Техническая электродинамика (стр. 5 )

 

3.2 Измерение электрических характеристик ферритовых СВЧ устройств

1) Установить вентиль на выходе измерительной линии согласно блок-схеме 1.

2) Включить генератор согласно прилагаемой инструкции. Частоту установить равной f=8700 МГц.

3) Замерить мощность на выходе вентиля Pвых.

4) Снять вентиль и замерить мощность на выходе генератора. Это будет Pвх для вентиля.

Подсчитать прямые (вносимые) потери:

Lпр=10 lg(Рвх/Рвых).

Замерить КСВ в линии.

5) Поменять местами вход и выход вентиля и сделать те же замеры, что и в предыдущем случае. .

Подсчитать обратные потери (развязку):

Lобр=10 lg(Рвх/Рвых).

Найти вентильное отношение R.

6) Повторить все замеры в полосе частот f=8000¸9000 КГц.

7) Установить вместо вентиля Y-циркулятор. Вход 1 подсоединить к выходу измерительной линии, а вход 2 - к индикатору. К свободному входу 3 подключить согласованную нагрузку.

Найти Lпр=10 lg(Рвх1/Рвых2).

Найти КСВ в линии.

8) Поменяв местами вход 2 и вход 3, найти развязку между плечами:

L=10 lg(Рвых2/Рвых3).

4 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

4.1 Ознакомиться с измерительной установкой и исследуемыми ферритовыми СВЧ устройствами.

4.2 Измерить основные электрические характеристики ферритовых вентилей и циркуляторов в заданном диапазоне частот.

5 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

5.1  Цель работы, краткое описание измерительной установки, методика измерения.

5.2  Результаты измерений в виде таблиц.

5.3  Графики зависимости электрических характеристик ферритовых устройств от частоты.

5.4  Выводы по полученным результатам.

6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1 Объяснить эффективность применения ферритовых материалов в технике СВЧ.

6.2 Пояснить суть эффекта продольного и поперечного ферромагнитного резонансов.

6.3 Зависит ли эффект Фарадея в феррите от изменения направления распространения электромагнитной волны (и от изменения направления подмагничивания)?

6.4 Пояснить зависимости электрических характеристик ферритовых устройств от конструктивных параметров (величины подмагничивающего поля, геометрии ферритов).

6.5 Привести примеры применения ферритовых СВЧ устройств в технике СВЧ.

.

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 параметров

микрополоскового полосового фильтра

Лабораторная работа № 4.

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1 Измерение основных электрических характеристик микрополосковых (МП) полосовых фильтров.

1.2 Анализ зависимости электрических параметров МП фильтра от конструктивно-технологических факторов.

2 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

Полосковые фильтры СВЧ предназначены для передачи электромагнитных волн с минимальными искажениями в заданном диапазоне частот.

Основные требования, предъявляемые к полосовым фильтрам СВЧ сводятся к малому вносимому затуханию и высокой прямоугольности передаточной характеристики. Известны [l, 2] два вида передаточной характеристики полосового фильтра: чебышевская и максимально-плоская (рис.1, 2).

Рисунок I - Чебышевская характеристика фильтра

 

Разработаны конструкции полосовых МП фильтров на связанных линиях, на одиночной линии с зазорами, на встречных штырях. В данной работе рассмотрены конструкции фильтров на связанных линиях.

Для расчета топологической схемы МП полосового фильтра при требуемых электрических параметрах:

fп, fз - полосы пропускания и заграждения,

ап и аз - затухания в полосе пропускания и заграждения, используют в качестве прототипа ступенчатый переход [2]. Число ступенек n-прототипа, обеспечивающего реализацию заданных требований к частотной характеристике фильтра, определяется равенствами:

- при чебышевской частотной характеристике:

; (1)

- при максимально-плоской характеристике:

, (2)

где относительные полосы пропускания прототипа равны:

, , ,

f0 - средняя частота рабочего диапазона.

Как известно [2], число ступенек прототипа n соответствует (n+1)-звену полосового фильтра. Поскольку фильтр реализуется на связанных линиях, каждое из звеньев одновременно является ответвителем с переходным затуханием:

, (дб) (3)

где сi - переходное затухание i-го звена,

qi - нормированные значения элементов фильтра.

Вычисляя число звеньев фильтра согласно (1,2) и коэффициент отражения от фильтра Г:

Г,

по таблицам [2] находим qi. После этого по формуле (3) для каждого элементарного направленного ответвителя определим ci. По данным электрического расчета определяются конструктивные: размеры элементов фильтра (см. [3]).

Зная методику расчета топологии фильтров на связанных линиях, можно решить обратную задачу:

оценить зависимость основных электрических параметров фильтра , и ап от точности изготовления элементов МПЛ.

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальные исследования производятся на установке, блок-схема которой представлена на рис. 3.

 

В данной работе необходимо измерить основные электрические параметры трехзвенного МП полосового фильтра. Топология фильтра показана на рис. 4. Построение передаточной характеристики производится по значениям измеренного затухания в полосе частот, указанной преподавателем. Затухание определяется по формуле:

L=10 lg(Pвх/Рвых)=10 lg(aвх/aвых);

aвх - показания микроамперметра на выходе измерительной линии (на входе фильтра),

aвых -показания микроамперметра на выходе фильтра.

 

Измерения aвх и aвых производится следующим образом. Подсоединяя детекторную секцию с МКА к выходу измерительной линии, ручкой генератора "Регулировка выхода" устанавливают некоторое значение тока на МКА (aвх). Затем в схему включают макет ПФ и измеряют aвых по показаниям МКА. В той же полосе частот измеряется КСВ с помощью измерительной линии.

4 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

4.1 Вычислить топологию трехзвенных МП полосовых фильтров на связанных линиях с чебышевской и максимально-плоской передаточными характеристиками для следующих исходных данных: материал - ситалл СГ-50-1 (e=8,2; tgd=50´10-4), f0=3 ГГц, =50 МГц, МГц, ап=1 дб, аз=25 дб.

4.2 Измерить передаточные характеристики L(f) предложенного трехзвенного МП полосового фильтра и КCВ. Построить графики L(f), КСВ(f).

5 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

5.1 Цель работы, краткое описание измерительной +установки, методика измерения.

5.2 Результаты измерений и расчетов в виде таблиц и графиков.

5.3 Эскиз топологии трехзвенных МП полосовых фильтров на связанных линиях с чебышевской и максимально-плоской передаточными характеристиками.

5.4 Погрешности проведенных измерений. Анализ расчетных и экспериментальных результатов.

6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1 Пояснить принцип действия полосового трехзвенного МП фильтра.

6.2 В каких случаях применяются полосовые фильтры с чебышевской и максимально-плоской передаточными характеристиками?

6.3 Произвести анализ зависимости электрических параметров полосового фильтра от точности изготовления топологии.

6.4 Какие требования предъявляются к точности изготовления топологической схемы полосовых многозвенных МП фильтров?

6.5 Привести примеры применения МП полосовых фильтров в конструкциях СВЧ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Техническая электродинамика: Конспект лекций /Сост. , ;НовГУ.-Новгород,1999.-122с.

2 Конструирование экранов и СВЧ устройств/Под ред. . М.:Радио и связь, 1990.

3 и др. Устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1981.

4 , . Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях. М.:Сов. радио, 1972.

5 А. Л..Фельдштейн, , . Справочники по элементам волноводной техники. М.:Сов. радио, 1967.

6 Конструирование и расчет полосковых устройств/Под ред. . М.:Сов. радио, 1974.

Справочник по элементам полосковой техники./Под ред. . М.:Связь, 1979.

7 Лебедев и приборы СВЧ. Т.1. М.:Изд-во Высшая школа, 1970.

8 , , Собенин сверхвысоких частот. Учебная лаборатория. М., Лит издат, 1974.

9 Семенов электродинамика. М.: Связь, 1973.

10 , . Техническая электродинамика, М.:Связь, 1971.

11.Минаэлян и применение ферритов на сверхвысоких частотах М.:Госэнергоиздат, 1967.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1. Лабораторная работа выполняется с применением устройств, на которые подается напряжение 220 В, опасное для человека. ЗАПРЕЩАЕТСЯ подключение блоков к сети без проверки наличия заземления. Все необходимые проверки электроустановок разрешается выполнять только при отключенном сетевом питании с разрешения преподавателя.

Для исключения выхода из строя измерительных приборов ЗАПРЕЩАЕТСЯ включать их, не ознакомившись с инструкцией по эксплуатации.

2. Лабораторную работу разрешается выполнять группой в составе не менее двух человек и только в присутствии преподавателя.

3. Категорически ЗАПРЕЩАЕТСЯ оставлять включенные приборы без наблюдения.