Явление смещения поля. Как следует из формулы (5.33), при μa < κ магнитная проницаемость μ+a становится отрицательной. При этом коэф-

фициент распространения β+ = ω εaμ+a становится мнимой величиной, что

соответствует волне с амплитудой, убывающей вдоль направления распространения. Если ферритовая пластина безгранична, то электромагнитная волна отражается. Если ферритовый образец имеет ограниченные размеры, то волна вытесняется из феррита и огибает его при распространении.

Конструктивно вентиль на смещении поля подобен резонансному (рис. 5.14), но в данном случае на феррит нанесена поглощающая пленка,

например, из графита. Волна с магнитной проницаемостью μ+a вытесняется из феррита и распространяется вне его, поэтому напряженность поля Ez+ в поглощающем слое мала и затухание незначительно. Волна с поляризацией H − концентрируется в феррите, напряженность поля Ez− у поверхности

феррита велика, в поглощающем слое наводится значительный ток проводимости, и волна интенсивно затухает.

5.3.Описание лабораторной установки

Вданной работе для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) вентилей в прямом и обратном направлениях применяется измеритель модуля коэффициента передачи и отражения «Р2М-04» фирмы «Микран». Схема измерения АЧХ исследуемых вентилей представлена на рис. 5.15.

60

Входной сигнал, пропорциональный уровню мощности (отраженной – при измерении модуля коэффициента отражения; падающей – при измерении модуля коэффициента передачи) СВЧ-колебаний, оцифровывается и считывается процессором цифровой обработки сигналов измерителя, который, выполнив необходимые вычисления, передает результаты в ЭВМ. Контроль и измерение амплитудно-частотных характеристик резонатора осуществляется на мониторе компьютера с помощью частотных меток.

Рис. 5.15. Схема измерения амплитудно-частотных характеристик исследуемых вентилей с помощью прибора «Р2М-04»

Для устранения потерь, вносимых трактом, непосредственно перед измерением необходимо провести калибровку СВЧ-тракта.

По усмотрению преподавателя для проведения измерений и исследований может быть использован более высокочастотный вентиль. В этом случае вместо измерителя «Р2М-04» следует использовать измеритель «Р2М-18» той же фирмы, который работает в диапазоне до 18 ГГц. Схема измерений АЧХ с помощью измерителя «Р2М-18» аналогична представленной на рис. 5.15.

В данной лабораторной работе исследуются вентили, использующие эффект поперечного ферромагнитного резонанса.

5.4. Порядок выполнения лабораторной работы

Получив у преподавателя допуск и вентиль для исследования, приступить к выполнению лабораторной работы в следующем порядке.

1. Ознакомиться с устройством и назначением измерительной аппаратуры. Проверить правильность соединений приборов по схеме.

61

2.Включить аппаратуру в сеть согласно инструкции. Прогреть не менее 15 мин.

3.Произвести калибровку СВЧ-тракта, после чего включить исследуемый вентиль в схему измерений АЧХ согласно рис. 5.15.

4.Снять амплитудно-частотные характеристики вентиля (прямые и обратные потери) во всем рабочем диапазоне прибора «Р2М-04» в прямом (вход 1 → вход 2) и обратном (вход 2 → вход 1) направлениях.

5.По измеренным кривым прямых и обратных потерь для каждого из направлений включения вентиля в СВЧ-тракт построить частотные зависимости его потерь на поглощение (А, дБ).

6.По измеренным кривым прямых потерь для обоих направлений определить, какому включению вентиля в СВЧ-тракт соответствует прямая

иобратная волны в вентиле, и определить вентильное отношение вентиля во всем исследованном частотном диапазоне. Результат отобразить на графике.

7.По построенной частотной зависимости вентильного отношения определить ширину рабочей полосы исследуемого вентиля по уровню B ≥ 10 относительно центральной частоты этой полосы (∆f / f0, %).

5.5.Содержание отчета

1.Схема лабораторной установки.

2.Графики частотных зависимостей прямых (L, дБ) и обратных (R, дБ) потерь вентиля для прямого и обратного направлений.

3.Графики частотных зависимостей потерь на поглощение в исследуемом вентиле для обоих направлений его включения в СВЧ-тракт.

4.График частотной зависимости вентильного отношения исследуемого вентиля с указанием его рабочей полосы.

5.Краткаясводкарезультатоввсехпроведенныхизмеренийирасчетов.

6.Выводы по полученным результатам.

5.6.Контрольные вопросы и задания

1.Что такое ферритовый вентиль, где он применяется?

2.Какими параметрами характеризуется качество ферритов вентиля?

3.Природа магнитных свойств вещества.

4.Что такое прецессия магнитного момента и вектора намагничен-

ности?

5.От чего зависит частота и направление свободной прецессии?

6.Что такое круговая поляризация?

62

7.Что такое тензор магнитной проницаемости?

8.Физический смысл параметров μ+ и μ− , их связь с элементами тензора магнитной проницаемости.

9. Пояснить график зависимости μ+ и μ− от подмагничивающего

поля Н0.

10. Что такое поперечный ферромагнитный резонанс, его отличие от гиромагнитного резонанса.

11. В чем суть явления смещения поля в намагниченном феррите? 12. Как зависит направление круговой поляризации вектора в прямо-

угольномволноводенаволнеН10 отнаправленияраспространенияэнергии? 13. В какую область помещается феррит в вентиле на прямоугольном

волноводе?

14. Почему при повышении частоты область с круговой поляризацией вектора H смещается к узкой стенке волновода?

15.Назначение диэлектрической пластины в вентиле.

16.Принцип действия и устройство резонансного вентиля.

17.Принцип действия и устройство вентиля на смещении поля.

Библиографический список

1.Вольман, В. И. Техническая электродинамика / В. И. Вольман,

Ю. В. Пименов. – М., 1971. – С. 453–472.

2.Никольский, В. В. Электродинамика и РРВ / В. В. Никольский. –

М., 1979. – С. 406−496.

3.Федоров, Н. Н. Основы электродинамики / Н. Н. Федоров. –

М. : Высш. шк., 1980. – С. 297–305.

4.Баскаков, С. И. Основы электродинамики / С. И. Баскаков. –

М.: Высш. шк., 1973. – С. 233–242.

5.Семенов, Н. А. Техническая электродинамика / Н. А. Семенов. –

М., 1973. – С. 439–472.

6.Сазонов, Г. М. Устройства СВЧ / Г. М. Сазонов, А. Н. Гридин,

Б. А. Мишустин. – М., 1981. – С. 265–279.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главная цель данного лабораторного практикума – научить студентов использовать полученные на теоретических занятиях знания для решения конкретных физических задач, приобщить к работе с контрольно-

63

измерительной аппаратурой, а также пробудить интерес к научноисследовательской деятельности.

Достичь поставленной цели, по мнению авторов, невозможно без практических навыков, которые можно получить только при непосредственном участии студента в исследовательском процессе. Безусловно, опыт, приобретенный при выполнении лабораторных работ, будет полезен студентам в процессе обучения в дальнейшем, а знания, полученные ими в результате изучения теоретического материала, изложенного в данном практикуме, пригодятся им при написании курсовых и дипломных работ.

В заключение стоит отметить, что радиотехнические устройства и явления, описанные в лабораторном практикуме, в целом охватывают весь частотный диапазон радиоволн. Это дает возможность наглядно убедиться в четком соответствии каждого рассматриваемого устройства или изучаемого явления своему диапазону. Другой яркой особенностью данного издания служит сопоставление распространения радиоволн в открытом пространстве и в материальных средах, которые в общем случае являются анизотропными и обладают дисперсией.

Авторы надеются, что представленные лабораторные работы заинтересуют специалистов, занимающихся разработкой учебно-методических материалов, ионибудутблагодарнызаконструктивныезамечанияисоветы.

64

ОГЛАВЛЕНИЕ

65