ЭМПиВ №12 лабораторная работа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Кафедра технической электродинамики и антенн

Лабораторная работа № 12

«Измерение сопротивления нагрузки и настройка волноводной линии в режим бегущей волны»

Москва 2014

(Осенний семестр)

Цель работы

1. Ознакомление с методикой измерения эквивалентных сопротивлений волновода по найденному распределению поля в волноводе.

2. Приобретение навыков пользования круговой диаграммой полных сопротивлений.

3. Ознакомление с методикой настройки волноводов на бегущую волну путем включения неоднородности.

Блок-схема лабораторной установки

Рис.1.

1 - генератор СВЧ колебаний, работающий в диапазоне 30....37,5 ГГц;

2 - возбудитель волны типа (коаксиально-волноводный переход);

3 - измерительная линия; 4 - согласующая секция; 5 — нагрузка.

Домашний расчёт

1. Исходные данные

- коэффициент бегущей волны задаётся одинаковым для обеих задач.

Для задачи № 1:

- нормированное расстояние, являющееся отношением длины рассматриваемого участка линии к длине волны в линии. Его значение в сочетании с известным однозначно определяет на диаграмме полных сопротивлений точку, соответствующую нормированному значению сопротивления нагрузки .

Направление смещения: к генератору. Нормированное расстояния до точки, определяющей ведётся в направлении, противоположном заданному направлению смещения.

Для задачи № 2:

; Направление смещения: к нагрузке.

2. Расчёт сопротивления нагрузок и соответствующих им входных сопротивлений линий с помощью круговой диаграммы

Требуется рассчитать входные сопротивления линии передачи (волновода) для двух сопротивлений нагрузки (первое сопротивление задано в задаче №1, второе - в задаче № 2) при изменении длины линии от значения до значения с шагом , где m – некоторое целое положительное число, а Λ - длина волны в линии. Таким образом, поставлена задача проследить характер изменения значений входного сопротивления при изменении длины линии в рамках одного периода ( ). Начальная точка, направление смещения и коэффициент бегущей волны приведены в исходных данных, поэтому задача сводится к серии графических построений на диаграмме полных сопротивлений.

Для начала необходимо провести прямую, соединяющую точку с заданным нормированным расстоянием, причём данное расстояние откладывается противоположно указанному направлению смещения ( получаем к нагрузке) и центр диаграммы (точку r = 1). Пересечение этой прямой с окружностью (нанесена на диаграмму пунктиром) даёт нам точку А, которая определяет нормированное значение полного сопротивления нагрузки. Теперь, чтобы получить первое значение входного сопротивления, необходимо сдвинуться от полученной точки A на относительных единиц по направлению к генератору, получив таким образом отметку относительного расстояния по внутренней окружности. Затем полученная отметка соединяется с центром диаграммы, точка пересечения соединяющей прямой с окружностью , назовём её B, будет определять первое значение входного сопротивления линии. Далее происходит очередное смещение на , аналогичным образом определяет точка С и т .д. Ход построений проиллюстрирован на рис.1. Таким способом определяем входные сопротивления при изменении нормированного расстояния с шагом 0,05 до тех пор, пока не будет пройден полный период изменения значений . Данные заносятся в табл.1.

Рис.2. Круговая диаграмма полных сопротивлений для задачи № 1.

Табл.1. Входные сопротивления, определённые для задачи № 1, .

, ед.	0,07	0,02	0,47	0,42	0,37
, eд.
, ед.	0,32	0,27	0,22	0,17	0,12
, eд.

Для задачи № 2 методика решения и графических построений не изменяется, отличаются только заданная начальная отметка нормированного расстояния и направление смещения, в котором его следует отсчитывать (в данном случае указано смещение к нагрузке, значит необходимо определять начальную точку по внешней окружности, т. е. отсчитывая к генератору). Как и в предыдущей задаче соединяем точку относительного расстояния с центром диаграммы и ищем точку пересечения полученной прямой с окружностью , что даёт точку D. Координаты точки D являют собой нормированное полное сопротивление нагрузки, а для получения первого значения входного сопротивления линии необходимо произвести смещение по шкале нормированных расстояний на и снова произвести вышеописанные действия. Получившаяся точка E определяет первое значение входного сопротивления линии, аналогичным образом строится точка F, определяющая второе значение входного сопротивления линии и т. д. Процесс иллюстрируется на рис.2. Определение значений входного сопротивления линии со смещением по шкале нормированного расстояния с шагом 0,05 продолжается до тех пор, пока не будет пройден полный период изменения данных значений . Данные заносятся в табл.2.

Рис.3. Круговая диаграмма полных сопротивлений к задача № 2.

Табл.2. Входные сопротивления, определённые для задачи № 2, .

, ед.	0,23	0,28	0,33	0,38	0,43
, eд.
, ед.	0,48	0,03	0,08	0,13	0,18
, eд.

3. Построение графиков активной и реактивной составляющих входного сопротивления по данным пункта 2 для задач № 1 и № 2

Рис.4. График действительной (активной) и мнимой (реактивной) составляющих входного сопротивления для задачи № 1.

Рис.5. График действительной (активной) и мнимой (реактивной) составляющих входного сопротивления для задачи № 2.

4. Определение места включения и проводимости согласующего элемента для нагрузок, рассчитанных в пункте 3

Для определения места включения согласующего элемента достаточно сделать следующее графические построения: от точки, соответствующей заданному значению сопротивления нагрузки, необходимо сдвинуться по шкале нормированных расстояний на 0,25 относительных единиц, т. е. на четверть длины волны. Полученная точка определяет нормированное значение комплексной проводимости нагрузки. После этого требуется определить точки пересечения окружности c окружностью , таковых обязательно окажется две.

Если в качестве согласующего элемента используется ёмкостный штырь (его мнимая проводимость положительна), то используется точка, лежащая в левой половине круговой диаграммы, т. е. в области отрицательной мнимой части проводимости. Если же в качестве согласующего элемента используется индуктивная диафрагма (её мнимая проводимость отрицательна), то используется точка, лежащая в правой половине круговой диаграммы, т. е. в области положительной мнимой части проводимости. Выбрав по вышеописанному принципу одну из точек, требуется рассчитать по внешней оси расстояние от неё до ранее найденной точки, определяющей проводимость нагрузки. Полученная цифра и есть искомый результат-координата места включения согласующего элемента. Процесс проиллюстрирован на рис.5 для задачи № 1 и на рис.6. для задачи № 2.

Рис.6. Определение места включения согласующего элемента для задачи № 1.

Рис.7. Определение места включения согласующего элемента для задачи № 2.

Табл.3. Результаты определения места включения согласующего элемента.

, ед.
Тип элемента	Ёмкостный штырь	Индуктивная диафрагма	Ёмкостный штырь	Индуктивная диафрагма
, ед.	0,194	0,046	0,394	0,256
, ед.	1,5	-1,5	1,5	-1,5

12