2. Домашние задания и методические указания по их выполнению

2.1 Задание первое. Дать краткое описание волноводных измерительных линий, наиболее часто используемых на практике.

Для выполнения задания необходимо проработать материал по сле­дующим литературным источникам: [3, с. 60-64], [4, с.376-378]; [5, с.325-331].

Особое внимание при изучении устройства линий нужно обратить на механическое сочленение зондовой головки с основной линией, а также на конструкцию органов настройки контуров зонда и детектора.

2.2 Задание второе. Для волноводной линии с поперечными размерами а = 2.3 см и в = 1см и при работе ее на волне типа Н₁₀ рассчитать критиче­скую длину волны λ_кр и длину волны в волноводе λ_в.

Длины волн λ_кр и λ_в определяются с помощью формул:

(1)

(2)

В этих соотношениях для волны Н₁₀ m=1и n = 0; λ- длина волны ге­нератора; ее принять равной 3.6 см в одном случае, а в другом - 3 см.

3. Вопросы к домашним заданиям

1. Изобразить графически в разрезе схематическую конструкцию волноводной измерительной линии и указать какими элементами образованы в ней контуры зонда и детектора.

2. На каком типе электромагнитной волны предназначена работать волноводная измерительная линия? Может ли она работать на других типах волн?

3. Каково назначение контуров зонда и детектора индикаторной голов­ки?

4. Влияет ли волноводная щель на конфигурацию электромагнитного поля в линии, ее волновое сопротивление и потери?

5. Почему в волноводной измерительной линии щель делается продольной, причем в середине широкой стенки?

6. Зависит ли точность измерительной линии от глубины погружения зонда?

7. Чему пропорциональна электродвижущая сила, наведенная на зонде измерительной линии, и от каких факторов зависит ее величина?

8. Какими основными параметрами характеризуются волноводные измерительные линии?

9. С какой целью контуры зонда и детектора настраивают в резонанс?

10. Каково назначение экрана зонда?

11. Какие параметры СВЧ устройств можно контролировать с помощью измерительной линии?

12. Изобразить графически схему включения коаксиальных линий зонда и детектора.

13. С какой целью поверхность поршня 8 (рис. 1) покрыта оксидной пленкой?

14. От каких факторов зависит чувствительность измерительной ли­нии?

15. Что представляет собой абсолютная и относительная погрешности измерения и в каких единицах они выражаются?

4. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению

4.1. Задание первое. Проверить работоспособность измерительной линии.

При выполнении задания линию одним концом подключают к выходу генератора СВЧ сигналов через аттенюатор, а другим - к реактивному шлей­фу. Проверка работоспособности линии осуществляется при двух глубинах погружения зонда (2 и 3 мм) и для двух частот генератора f₁ = 8,333 ГГц (λ₁ = 3,6 см) и f₂ = 10 ГГц (λ₂ = 3 см). Линия считается работоспособной, если во всех указанных случаях удается плавно и четко установить резонанс. Если же чувствительность линии вызывает сомнение, то необходимо обратиться к преподавателю и совместно с ним проверить линию.

4.2. Задание второе. При двух частотах генератора f₁ = 8,333 ГГц и f₂ = 10 ГГц определить длины волн в волноводе λ_В1 и λ_В2 соответственно. При выполнении данного пункта необходимо в обоих случаях снять зависимость изменения напряженности электрического поля от текущего значения длины ли­нии (рис. 2) и по расстоянию d между любыми двумя соседними узлами определить длину волны в волноводе λ_впо формуле:

λ_в=2d. (3)

Рис. 2

Полученную величину λ_в сравнить со значением λ_в, найденным по формуле (2).

4.3. Задание третье. При f₁ = 8,333 ГГц и f₂= 10 ГГц определить по­грешность измерения линии, обусловленную непостоянством связи зонда с линией при перемещении каретки с индикаторной головкой. Глубину погру­жения зонда установить равной двум миллиметрам.

Здесь вход линии так же, как и в пунктах 4.1 и 4.2, должен быть под­ключен к выходу СВЧ генератора, а противоположный конец линии соеди­нен с реактивным шлейфом.

Измерения погрешностей производят по циклам.

В первом цикле поршень шлейфа устанавливают в нулевое положение (Θ_ш= 0); l_ш - показание по шкале шлейфа. Затем, перемещая каретку, опреде­ляют показания по шкале микроамперметра α₁, α₂, α₃ и т.д. в ряде последо­вательных пучностей в линии вдоль всей ее длины, после чего производят расчет частной погрешности на этом цикле по формуле:

(4)

где N - номер цикла измерений; n - число пучностей в линии соответст­венно при f₁ = 8, 333 ГГц и f₂ = 10 ГГц; α_mах, α_min - максимальное и мини­мальное показания микроамперметра при каждом цикле измерений среди всех значений массива данных: α₁, α₂, α₃ и т.д.

В дальнейшем при переходе от одного цикла измерений к другому (очередному) величину l_ш следует увеличивать на 5 мм при f₁ = 8. 333 ГГц и на 3, 5 мм при f₂ = 10 ГГц; при этом частная погрешность рассчитывается по той же формуле (4).

Результаты измерений и расчетов свести в таблицы 1 (при f₁= 8,333 ГГц) и 2(при f₂= 10 ГГц).

Таблица 1

N	1	2	3	4	5	6	7
lш , мм	0	5	10	15	20	25	30
α1
α2
α3
αn
δ1N

Таблица 2

N	1	2	3	4	5	6	7
lш, мм ММ	0	3.5	7	10.5	14	17.5	21
α1
α2
α3
αn
δ1N

На основании данных таблиц при обеих частотах рассчитываются ре­зультирующие (усредненные) погрешности линии, обусловленные непосто­янством связи зонда с линией. Такой расчет делается с помощью соотноше­ния:

(5)

В (4) q - число циклов измерений.

Величина l_ш на последнем цикле измерений должна быть большей или равной λ_в/2.

4.4. Задание четвертое. Определить при f₁ = 8,333 ГГц и f₂₌ 10 ГГц по­грешность, обусловленную собственными отражениями в линии.

Эта погрешность определяется следующим образом.

По линейной шкале линии (приблизительно в ее середине) определяет­ся положение какого-либо минимума. Затем перемещают поршень на 5 мм при f₁ (и на 3, 5 мм при f₂) и определяют новое положение минимума на ли­нии. Измерения повторяют до тех пор, пока поршень короткозамыкаюшего реактивного шлейфа не переместится на половину длины волны в волноводе от первоначального положения.

Найденные значения положений минимума l_л и положений поршня l_ш и их разности l_л - l_ш сводятся в табл. 3 (при f= f₁) и табл.4 (при f= f₂) и строят графики l_л - l_ш = φ(l_ш).

Таблица 3

lш , мм	0	5	10	15	20	25	30
lл , мм
lл - lш , мм

Таблица 4

lш , мм	0	3,5	7	10,5	14	17,5	21
lл , мм
lл - lш , мм

Погрешность, обусловленную собственными отражениями в линии, на­ходят по формуле:

, (6)

где , - максимальное и минимальное значение разностей , взятые из графиков или таблиц 3 и 4;

m = 2 - коэффициент стоячей волны.

В (5) λ_в должна соответствовать каждой из частот f₁ и f₂, погрешность δ₂ в этой формуле выражена в процентах.

4.5. Задание пятое. Найти суммарную погрешность линии, обусловлен­ную обоими факторами: непостоянством связи зонда с линией и ее собствен­ными отражениями.

Эта погрешность определяется с помощью соотношения:

. (7)