Техническая электродинамика (стр. 2 )

1  - генератор СВЧ,

2  - измерительная линия,

3  - индикатор,

4  - исследуемая неоднородность,

5  - согласованная нагрузка.

По прямоугольному волноводу колебания поступают на измерительную линию (2), с помощью которой определяют коэффициент стоячей волны (КСВ) и полную проводимость неоднородности.

Сигнал с зонда измерительной линии подается на индикатор (3).

В работе исследуется несколько неоднородностей в виде диафрагм и штырей, вставленных в отрезок волновода.

3.2 Градуировка детекторной головки

Для проведения точных измерений необходимо знание характеристики СВЧ-детектора на рабочем участке, поскольку известно, что при токах через детектор – до 50 мкА характеристика квадратичная (I=kU2), a при больших токах – линейная (I=kU).

При квадратичной характеристике детектора значение КСВ по показаниям индикатора вычисляется из отношения:

КСВ, (7)

где и - показания индикатора в точках максимума и минимума соответственно.

Если характеристика линейная, то:

КСВ. (8)

Для градуировки детектора удобно использовать метод стоячей волны, который заключается в проверке известного положения: в линии, замкнутой на одном конце, возникает чисто стоячая волна. При этом распределение поля вдоль линии изменяется по закону:

, (9)

где - максимальная напряженность электрического поля,

z - расстояние вдоль линии от замкнутого её конца или от любого узла напряженности электрического поля до рассматриваемой точки.

Очевидно, что при линейной характеристике детектора показания индикатора пропорциональны :

, (10)

при квадратичной характеристике:

. (11)

Поскольку в измерительной технике обычно реализуется случай малых токов, то на основании (11) устанавливаем способ проверки квадратичности характеристики детектора. Измеряя показания прибора для , лежащих в области 0¸lb/4, и вычисляя для этих значений построим график . Если построенная зависимость линейна, то, можно утверждать, характеристика СВЧ детектора - квадратична.

3.3 Методика измерения параметров неоднородностей

Измерение полных проводимостей неоднородностей тракта проводится следующим способом. Измерительная линия нагружается короткозамкнутой секцией и отмечается положение узла поля в линии. Затем взамен короткозамыкающей секции включается исследуемая неоднородность, нагруженная на согласованную нагрузку. При этом необходимо следить за тем, чтобы место включения неоднородности совпадало с местом положения короткозамыкателя. Отмечается положение узла в линии и измеряется величина КСВ. Для всех неоднородностей определяются величины: l/lb=(lH-lК. З.)/ lb и КСВ, что позволит с помощью круговой диаграммы полных сопротивлений найти значения проводимостей.

Величина смещения l считается положительной, если минимум при к. з. по отношению к минимуму при нагрузке смещается в сторону генератора, и отрицательной, если минимум смещается в сторону нагрузки.

 

Порядок определения проводимости покажем на примере.

Пусть измеренный КСВ равен 1,2. Минимум напряжения при закорачивании линии смещается в сторону генератора на 0,12 длины волны b относительно минимума при включенной нагрузке. Для вычисления искомой полной проводимости нагрузки поступаем следующим образом.

На диаграмме по шкале “длины волн к генератору” от точки, где проводимость равна (к. з.), откладываем 0,12. На шкале это соответствует делению 0,37l (0,25+0,12=0,37). Соединяем найденную точку с центром и далее находим точку пересечений проведенной прямой с окружностью постоянного КСВ=1,2. Точка пересечения определяет величину проводимости в относительных единицах.

Снося эту точку на вертикальную ось по линии активной составляющей и на внешнюю окружность по линии реактивной составляющей получаем:

, , .

При волновом сопротивлении линии =75 ом

.

Длина волны определяется непосредственно на линии, как удвоенное расстояние между двумя соседними минимумами. Волновое сопротивление линии Z0 в волноводных трактах изменяется с частотой, и поэтому его надо вычислять для каждой рабочей частоты, на которой производится измерение.

Для волны H10

,

где l0 - длина волны в воздухе;

а - ширина волновода;

m, e - магнитная и диэлектрическая проницаемость среды заполняющей волновод. Для волноводов с воздушным заполнением m и e равны 1.

4 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

4.1 Проверить характеристику кристаллического детектора. Установить частоту генератора f.

4.2 Произвести измерение проводимостей неоднородностей волноводного тракта.

4.3 Исследовать резонансные диафрагмы в полосе частот. Определить их характеристики.

4.4 Согласовать расчетные (табл.1) и экспериментальные зависимости электрических характеристик неоднородностей волноводного тракта от конструктивных параметров (геометрия неоднородности, местоположение в волноводе).

Таблица 1

Вид неоднородности	№ неоднородности и размер в мм
1	2	3	4	5	6
Индуктивная диафрагма	15,0	16,0	17,0	18,0	18,5	21,0
Емкостная диафрагма	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	7,5
Индуктивный штырь	2/1	3,5/1	5,0/1	7,0/1	9,0/1	11,5/1
Емкостной штырь	I/I	2/1	3/1	4/1	5/1	6/1
Резонансная диафрагма	16/3	17/4	18/5	19/6	20/7	21/8,5

5 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

5.1 Цель работы, краткое описание измерительной установки, методы измерений.

5.2 Результаты измерений и расчетов в виде таблиц.

5.3 Графики зависимостей (экспериментальные и расчетные) проводимости от конструктивных параметров для различных неоднородностей.

5.4 Погрешности проведенных измерений.

5.5 Выводы по результатам работы.

6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1 Как настроить и отградуировать детекторную секцию измерительной линии?

6.2 С какой целью согласовывают генератор СВЧ и измерительную линию?

6.3 Объяснить зависимость реактивной и активной составляющих проводимости от геометрии для различных неоднородностей волноводного тракта.

6.4 Привести и объяснить эквивалентные схемы неоднородностей волноводного тракта.

.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Институт электронных информационных систем

Кафедра “Проектирование и технология радиоаппаратуры”

Исследование конструкций

микрополосковых шлейфных направленных ответвителей

Лабораторная работа № 3.

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1 Измерение рабочих характеристик микрополосковых шлейфных направленных ответвителей в заданном диапазоне частот.

1.2 Анализ зависимости электрических параметров ответвителей от конструктивно - технологических факторов.

2 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

Направленным ответвителем (НО) принято называть восьмиполюсник, служащий для направленного ответвления энергии. Линию передачи НО, по которой проходит наибольшая мощность, будем называть первичной, а линию, в которую ответвляется часть энергии - вторичной.

В шлейных НО, топология и схема которого показана на рис.1, элементами связи между двумя линиями передачи служат шлейфы (отрезки линий). Длина шлейфов и расстояние между ними берутся равными четверти длины волны, определенной в микрополосковой линии.

Направленность достигается за счет интерференции электрических волн, возбужденных во вторичной линии. Поскольку линии одинаковы и электрическое расстояние между элементами связи в обеих линиях равно , то в плечо 2 придут две одинаковые по амплитуде противофазные волны, и произойдет полное уничтожение поля. Волны, идущие в плечо 4, будут синфазны и сложатся.