Принцип панорамности

До сих пор принцип зондирования пояснялся на примере некоторого одного сигнала, подаваемого на порт ТУ. В действительности, принцип зондирования почти всегда применяется совместно с принципом панорамности, состоящего в том, что зондирование осуществляется последовательно набором сигналов с различными значениями некоторого параметра.

Для пояснения идеализируем ситуацию и считаем, что сигналы генератора монохроматичные, то есть игнорируем конечность полосы сигнала, помехи, шумы и т.д. Аналоговый монохроматический сигнал имеет вид:

,

(1.4.1)

то есть имеет аргументом время и три параметра: амплитуду (или мощность ), круговую частоту (или циклическую частоту ), начальную фазу .

Назовем панораму простой, если варьируется только один параметр сигнала, и сложной, если варьируется два или более параметров; непрерывной, если параметр меняется непрерывно, и дискретной, если задается только последовательность изолированных значений параметра; односторонней, если параметр пробегает значения в одном направлении (если не считать быстрого сброса к исходному значению) и двусторонней, если он пробегает значения сначала в одном, затем в другом направлении; симметричной, если у двусторонней панорамы пробеги в одном и другом направлениях одинаковы по времени и набору значений; эквидистантной, если в простой дискретной панораме значения варьируемого параметра отстоят друг от друга на равные расстояния, и неэквидистантной – в противном случае.

По причинам теоретической и технической простоты чаще всего используется простая дискретная односторонняя эквидистантная панорама. В этом случае на порт ТУ поступает последовательность цугов сигнала вида (1.4.1) одинаковой длительностью каждый, но с изменяющимся значением одного параметра от цуга к цугу. Очевидно, можно варьировать или частоту , или мощность ; варьировать начальную фазу бессмысленно, т.к. информативны только разности фаз в разных точках цепи; более того, нет смысла даже контролировать начальные фазы цугов.

При вариации частоты (частотная панорама) генератор зондирующих сигналов вырабатывает последовательность сигналов

,

каждый длительностью , причем

,

– число частотных точек,

– шаг перестройки частоты,

– начальная частота диапазона перестройки (частотной панорамы),

– конечная частота этого диапазона,

При вариации мощности (мощностная панорама) генератор зондирующих сигналов вырабатывает последовательность сигналов

,

каждый длительностью , причем

,

– число мощностных точек,

– шаг перестройки мощности,

– начальная амплитуда диапазона перестройки амплитуд (мощностной панорамы),

– конечная амплитуда этого диапазона.

Внимательный читатель заметит, что данное выше определение эквидистантной панорамы несовершенно. Действительно, при вариации мощности мы предполагали равномерную сетку амплитуд; но можно было взять равномерную сетку по мощности (то есть по квадрату амплитуд), или по логарифму мощности (то есть равномерную сетку в децибельном масштабе), или по какой-либо другой функции амплитуды и т.д. Ясно, что это разные сетки значений. Если их все считать эквидистантными, то определение эквидистантной панорамы будет таким: панорама эквидистантна, если она простая, дискретная и значения варьируемого параметра или любой однозначной монотонной функции от него отстоят друг от друга на равные расстояния. Такой подход делает эквидистантную панораму более гибкой, что особенно важно для мощностной панорамы.

Несмотря на удобство эквидистантной панорамы, часто применяют неэквидистантную панораму, особенно в мощностном варьировании, необходимость в котором возникает при тестировании нелинейных устройств. Иногда набор частотных или мощностных точек задают таблично. Такая необходимость может возникнуть, например, при тестировании полосового фильтра, когда желательно подробнее изучить рабочую часть полосы, в отличие от остальной ее части; или при необходимости более подробного изучения рабочего диапазона входных мощностей усилителя, в отличие от области сжатия усиления.

Замечание. Хорошо известно, что идеализированная модель (1.4.1) представляет монохроматический сигнал (то есть имеет нулевую полосу частот), только если задана на бесконечном интервале времени. Рассматриваемые выше цуги имеют спектры с конечной полосой частот. Вообще говоря, это может осложнить интерпретацию результатов измерения, например, при частотной панораме. Но на данном этапе рассмотрения проблемы аппаратного анализа цепей мы отложим этот вопрос на будущее, предположив, что длительности цугов достаточно велики, чтобы их полоса, находящаяся к ним в обратной зависимости, была пренебрежима в сравнении с требуемым частотным разрешением анализа цепи.

Обсудим теперь необходимость панорамирования и даваемые им преимущества. Основные тенденции развития радиотехнической аппаратуры – уменьшение габаритов, расширение диапазонов рабочих частот – требуют увеличения объема измерения параметров и характеристик СВЧ элементов трактов. Старые методы измерения параметров цепей с помощью измерительных линий и мостовых измерителей полных сопротивлений могли работать только на фиксированных частотах, что существенно увеличивало трудоемкость измерений и чрезвычайно усложняло отработку и настройку СВЧ узлов. Автоматизация этих измерений и создание панорамной измерительной аппаратуры не только увеличивают производительность, но и повышают качество измерений, так как позволяют визуально наблюдать частотную характеристику измеряемого параметра в широком диапазоне частот в наиболее удобной форме (графики, цифры).

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

Использование сигналов со сложными видами модуляции в радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоскопии, радиоастрономии, радиоспектроскопии выдвигает определенные требования к устройствам их приема, передачи и формирования. В зависимости от назначения устройства и места включения его в аппаратуру необходимо контролировать модуль коэффициента передачи, электрическую длину, коэффициент отражения со стороны входа и выхода, или полное сопротивление – составляющие S-параметров. Развитие техники панорамного измерения S-параметров 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. Измерители S-параметров обеспечивают автоматическое с высокой точностью измерение:

- комплексных коэффициентов передачи;

- КСВ;

- амплитудно-частотных характеристик;

- фазочастотных характеристик.

Они незаменимы в системах автоматического контроля измерения, управления технологическими процессами, при расчете и конструировании узлов и элементов СВЧ трактов.