Лабораторная работа №2 Исследование устройств с ферритами
Цель работы:
- изучить физические процессы в намагниченных ферритах, взаимодействующих с СВЧ полем;
- экспериментально исследовать эффект Фарадея;
- экспериментально исследовать явление ферромагнитного резонанса.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка позволяет исследовать эффект Фарадея и явление ферромагнитного резонанса в ферритах. Измерение выполняются в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн. Функциональные схемы установки для выполнения измерений показаны на рис.4.
Рис.4. Функциональные схемы лабораторной установки:
а - установка для исследования эффекта Фарадея;
б - установка для исследования ферромагнитного резонанса.
В первой схеме СВЧ волна с выхода генератора через волноводный переход П поступает в круглый волновод, в котором установлен цилиндрический феррит, подается на антенну А1 и излучается. На волноводе с ферритом намотан соленоид, который создает внешнее магнитное поле. Ориентация плоскости поляризации излучаемой волны зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Антенна А2 с линейной поляризацией принимает излученную мощность, которая поступает на детектор D1. Продетектированный сигнал подается на индикатор. Поворачивая антенну А2 вдоль оси до получения максимальных показаний на индикаторе можно измерять положение плоскости поляризации излученной волны.
По второй схеме проводятся исследования ферромагнитного резонанса. Установка позволяет измерять величину затухания и фазового набега в устройстве с ферритом. Сигнал с выхода генератора поступает на тройник Т1 и делится между двумя каналами. В схеме установлены калиброванные аттенюатор Ат2 и фазовращатели Ф1 и Ф2. Аттенюатор Ат1 является регулировочным. Сигнал из верхнего и нижнего каналов на тройник Т2.Если величина затуханий и фазовых набегов сигналов в верхнем и нижнем каналах совпадают, то вся мощность в тройнике Т2 направляется в согласованную нагрузку Н2,если затухания или фазовые набеги не равны, то часть мощности поступает на детекторную секцию D2, детектируется и сигнал поступает на индикатор. Перед началом измерений при помощи регулировочных элементов схема балансируется до получений нулевых показаний на индикаторе. Если изменить величину затухания или фазового набега устройства с ферритом, то на индикаторе появится показания, которые можно скомпенсировать Ат2 и Ф1, Ф2. Величина изменения затухания или фазового набега при этом отсчитывается по шкалам Aт2, Ф1 и Ф2.
Порядок выполнения работы.
1. Исследование эффекта Фарадея.
1.1. При помощи волноводного переключателя подключить генератор к первой схеме. Подключить источник постоянного напряжения (ИПН) к соленоиду. Подключить индикатор к выходу D1 .
1.2. Уменьшая затухание аттенюатора генератора и поворачивая А2 получить максимальные показания на индикаторе.
1.3.Измерить зависимость угла поворота плоскости поляризации излучаемого поля от тока, протекающего через соленоид. Получить не менее 5 точек. Результаты занести в таблицу 2.
Таблица 2
|
I [мА] |
0 |
… |
|
|
Iмакс= |
|
|
|
|
|
|
|
1.4. Изменить полярность подключения соленоида и выполнить измерения по п.1.3. Результаты занести в таблицу, по форме аналогичную таблице 2.
1.5.Ввести затухание аттенюатором генератора. Уменьшить до нуля напряжение ИПН.
2. Исследование ферромагнитного резонанса
2.1. При помощи волноводного переключателя подключить генератор ко второй схеме. Подключить ИПН к катушке электромагнита секции N1. Подключить индикатор к выходу D2.Ручки Ф1 и Ф2 установить в среднее положение.
2.2. Уменьшая затухание аттенюатора генератора выполнить балансировку схемы до получения минимальных показаний на индикаторе. Балансировку проводить в следующей последовательности:
- вывести затухание Ат1, полностью ввести затухание Ат2. Измерить уровень сигнала на индикаторе;
- полностью ввести затухание Ат1; вывести затухание Ат2 до получения прежних показаний на индикаторе;
- записать показания шкалы Ат2: N0 [дБ];
-
оперируя фазовращателями Ф1 и Ф2 получить
минимальные показания на индикаторе
(должна иметь место характерная
седлообразная зависимость показаний
на индикаторе от положений Ф1 и Ф2).Записать
показания Ф1 и Ф2 -
и
соответственно.
2.3. Измерить зависимости затухания и фазового набега в секции с ферритом от величины тока, протекающего через катушку электромагнита. Для этого необходимо при помощи регулирования фазовращателей Ф1 и Ф2 получить минимальные показания на индикаторе, а при помощи аттенюатора Ат2 добиться прежних показаний на индикаторе. Отсчитать показания фазовращателей Ф1 (ψ1)и Ф2 (ψ2) и аттенюатора Ат2 (N2). Получить не менее 6 точек. Результаты занести в таблицу 3. Расчёты фазового набега проводить следующим образом:
(6)
где
,
- фазовые набеги Ф1 и Ф2 соответственно.
Таблица 3
|
I [мА] |
0 |
… |
|
|
Iмакс= |
|
|
0 |
… |
|
|
|
|
N2-N0, [дБ] |
0 |
… |
|
|
|
2.4. Изменить полярность подключения катушки электромагнита и выполнить измерения по п. 2.2 - 2.3.Результаты занести в таблицу, по форме аналогичную табл.3.
2.5. Ввести затухание аттенюатором генератора. Уменьшить до нуля напряжение ИПН.
Контрольные вопросы.
1. Структура и свойства ферритов в диапазоне СВЧ.
2. Взаимодействие электромагнитной волны с продольно и поперечно намагниченным ферритом.
3. Конструкция и принцип действия фазовращателей на ферритах.
4. Конструкция и принцип действия вентилей на ферритах.
5. Конструкция и принцип действия циркуляторов на ферритах.
6. Конструкция и принцип действия аттенюаторов и поляризаторов на ферритах.
7. Методика измерения параметров ферритовых устройств.