Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ ІРАДІОЕЛЕКТРОНІКІ
Кафедра метрології та стандартизації
РЕФЕРАТ
На тему:
«Вимірювання параметрів і характеристик надвисокочастотних ліній зв'язку та їх компонентів»
МІНСЬК, 2008
Загальні відомості і класифікація методів і приладів НВЧ ланцюгів
До ланцюгів з розподіленими постійними (НВЧ ланцюгах) відносяться ланцюга, геометричні розміри яких співмірні з довжиною хвилі розповсюджуються вздовж них коливань.
НВЧ ланцюга можна розбити на: двухполюсник (ДП) і чотириполюсники (ПП).
З теорії довгих ліній відомо, що для повного опису властивостей двополюсників (ДП) досить знати хвильове (характеристичне) опір лінії (W), на якому він сконструйований, і комплексний коефіцієнт відображення в робочому діапазоні частот. SHAPE \ * MERGEFORMAT
Комплексний коефіцієнт відбиття визначається як відношення комплексної амплітуди напруги хвилі відбитої від ДП до комплексної амплітуді напруги хвилі, що падає на нього:
Значення і характер
На практиці також часто користуються значенням коефіцієнта стоячої хвилі по напрузі (КСХН)
КСХН - визначається як відношення максимальної (Umax) і мінімальною (Umin) амплітуд електричного поля стоячої хвилі в лінії передачі:
На малюнку 1, в показана картина стоячих хвиль напруги в лінії передачі НВЧ (рисунок 1, а). У цій лінії має місце інтерференція падають (U п) та відображених хвиль (U0). На малюнку 1, б показана векторна діаграма, що показує освіта сумарного сигналу UΣ.
Значення
Описані вище параметри повністю визначають номенклатуру вимірюваних параметрів ДП.
Номенклатуру параметрів, що вимірюються ПП складають елементи матриці S-параметрів:
Цю матрицю називають ще матрицею розсіяння. Сенс її елементів наступний.
На наведеному нижче рисунку 2 приведена еквівалентна схема НП на НВЧ.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Малюнок 2
Напруга
Коефіцієнт передачі з виходу на вхід
Для вимірювання описаних вище параметрів на практиці використовується наступні прилади:
Р 1 - вимірювальні лінії;
Р 2 - панорамні вимірювачі коефіцієнтів відбиття і передачі (скалярні аналізатори ланцюгів - САЦ);
Р 3 - вимірювачі повних опорів;
Р 4 - вимірювачі S-параметрів (векторні аналізатори ланцюгів - ВАЦ);
Р 5 - вимірювачі неоднорідностей ліній передачі (імпульсні рефлектометри).
Методи вимірювання, на які базуються прилади перерахованих видів можна розбити на три групи:
1) засновані на аналізі розподілу поля стоячої хвилі в лінії передачі (Р1 і Р3);
2) пов'язані з виділенням та виміром відносин напрямків падаючих, відображених і минулих хвиль (Р2 і Р4);
3) метод імпульсної (тимчасової) рефлектометрії (Р5).
Основні методи та засоби вимірювання параметрів НВЧ ланцюгів
Узагальнена структурна схема вимірника (аналізатора) НВЧ ланцюгів
Узагальнена структурна схема вимірювача НВЧ ланцюгів представлена на малюнку 3.
Призначення та основні функції блоків вимірювача:
Генератор хитається частоти (ГКЧ) - формування НВЧ вимірювального сигналу і керування цим сигналом;
НВЧ вимірювальний тракт - виділення інформаційних НВЧ вимірювальних сигналів;
Перетворювач інформаційно - вимірювальних сигналів - перетворення інформаційних - вимірювальних сигналів з НВЧ діапазону в НЧ діапазон;
Блок вимірювальний:
- Фільтрація і посилення перетворених сигналів;
- Функціональні перетворення сигналів;
- Управління процесом вимірювання;
- Індикація і відлік результатів вимірювання.
Типи вимірювальних трактів і їх компоненти
За принципом дії схеми вимірювальних трактів діляться на:
- Інтерференційні;
- Рефлектометричним.
Інтерференційні схеми використовуються у вимірювальних лініях. Принцип дії рефлектометричним схем заснований на виділенні з допомогою спрямованих відгалужувачів сигналів пропорційних потужностям падаючої, відбитої і пройшла хвиль.
Вимірювальні спрямовані відгалужувачі
На малюнку 4, а зображений односпрямований хвилепровідий відгалужувач, орієнтований на відбиту хвилю, а на рисунку 4, б - схеми складання возбуждающихся хвиль.
Під впливом струмів, що протікають по стінках основного хвилеводу щілини А і В збуджують у вторинному хвилеводі електромагнітної хвилі, яка розповсюджується в різні сторони від щілин. Якщо енергія падаючої хвилі Р n поширюється зліва направо, то поле, порушену щілиною А, складеться у фазі з полем, збудженим В, так як шляху пройдені ними рівні і рівні λв / 4 (діаграма 1). Енергія сумарного поля
Таким чином енергія поля, збуджують у вторинному хвилеводі під дією падаючої хвилі не викличе струму в ланцюзі детектора.
Аналогічне розгляд процесу складання полів, порушених щілинами А і В при поширенні енергії відбитої хвилі (діаграми 3,4), дозволяє зробити висновок про те, що струм, що викликається в ланцюзі детектора буде пропорційним потужності відбитої хвилі
Якщо переорієнтувати напрямок відгалуження на падаючу хвилю, то струм детектора буде пропорційно
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Основними параметрами спрямованих відгалужувачів є - перехідне ослаблення, спрямованість і КСХН входів (виходів).
Перехідний ослаблення - величина зв'язку первинного та вторинного каналів спрямованих ответвителей. Воно зазвичай виражається в децибелах і дорівнює:
У вимірниках зазвичай використовуються спрямовані відгалужувачі з С = 10 або 20 дБ.
Спрямованість відгалужувача - величина, характеризується «просочування» у плече з детектором поля неосновної хвилі, тобто хвилі, протилежної тій, на яку орієнтований спрямований відгалужувач. Спрямованість також визначається в децибелах і дорівнює:
Промислові спрямовані відгалужувачі мають спрямованість близько 30 ... 50 дБ з КСВН входів від 1,1 до 1,3.
Скалярні аналізатори ланцюгів
Сучасні скалярні аналізатори ланцюгів (панорамні вимірювачі коефіцієнтів відбиття і передачі) складаються з ГКЧ з системою автоматичного регулювання потужності (АРМ), НВЧ вимірювального тракту (рефлектометра), що складається з трьох послідовно з'єднаних спрямованих відгалужувачів і уніфікованого індикатора.
Структурна схема скалярного аналізатора представлена на рисунку 5.
SHAPE \ * MERGEFORMAT 
На виході ДКВ формується частотно-й амплітудно-модульований НВЧ сигнал постійного рівня. Для частотної модуляції в якості модулюючого напрямки використовується сигнал генератора розгортки, який конструктивно входить до ГКЧ. Амплітудна модуляція зазвичай здійснюється напругою типу «меандр» частоти 100 КГц від внутрішнього або зовнішнього джерела напруги, що модулює. Сталість вихідний потужності ГКЧ підтримується за допомогою системи АРМ, яка працює по сигналу
Використання вимірювача відносин у індикаторному блоці суттєво знижує вимоги до якості стабілізації вихідної потужності ГКЧ.
ГКЧ включає в себе і блок частотних міток. Вихідні сигнали цього блоку після перетворення в індикаторі відтворюються на зображенні досліджуваних характеристик у вигляді рухливих частотних міток.
Вимірювальний тракт складається з трьох спрямованих відгалужувачів (ПЗ). НО1 ответвляет сигнал пропорційний потужності падаючої хвилі Р n; НО2 - потужності відбитої хвилі Р 0; НО3 - потужності минулої хвилі Р пр.
Сигнали АЛЕ детектируются квадратичними детекторами. Вихідні напруги детекторів дозволяють визначити модуль коефіцієнта відбиття:
і ослаблення:
Для скалярних аналізаторів ланцюгів характерне застосування уніфікованого індикатора КСВ і ослаблення, що працює на частоті амплітудної модуляції ГКЧ. Цей індикатор забезпечує посилення сигналів пропорційних
Джерела похибки скалярних аналізаторів ланцюгів:
1) неточність установки і нестабільність частоти ГКЧ;
2) неідеальність і неіндентічность спрямованих відгалужувачів;
3) похибки індикатора;
4) неквадратічность характеристик детекторів.
ЛІТЕРАТУРА
1Метрологія і Електровимірювання в телекомунікаційних системах: Підручник для вузів / А.С. Сігов, Ю.Д. Бєлік. та ін / За ред. В.І. Нефедова. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Вищ. шк., 2005.
2Бакланов І.Г. Технології вимірювань у сучасних телекомунікації. - М.: ЕКО-Трендз, 2007.
3Метрологія, стандартизація і вимірювання в техніці зв'язку: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Б.П. Кульгавого. - М.: Радіо і зв'язок, 2006.
ІНФОРМАТИКИ ІРАДІОЕЛЕКТРОНІКІ
Кафедра метрології та стандартизації
РЕФЕРАТ
На тему:
«Вимірювання параметрів і характеристик надвисокочастотних ліній зв'язку та їх компонентів»
МІНСЬК, 2008
Загальні відомості і класифікація методів і приладів НВЧ ланцюгів
До ланцюгів з розподіленими постійними (НВЧ ланцюгах) відносяться ланцюга, геометричні розміри яких співмірні з довжиною хвилі розповсюджуються вздовж них коливань.
НВЧ ланцюга можна розбити на: двухполюсник (ДП) і чотириполюсники (ПП).
З теорії довгих ліній відомо, що для повного опису властивостей двополюсників (ДП) досить знати хвильове (характеристичне) опір лінії (W), на якому він сконструйований, і комплексний коефіцієнт відображення в робочому діапазоні частот. SHAPE \ * MERGEFORMAT
Комплексний коефіцієнт відбиття визначається як відношення комплексної амплітуди напруги хвилі відбитої від ДП до комплексної амплітуді напруги хвилі, що падає на нього:
Значення і характер
На практиці також часто користуються значенням коефіцієнта стоячої хвилі по напрузі (КСХН)
КСХН - визначається як відношення максимальної (Umax) і мінімальною (Umin) амплітуд електричного поля стоячої хвилі в лінії передачі:
На малюнку 1, в показана картина стоячих хвиль напруги в лінії передачі НВЧ (рисунок 1, а). У цій лінії має місце інтерференція падають (U п) та відображених хвиль (U0). На малюнку 1, б показана векторна діаграма, що показує освіта сумарного сигналу UΣ.
Значення
Описані вище параметри повністю визначають номенклатуру вимірюваних параметрів ДП.
Генератор |
Z H |
UΣ |
U min |
U max |
l |
а) |
б) |
в) |
Малюнок 1 |
Номенклатуру параметрів, що вимірюються ПП складають елементи матриці S-параметрів:
Цю матрицю називають ще матрицею розсіяння. Сенс її елементів наступний.
На наведеному нижче рисунку 2 приведена еквівалентна схема НП на НВЧ.
|
|
ГКЧ |
Блок вимірювач-ний |
НВЧ Вимірювальний тракт |
Об'єкт вимірювання |
Малюнок 2.7 |
| |||||
Малюнок 2
Напруга
Коефіцієнт передачі з виходу на вхід
Для вимірювання описаних вище параметрів на практиці використовується наступні прилади:
Р 1 - вимірювальні лінії;
Р 2 - панорамні вимірювачі коефіцієнтів відбиття і передачі (скалярні аналізатори ланцюгів - САЦ);
Р 3 - вимірювачі повних опорів;
Р 4 - вимірювачі S-параметрів (векторні аналізатори ланцюгів - ВАЦ);
Р 5 - вимірювачі неоднорідностей ліній передачі (імпульсні рефлектометри).
Методи вимірювання, на які базуються прилади перерахованих видів можна розбити на три групи:
1) засновані на аналізі розподілу поля стоячої хвилі в лінії передачі (Р1 і Р3);
2) пов'язані з виділенням та виміром відносин напрямків падаючих, відображених і минулих хвиль (Р2 і Р4);
3) метод імпульсної (тимчасової) рефлектометрії (Р5).
Основні методи та засоби вимірювання параметрів НВЧ ланцюгів
Узагальнена структурна схема вимірника (аналізатора) НВЧ ланцюгів
Узагальнена структурна схема вимірювача НВЧ ланцюгів представлена на малюнку 3.
Призначення та основні функції блоків вимірювача:
Генератор хитається частоти (ГКЧ) - формування НВЧ вимірювального сигналу і керування цим сигналом;
НВЧ вимірювальний тракт - виділення інформаційних НВЧ вимірювальних сигналів;
Перетворювач інформаційно - вимірювальних сигналів - перетворення інформаційних - вимірювальних сигналів з НВЧ діапазону в НЧ діапазон;
Блок вимірювальний:
- Фільтрація і посилення перетворених сигналів;
- Функціональні перетворення сигналів;
- Управління процесом вимірювання;
- Індикація і відлік результатів вимірювання.
ГКЧ |
Блок вимірювальний |
НВЧ вимірювальний тракт |
Перетворювач інформаційних сигналів |
Об'єкт вимірювання |
Малюнок 4 |
Типи вимірювальних трактів і їх компоненти
За принципом дії схеми вимірювальних трактів діляться на:
- Інтерференційні;
- Рефлектометричним.
Інтерференційні схеми використовуються у вимірювальних лініях. Принцип дії рефлектометричним схем заснований на виділенні з допомогою спрямованих відгалужувачів сигналів пропорційних потужностям падаючої, відбитої і пройшла хвиль.
Вимірювальні спрямовані відгалужувачі
На малюнку 4, а зображений односпрямований хвилепровідий відгалужувач, орієнтований на відбиту хвилю, а на рисунку 4, б - схеми складання возбуждающихся хвиль.
Під впливом струмів, що протікають по стінках основного хвилеводу щілини А і В збуджують у вторинному хвилеводі електромагнітної хвилі, яка розповсюджується в різні сторони від щілин. Якщо енергія падаючої хвилі Р n поширюється зліва направо, то поле, порушену щілиною А, складеться у фазі з полем, збудженим В, так як шляху пройдені ними рівні і рівні λв / 4 (діаграма 1). Енергія сумарного поля
Таким чином енергія поля, збуджують у вторинному хвилеводі під дією падаючої хвилі не викличе струму в ланцюзі детектора.
Аналогічне розгляд процесу складання полів, порушених щілинами А і В при поширенні енергії відбитої хвилі (діаграми 3,4), дозволяє зробити висновок про те, що струм, що викликається в ланцюзі детектора буде пропорційним потужності відбитої хвилі
Якщо переорієнтувати напрямок відгалуження на падаючу хвилю, то струм детектора буде пропорційно
Малюнок 4 |
Вторинний хвилевід |
СН |
Основний хвилевід |
1. |
2. |
3. |
4. |
а) |
б) |
P n |
P 0 |
P 0 |
λ в / 2 |
λ в / 2 |
P n |
P 0 |
А |
У |
l в / 4 |
P n |
SHAPE \ * MERGEFORMAT
P ¢ n |
| ||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||
Основними параметрами спрямованих відгалужувачів є - перехідне ослаблення, спрямованість і КСХН входів (виходів).
Перехідний ослаблення - величина зв'язку первинного та вторинного каналів спрямованих ответвителей. Воно зазвичай виражається в децибелах і дорівнює:
У вимірниках зазвичай використовуються спрямовані відгалужувачі з С = 10 або 20 дБ.
Спрямованість відгалужувача - величина, характеризується «просочування» у плече з детектором поля неосновної хвилі, тобто хвилі, протилежної тій, на яку орієнтований спрямований відгалужувач. Спрямованість також визначається в децибелах і дорівнює:
Промислові спрямовані відгалужувачі мають спрямованість близько 30 ... 50 дБ з КСВН входів від 1,1 до 1,3.
Скалярні аналізатори ланцюгів
Сучасні скалярні аналізатори ланцюгів (панорамні вимірювачі коефіцієнтів відбиття і передачі) складаються з ГКЧ з системою автоматичного регулювання потужності (АРМ), НВЧ вимірювального тракту (рефлектометра), що складається з трьох послідовно з'єднаних спрямованих відгалужувачів і уніфікованого індикатора.
Структурна схема скалярного аналізатора представлена на рисунку 5.
СН |
СН |
мітки |
ГКЧ |
ОІ |
Індикатор Я2Р-70 |
СН |
СН |
НО1 |
НО3 |
Р п |
Р пр |
U пр |
U 0 |
U п |
«А» |
«В» |
«R» |
Малюнок 5 |
Pn |
АРМ |
На виході ДКВ формується частотно-й амплітудно-модульований НВЧ сигнал постійного рівня. Для частотної модуляції в якості модулюючого напрямки використовується сигнал генератора розгортки, який конструктивно входить до ГКЧ. Амплітудна модуляція зазвичай здійснюється напругою типу «меандр» частоти 100 КГц від внутрішнього або зовнішнього джерела напруги, що модулює. Сталість вихідний потужності ГКЧ підтримується за допомогою системи АРМ, яка працює по сигналу
Використання вимірювача відносин у індикаторному блоці суттєво знижує вимоги до якості стабілізації вихідної потужності ГКЧ.
ГКЧ включає в себе і блок частотних міток. Вихідні сигнали цього блоку після перетворення в індикаторі відтворюються на зображенні досліджуваних характеристик у вигляді рухливих частотних міток.
Вимірювальний тракт складається з трьох спрямованих відгалужувачів (ПЗ). НО1 ответвляет сигнал пропорційний потужності падаючої хвилі Р n; НО2 - потужності відбитої хвилі Р 0; НО3 - потужності минулої хвилі Р пр.
Сигнали АЛЕ детектируются квадратичними детекторами. Вихідні напруги детекторів дозволяють визначити модуль коефіцієнта відбиття:
і ослаблення:
Для скалярних аналізаторів ланцюгів характерне застосування уніфікованого індикатора КСВ і ослаблення, що працює на частоті амплітудної модуляції ГКЧ. Цей індикатор забезпечує посилення сигналів пропорційних
Джерела похибки скалярних аналізаторів ланцюгів:
1) неточність установки і нестабільність частоти ГКЧ;
2) неідеальність і неіндентічность спрямованих відгалужувачів;
3) похибки індикатора;
4) неквадратічность характеристик детекторів.
ЛІТЕРАТУРА
1Метрологія і Електровимірювання в телекомунікаційних системах: Підручник для вузів / А.С. Сігов, Ю.Д. Бєлік. та ін / За ред. В.І. Нефедова. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Вищ. шк., 2005.
2Бакланов І.Г. Технології вимірювань у сучасних телекомунікації. - М.: ЕКО-Трендз, 2007.
3Метрологія, стандартизація і вимірювання в техніці зв'язку: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Б.П. Кульгавого. - М.: Радіо і зв'язок, 2006.