8 Методы измерения q
Значения Q объёмного резонатора могут быть определены экспериментально различными способами, подразделяющимися на группы:
1. Метод передачи.
2. Метод измерения полного сопротивления.
3. Метод измерения затухания переходного процесса или метод измерения
декремента затухания.
4. Динамические методы.
В первом из этих методов резонатор с входными и выходными зажимами используется как передающее устройство. Определяется зависимость выходного сигнала от частоты, получаемая в виде обычной резонансной кривой, по ширине полосы пропускания которой может быть вычислено значение Q. Несмотря на простоту этого метода, он требует вследствие ряда практических трудностей большого внимания к различным деталям, так как только в этом случае могут быть получены точные результаты.
Второй метод основывается на экспериментальном определении зависимости входного полного сопротивления резонатора от частоты. Графические изображения зависимости от частоты полного сопротивления резонатора, отнесенного к положениям узла и пучности при расстройке, будут представлять собой соответственно окружность и прямую линию. Эти данные могут быть легко использованы для вычисления значений Q0 , Qнагр. и Qвнеш.. Так как окружность может быть определена по трем точкам, то необходимо сделать только три независимых измерения полного сопротивления, чтобы получить все сведения о характеристиках резонатора и его устройства связи. Для повышения точности обычно используются дополнительные данные, позволяющие оценить систематическую и случайную ошибки.
Данные измерения полного сопротивления могут быть использованы несколькими способами. Можно воспользоваться сведениями о коэффициенте стоячей волны без соответствующих данных о фазе. Кривая зависимости КСВН от частоты содержит всю необходимую информацию. Использование этих данных аналогично использованию универсальной резонансной кривой колебательного контура на низких радиочастотах. И наоборот, можно воспользоваться только данными о фазе, не имея сведений о КСВН. Детальное рассмотрение этих способов показывает, что иногда можно выбрать тот из них, который удобнее в зависимости от условий эксперимента. Однако иногда правильный выбор способа определения характеристик резонатора приводит к большей точности. Рассмотрим, например, на рисунке 10 кривые входного полного сопротивления, нанесённые на круговую диаграмму, для трёх степеней связи.
Рисунок 10−Входное полное сопротивление объёмного резонатора, пересчитанное в положение узла при расстройке и нанесённое на круговую диаграмму для трёх степеней свободы
При связи резонатора с передающей линией, близкой к критической, окружность пересекает действительную ось вблизи точки (1,0). В этом случае сведения, получаемые из данных о КСВН и фазе, равноценны. Все же большая часть получается, если полное сопротивление при каждом значении частоты измеряется как комплексная величина. При слабой связи (β<<1) геометрическое место точек входного полного сопротивления представляет собой весьма небольшую окружность, точки которой охватывают лишь незначительный интервал изменения фазового угла. Поэтому данные о фазе не могут дать высокой точности. В то же время КСВН, соответствующий точкам этой окружности, сильно меняется при изменении частоты. Определение интервала частот между
точками, соответствующими “половинной мощности”, даёт в этом случае достаточно точные результаты.
Если связь значительно больше критической (β >>1), окружность приближается к границе круговой диаграммы; при этом КСВН велик и существенно не меняется, в то время как фазовый угол изменяется быстро и даёт необходимую информацию.
Третий метод − метод измерения декремента затухания, применим, в частности, для резонаторов с высоким Q. Он основывается на использовании явления затухания собственных колебаний в резонаторе.
Четвертая группа методов основывается на динамическом наблюдении характеристик резонатора. Такая методика очень удобна, так как при этом
снижаются требования к стабильности частоты сигнала, и значения Q могут быть получены более быстро, иногда непосредственно путём отсчёта по прибору.
В данной работе используется первый метод – метод передачи. Рассмотрим его подробнее.