способ определения комплексного сопротивления двухполюсника в диапазоне частот

Формула изобретения

Способ определения комплексного сопротивления двухполюсника в диапазоне частот, заключающийся в том, что последовательно с исследуемым двухполюсником включают эталонное активное сопротивление и измеряют падение напряжения на эталонном активном сопротивлении при подключении последовательной цепи, состоящей из исследуемого двухполюсника и эталонного активного сопротивления, к источнику сигнала с известными параметрами, при этом измерения проводят для каждой частоты заданного диапазона, отличающийся тем, что дополнительно измеряют на каждой частоте падение напряжения на эталонном активном сопротивлении при включении последовательно с эталонным активным сопротивлением эталонной емкости, а составляющие комплексного сопротивления определяют в соответствии с выражениями





где E = E() ЭДС генератора;

R_вн= R_вн() внутреннее сопротивление генератора;

U₁ и U₂ измеренные величины напряжений соответственно при отключенной и подключенной эталонной емкости;

частота генератора, на которой проводят измерения;

R_эт величина эталонного активного сопротивления;

C_эт величина эталонной емкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике антенных измерений и радиоизмерений и может использоваться для измерения в широком диапазоне частот комплексных сопротивлений двухполюсников с сосредоточенными или распределенными параметрами, например, элементов антенно-фидерного тракта, а также линий связи, силовых линий электропередач, используемых в качестве линий связи, и других.

Известен способ измерения комплексных сопротивлений с использованием мостовой схемы (авт. св. N 428288, кл. G 01 R 27/00.).

Известный способ позволяет измерять составляющие комплексных сопротивлений в широком диапазоне частот с высокой точностью. Однако для его реализации требуется использование дорогостоящих и громоздких измерительных мостов.

Известен также способ косвенного измерения модуля полного сопротивления двухполюсника, выбранный в качестве прототипа, (Малышев А.И. Шкарин Ю.П. Специальные измерения высокочастотных трактов, аппаратуры и каналов связи по линиям электропередачи. Учебник для техникумов. М. Энергия, 1979, с. 77-80. ), заключающийся в том, что последовательно с исследуемым комплексным сопротивлением включают дополнительное активное сопротивление с известной величиной R₃, выбираемой в пределах (2-5) Ом, при этом его величина выбирается значительно меньшей по сравнению с предполагаемым значением Z_x, измеряют падение напряжения U₂ на этом сопротивлении при подключении последовательной схемы к генератору сигнала с известными параметрами, причем падение напряжения на сопротивлении R₃ поддерживают постоянным, численно равным значению R₃. Затем измеряют падение напряжения U₁ на цепи, состоящей из последовательно соединенных R₃ и Z_x, а искомые параметры вычисляют по формуле:

Z_x=(U₁-U₂)=(U₁-R₃) ом

Недостатки способа обусловлены тем, что, поскольку измерения проводятся на нагрузках, величины которых отличаются друг от друга на порядок, необходимо использовать либо один вольтметр с переключающейся шкалой, либо два вольтметра с отличающимися диапазонами шкал. В обоих случаях погрешности связаны с различием в погрешностях измерений на разных диапазонах вольтметра. Необходимость подсоединения вольтметра к различным точкам измерительной схемы при использовании одного измерительного прибора вносит дополнительную погрешность в измерения, а также приводит к увеличению времени измерений.

Технической задачей данного изобретения является разработка простого способа измерения комплексного сопротивления двухполюсника, позволяющего осуществлять измерения в широком диапазоне частот с повышенной точностью при сокращении времени измерений.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе оделения комплексного сопротивления двухполюсника в диапазоне частот, заключающемся в том, что последовательно с исследуемым двухполюсником включают эталонное активное сопротивление и измеряют падение напряжения на эталонном активном сопротивлении при подключении последовательно цепи, состоящей из исследуемого двухполюсника и эталонного активного сопротивления, к источнику сигнала с известными параметрами, при этом измерения проводят на каждом из частот заданного диапазона, согласно изобретению, дополнительно измеряют на каждой частоте падение напряжения на эталонном активном сопротивлении при включении последовательно с эталонным активным сопротивлением эталонной емкости, а составляющие комплексного сопротивления определяют в соответствии с выражениями:



,

где E = E() ЭДС генератора, известный параметр;

R_вн= R_вн() внутреннее сопротивление генератора, известный параметр;

U₁ и U₂ измеренные величины, соответственно при отключенной и включенной эталонной емкости;

частота генератора, на которой проводятся измерения;

R_эт величина эталонного активного сопротивления;

C_эт величина эталонной емкости.

Проведение измерений падения напряжения на одном и том же эталонном активном сопротивлении при включении в последовательную цепь, состоящую из исследуемого двухполюсника и эталонного активного сопротивления, эталонной емкости и ее отключении позволяет повысить точность измерений за счет исключения погрешностей, вносимых трудно учитываемым различием в погрешностях измерений различных измерительных приборов и сократить время измерений, исключив операцию переключения шкал измерительного прибора и подсоединения его к разным точкам измерительной схемы.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения комплексного сопротивления двухполюсника в диапазоне частот.

Устройство содержит генератор 1 с известным внутренним сопротивлением R и ЭДС E, соответственно для каждой из частот заданного диапазона, к зажимам которого подключена цепь из последовательно соединенных исследуемого двухполюсника 2, эталонного активного сопротивления 3 и эталонной емкости 4, а также вольтметр 5, подсоединенный параллельно эталонному активному сопротивлению 3, переключатель 6, включенный параллельно эталонной емкости 4, и вычислительный блок 7.

Способ определения комплексного сопротивления двухполюсника в диапазоне частот реализуется следующим образом.

Последовательно с исследуемым двухполюсником 2 включают эталонное активное сопротивление 3 и эталонную емкость 4, шунтируемую переключателем 6. Образованную последовательную цепь подсоединяют к клеммам генератора 1 с известными параметрами.

При замкнутых контактах переключателя 6 с помощью вольтметра 5 измеряют падение напряжения U₁ на эталонном активном сопротивлении 3, затем тем же вольтметром 5 измеряют падение напряжения U₂ на том же эталонном активном сопротивлении 3 при разомкнутых контактах переключателя 6. Таким образом, вольтметр остается постоянно включенным в измерительную схему. Аналогичные измерения проводят на всех частотах заданного диапазона. Искомые параметры вычисляют с помощью вычислительного блока 7 в соответствии с приведенными выражениями;





где: E = E() ЭДС генератора;

R_вн= R_вн()- внутреннее сопротивление генератора;

U₁ и U₂ измеренные величины напряжений, соответственно при отключенной эталонной емкости и подключенной;

частота измерений;

R_эт величина эталонного активного сопротивления;

C_эт величина эталонной емкости.

Таким образом, способ позволяет осуществлять с помощью простых операций измерения в широком диапазоне частот пр сокращении времени измерений с высокой точностью.

Величина R_эт выбирается из условия



где ожидаемая максимальная величина модуля измеряемого полного сопротивления двухполюсника.

При измерении в диапазоне частот, составляющем 2 октавы, величина C_эт выбирается из условия

,

где _ср средняя частота диапазона измерений.

В качестве вольтметра используется, например, вольтметр типа В3-52/1.