МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИИ

ПОВОЛЖСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, РАДИОТЕХНИКИ и СВЯЗИ.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНТЕНН И УСТРОЙСТВ СВЧ.

Методические разработки к лабораторным работам

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ ФЕРРИТОВЫХ

КВЧ – УСТРОЙСТВ»

Составитель: д.ф. – м.н. Негатов В.А.

Рецензенты: к.т.н., доц. Тяжев А.И.

зав. Сектором Католиков В.И.

САМАРА 2004

УДК 621.396.67

В методических указаниях даются конструкции и принцип действия некоторых типов волноводных ферритовых вентилей и циркуляторов КВЧ диапазона. Предлагается методика измерения их основных параметров, а также способ настройки ферритовых волноводных устройств.

Для студентов специальности 2301.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ ФЕРРИТОВЫХ КВЧ – УСТРОЙСТВ

Лабораторные работы исследовательского характера посвящены изучению ферритовых КВЧ – устройств в волноводном исполнении:

а) волноводный ферритовый вентиль;

б) волноводный ферритовый циркулятор.

Время выполнения каждой лабораторной работы – 4 часа.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ

1. Работа в лаборатории проводится в часы, установленные расписанием.

2. Каждый студент, ознакомившись заранее с описанием работы и изучив рекомендуемую литературу, указанную в описании, должен представить руководителю занятий необходимые расчёты по выполняемой работе и бланк отчёта.

3. К выполнению работы студент допускается после того, как руководителем занятий будут проверены расчёты и выявлены достаточные знания студента по данной работе.

4. Лабораторная работа оформляется отчётом согласно «Содержанию отчёта» в описании работы.

5. Студент сдаёт зачёт по накопительной системе, т.е. зачёт сдаётся по каждой работе во время, указываемое преподавателем, либо в конце занятия, либо в промежутке между занятиями.

6. При работе в лаборатории студент обязан строго выполнять правила техники безопасности.

7. С очерёдностью выполнения лабораторных работ студент обязан ознакомиться по специальным графикам.

Работа № 1 «Исследование волноводного ферритового вентиля»

1. Цель работы

1 – изучить основные принципы работы и проектирования волноводных ферритовых вентилей КВЧ диапазона; 2 – освоить методику измерения характеристик ферритовых приборов; 3 – освоить методику настройки волноводных ферритовых вентилей.

2. Литература

1. Вольман В.И. , ПименовЮ.В. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1971.

2. Конструирование экранов и СВЧ – устройств: Учебник для ВУЗов. А.Н.Чернушенко, Б.В.Петров, Л.Г.Малорацкий и др. – М.: Радио и связь, 1990.

3. Вамбельский М.В., Абрамов В.П., Казанцев В.И. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ. – М.: Радио и связь, 1982.

4. Неганов В.А. Электродинамическая теория полосково-щелевых структур СВЧ. – Издательство Саратовского университета, Самарский филиал, 1991.

5. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. – М.: Наука, 1973.

6. Альтман Дж. Устройство СВЧ. – М.: Мир,1968.

7. Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. – Л.: Госэнергоиздат, 1963.

8. Приложение к настоящим методическим разработкам.

3. Подготовка к лабораторной работе

При подготовке к лабораторному занятию необходимо:

- изучить задание на работу, цель работы;

- рассчитать геометрические размеры ферритового цилиндра и согласующего трансформатора и разработать конструкцию вентиля;

- изучить методику измерения прямых потерь Р, развязки R, коэффициента стоячей волны Кст;

- ознакомиться с основными органами управления генератора СВЧ, селективного усилителя, измерительной линии.

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить соответствующие разделы лекций, материалы, изложенные в (1 – 8), методические указания к работе и ответить на контрольные вопросы.

4. Контрольные вопросы

1. Каковы основные свойства ферритов без подмагничивающего поля и в присутствии подмагничивания?

2. Что такое ферромагнитный резонанс?

3. Как выглядят графики действительной и мнимой составляющих магнитной проницаемости намагниченного феррита для волн круговой поляризации в зависимости от величины подмагничивающего поля?

4. В какой области величин подмагничивающего поля работают вентили КВЧ диапазона?

5. Каково назначение вентилей и их основные параметры?

6. Как записывается матрица рассеяния идеального вентиля? Чему равно вентильное отношение?

7. Вывести формулу (21) (см. приложение 1).

8. Объяснить принцип функционирования согласующего металлического трансформатора.

9. Что представляет собой схема экспериментальной установки для исследования параметров вентилей? Что и в какой последовательности исследуется? Какие ожидаются результаты?

5. Расчётная часть

Пользуясь формулами, приведёнными в приложении 1, и литературой (1 – 8), рассчитать размеры ферритового цилиндра и согласующего трансформатора и разработать конструкцию вентиля. Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.

Расчёт геометрических размеров ферритового цилиндра (радиус r и высоты H) определятся следующим образом:

1. исходя из исходных данных в табл. 1, выбирается марка феррита (см. табл. 5 прилож. 1).

2. Проводится расчёт собственных частот f i,n,m (i = 1,2; n = 0,1,2; m = 0,1,2) ферритового резонатора для нескольких значений r и H (путём их перебора) по формуле:

(1)

где , - диэлектрическая и магнитная проницаемости феррита; - скорость света.

3. Исходя из заданной рабочей полосы частот устройства определяют рабочий тип собственного колебания, т. Е. значения чисел При этом должно быть больше величины , где - ближайшая собственная частота ферритового резонатора.

4. Пологая , из соотношения (1) определяются геометрические размеры ферритового цилиндра.

5. Экспериментально подбирается поглощающая нагрузка.

Таблица 1

№ варианта	1	2	3	4
Сечение волновода ,
,ГГц	54,0	54,5	40,5	41,0
,ГГц	2,0	1,5	3,5	3,0
, дБ	0,8	0,4	0,5	0,3
, дБ	25,0	28,0	30,0	25,0
	1,3	1,22	1,18	1,8