9201_Рауан_Альжанов_Заикина_ЛР1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ФЭТ

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №1

по дисциплине «МТИ»

Тема: «: Определение полного сопротивления элементов СВЧ тракта с помощью измерительной линии»

Студенты гр. 9201		Рауан М. Альжанов Д. Заикина Е.
Преподаватель		Дроздовский А.В.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы: Определение полного сопротивления элементов СВЧ-тракта и освоение практических приемов работы с измерительной линией и круговой диаграммой полных сопротивлений.

Описание экспериментальных схем:

Структурная схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. В состав установки входят: 1 – измерительный СВЧ-генератор, 2 – частотомер, 3 – регулируемый аттенюатор, 4 – измерительная линий, 5 – индикатор, 6 – исследуемый элемент, 7 – согласованная нагрузка.

Рис. 1. Структурная схема установки

Для исследования режимов бегущей и стоячей волн вместо элементов 6 и 7 помещаются эталонная нагрузка или короткозамыкатель соответственно.

Основные теоретические положения:

Измерения коэффициента отражения и полного сопротивления узлов или элементов СВЧ-трактов необходимы при решении задач согласования, определении параметров эквивалентных схем и частотных характеристик устройств СВЧ.

Измерения с помощью измерительной линии (ИЛ) являются наиболее простыми, достаточно точными и доступными при экспериментальном определении коэффициента отражения и полного сопротивления.

Принцип таких измерений основан на известной зависимости между сопротивлением исследуемого элемента и распределением напряженности электрического поля волны вдоль однородной линии передачи, соединяющей измеряемый элемент с генератором. Если сопротивление элемента равно волновому сопротивлению линии , то в линии устанавливается режим бегущей волны (отсутствуют отраженные волны). При ≠ в передающей линии устанавливается режим стоячих волн (суперпозиция падающих и отраженных волн). Коэффициент отражения определяется отношением напряженности электрического поля отраженной волны напряженности падающей волны Eпв месте расположения элемента, т. е. . В общем виде коэффициент отражения является комплексным числом: = |Г|exp(𝑖 ) , где |Г| – модуль отношения напряжений; – фазовый сдвиг между падающей и отраженной волнами на исследуемом объекте.

Комплексный коэффициент отражения связан с полным сопротивлением

= + 𝑖 соотношением = ( − )/( − ). Как правило, сопротивление элементов СВЧ-трактов выражают в приведенных значениях:

На практике обычно измеряют коэффициент стоячей волны (КСВ) напряжения, определяемый отношением максимального значения напряжения стоячей волны в линии к ее минимальному значению: ρ = / , и положение ближайшего от нагрузки минимума напряжения в линии . Через эти параметры можно легко определить модуль и фазу коэффициента отражения:

где λв– длина волны в волноводе, которая определяется как удвоенное расстояние между ближайшими минимумами. При измерениях, как правило, калибровка сопротивления нагрузки измерительной линии производится по короткому замыканию, т. е. , где min ∆z – расстояние между минимумом в режиме короткого замыкания (калибровки) и минимумом в режиме подключенной нагрузки Zн . При этом знак «–» используется если минимум расположен между и нагрузкой, и «+» если минимум от нагрузки лежит в сторону генератора от . С учетом соотношений (1.1) и (1.2), можно определить полное нормированное сопротивление исследуемого элемента:

Полное сопротивление удобно определять с помощью круговых диаграмм полных сопротивлений, где все указанные параметры (𝜌, , |Гн| ) связаны с сеткой активных и реактивных составляющих сопротивления.

Обработка результатов эксперимента:

1. Построим графики распределения напряженности электрического поля вдоль линии.

Рис. 2. Распределение поля вдоль линии при коротком замыкании в качестве нагрузки.

Рис. 3. Распределение поля вдоль линии при индуктивной нагрузке.

Рис. 4. Распределение поля вдоль линии при емкостной нагрузке

Рис. 5. Распределение поля вдоль линии при включении трубки

Рис. 6. Распределение поля вдоль линии при включении вентиля

Для короткого замыкания длина волны

Теоретическая длина волны:

Таблица 1. Результаты расчетов для различных элементов СВЧ-тракта

	Емкостная нагрузка	Индуктивная нагрузка	Трубка	Вентиль
	12,5	14	14	11
	3,66	2,75	1,6	1,77
	5,72	1,53	5,72	1,29
	0,57	0,46	0,23	0,27
	57,3-1,23i	74,9+4,45i	23,95-3,34i	138+22,49i

Пример расчета:

Рис. 7. Диаграмма Смита для вентиля.

Рис. 8. Диаграмма Смита для емкостной нагрузки.

Рис. 9. Диаграмма Смита для индуктивной нагрузки.

Рис. 10. Диаграмма Смита для трубки.

Вывод:

В ходе данной лабораторной работы определили полное сопротивление элементов СВЧ-тракта и освоили практические приемы работы с измерительной линией и круговой диаграммой полных сопротивлений. Также в ходе работы были рассчитаны коэффициент отражения Г, КСВ и фаза Полное сопротивление определяли двумя способами: при помощи диаграммы Смита (при известных фазе и коэффициенту отражения), а также при помощи математических расчётов, основанных на связи комплексного коэффициента отражения и полного сопротивления при известном распределении напряжения вдоль измерительной линии. Полученные значения сопротивлений обоих методов практически одинаковые.

Анализируя рис. 2 – рис. 6., видно, что при КЗ и включенном вентиле максимумы самые большие, а в остальных случаях у нас напряжение колеблется от 8 до 12 В, что значительно ниже, чем при других объектах.