в 7.

Измерения скачков уровней обратного рассеяния.

В отличие от отражений потери уровня сигнала обычно бывают связаны с дефектами сварных соединений и сильными перегибами кабеля. В таких местах уровень отражений Френеля мал или они не происходят вообще. Потери регистрируются в виде резкого скачка сигнала обратного рассеяния Для их обнаружения необходимо, чтобы рефлектометр был способен фиксировать обратное рассеяние (его уровень должен превосходить уровень шума самого приемника рефлектометра).

30 Измерение дисперсии методом обратного рассеняния. Определение места и характера повреждения оптического кабеля.

Дисперсия – явление, выраженное в зависимости скорости распространения и фазы электромагнитного излучения от длины волны этого излучения.

Явление дисперсии приводит к уширению светового импульса при распространении в волокне, что негативно сказывается на качестве передачи информации.

Существуют три разновидности дисперсии в оптоволокне:

1. Межмодовая дисперсия - уширение светового импульса при распространении в волокне, связанное с различием времени распространения его компонент.

2. Хроматическая дисперсия – зависимость групповой скорости распространения моды от длины волны передаваемого сигнала.

3. Поляризационная дисперсия – различие скорости распространения ортогонально поляризованных компонент фундаментальной моды в одномодовом волокне, которое приводит к их разделению на выходе из волокна.

Метод обратного рассеяния основан на введение в волокно импульса оптического излучения, который, дойдя до конца волокна, отражается и возвращается обратно в приемник.

В измеряемое волокно посылают поток импульсов, который проходит через различные неоднородности, флюктуаций показателя преломления. За счет этого возникает поток обратного рассеяния. Измеряют уровень мощности возращенных импульсов в результате обратного рассеяния, в зависимости от времени задержки импульсов относительно их посылки. В итоге получают распределение уровня мощности обратного рассеянного потока. Полученные значения усредняют. Получают необходимый результат требуемой задачи, используя метод обратного рассеяния.

Определение места и характера повреждения оптического кабеля.

В отличие от отражений потери уровня сигнала обычно бывают связаны с дефектами сварных соединений и сильными перегибами кабеля. В таких местах уровень отражений Френеля мал или они не происходят вообще. Потери регистрируются в виде резкого скачка сигнала обратного рассеяния Для их обнаружения необходимо, чтобы рефлектометр был способен фиксировать обратное рассеяние (его уровень должен превосходить уровень шума самого приемника рефлектометра).

Расстояние до неоднородности заключается в определении времени распространения оптического излучения в прямом и обратном направлениях.