3. Экспериментальное определение коэффициента отражения от исследуемой нагрузки

1. Коэффициент отражения от нагрузки является, как видно из (1.4), комплексной величиной .

Для определения модуля коэффициента отражения необходимо присоединить исследуемую нагрузку к концу линии (волновода), измерить КБВ (или КСВ) и затем вычислитьпо формуле (1.19).

2. Для определения фазы φ коэффициента отражения от исследуемой нагрузки необходимо знать, согласно формулам (1.13), (1.14), расстояние от нагрузки до положения минимума. Как правило, в реальных устройствах СВЧ точно определить это расстояние практически невозможно. Поэтому для определения фазы φ коэффициента отражения от исследуемой нагрузки необходимо использовать эталонную нагрузку с заранее известной фазой коэффициента отражения φ',составив для нее уравнение, аналогичное уравнениям (1.13), (1.14):

(1.0)

где – положения минимума для эталонной нагрузки:m= 1, 2, 3,…

Почленно вычитая уравнение (1.20) из (1.13), легко получить:

(1.0)

где

Слагаемое – в формулах (1.21) можно в дальнейшем опустить, так как оно добавляет к значению фазы целое число () или нуль. Таким образом, для определенияφнеобходимо знать φи смещение положения минимума.

3. В качестве эталонной нагрузки используется короткозамыкающая перемычка (заглушка), для которой коэффициент отражения известен (см. п. 4):

(1.0)

Подставляя (1.22) в уравнение (1.21), можно получить расчетную формулу для фазы коэффициента отражения от исследуемой нагрузки:

(1.0)

(1.0)

где – положение минимума напряженности электрического поля в волноведущей структуре при установке на конец линии (волновода) исследуемой нагрузки;– положение минимума напряженности электрического поля (или напряжения) при установке на конце линии (волновода) короткозамыкающей перемычки;координата может быть названа условным концом линии, так как она находится на расстоянии целого числа полуволн от конца линии (волновода).При определении фазыφкоэффициента отражения от нагрузки по результатам измерений (1.28), (1.24) рекомендуется изобразить эскиз (рис. 1.6) взаимного расположения условных концовкоординаты минимума напряжения, нагрузки Н и генератора Г.

4. Модуль коэффициента отражения от заглушки(1.22), так как падающая на заглушку волна полностью от нее отражается. В заглушке нет потерь СВЧ – энергии. Фаза коэффициента отражения от заглушки может быть определена следующим образом.

Вектор напряженности электрического поля в волноведущей структуре ориентирован перпендикулярно направлению распространения волн, т. е. касательно к поверхности заглушки. Это свойство характерно для волн длинной линии и волны основного типа (моды) в волноводе. Следовательно, полное электрическое поле на заглушке, представляемое суммой полей падающей и отраженной волн, будучи касательным к заглушке, равно нулю:

(1.0)

так как удельная электрическая проводимость металла заглушки принимается равной бесконечности: Аналогичное уравнение записывается для напряжения на заглушке:

(1.0)

Из уравнений (1.25). (1.26) видно, что отраженная волна на заглушке полностью компенсирует падающую волну, и коэффициент отражения от заглушки оказывается равным (1.22):

5. Подстановка значений из (1.22) в формулы (1.11), (1.12). (1.15) дает для короткозамкнутой волноведущей структуры следующие значения:

(1.0)

Подстановка (1.22) в формулы (1.5), (1.6), (1.8), (1.9) позволяет получить распределение модуля напряжения, или напряженности электрического поля вдоль волноведущей структуры:

(1.0)

(1.0)

6. Итак, в случае короткозамкнутой волноведущей структуры амплитуды падающей и отраженной волн равны друг другу, в минимумах происходит полная взаимная компенсация падающей и отраженной волн, все минимумы равны нулю (рис. 1.5, б), а максимумы – удвоенному значению амплитуды падающей волны. Такой режим в волноведущей структуре, характеризующийся формулами (1.27)–(1.29), называется режимом стоячей волны. Максимумы стоячей волны называются пучностями, а минимумы – узлами. Расстояние между соседними минимумами – узлами равно половине длины волны (0,5и 0,5_z). В короткозамкнутой волноведущей структуре все узлы электрического поля (или напряжения) находятся на расстоянии целого числа полуволн от ее конца.Сечения, отстоящие от конца волноведущей структуры на расстоянии целого числа полуволн, называются «условными концами» волноведущей структуры (длинной линии или волновода).