книги из ГПНТБ / Вальднер, О. А. Техника сверхвысоких частот. Учебная лаборатория учеб. пособие

Очевидно, в направленном ответвителе нагрузку необхо­ димо так подбирать, чтобы

Рассмотрим работу направленного ответвителя с отверстием связи в виде короткой щели в общей узкой стенке волноводов

Ню

Ну) ^20

A-J ---

нго

(рис. 65, а). Такой ответвитель и является предметом исследо­ вания в данной работе. Место, где удалена общая стенка, можно рассматривать как новый волновод с увеличенным вдвое размером широкой стенки. Размер 2h выбирается так, что в этом волноводе возбуждаются две волны: Я 10 и Я 20 с критиче­ скими длинами 4h и 2h соответственно. При этом длины этих волн в широкой части волновода будут различными. Для согла­ сования всего устройства применяют емкостной штырь в центре щели. Высокочастотная мощность, поступающая в плечо 1, рас­

120

пределяется поровну между указанными волнами # 10 и Я2о- В плече 1 в плоскости начала щели волны равны по амплитуде и совпадают по фазе (см. рис. 65, б). В плече 4 они сдвинуты на 180°, поэтому результирующая волна не будет распростра­ няться в этом плече (см. рис. 65, в). Векторная диаграмма в сечении, совпадающем с концом щели, изображена на рис. 65, г.

лабления по существу представляет собой обычный метод из­ мерения ослаблений. Так как переходное ослабление для боль­ шинства направленных ответвителей не превышает 40 дб, то особых затруднений при этом не встречается. Для измерения

к выходному концу прецизионного переменного аттенюатора под­ соединяется детекторная головка. Отмечаются уровень сигна­ ла по измерительному прибору, связанному с детекторной го­ ловкой, и начальное значение ослабления А0, вносимое атте­ нюатором. Затем собирается схема рис. 66, б. С помощью пре­ цизионного аттенюатора добиваются прежнего уровня сигнала по измерительному прибору. Отмечается ослабление, вносимое

Измерение направленности представляет собой более слож­ ную задачу. Так, если и переходное ослабление, и направлен­

121

ность 30 дб, то мощность, распространяющаяся в обратном на­ правлении во вспомогательной линии, на 60 дб ниже мощности в основной линии.

в

Рис. 66. Функциональная схема установок для определения характеристик направленного ответвителя.

Один из методов измерения направленности состоит в сле­ дующем. Собирается схема из последовательно включенных генератора, калиброванного аттенюатора, исследуемого ответ­ вителя и подвижной несогласованной нагрузки (см. рис. 66, в). Меняя фазу отраженной волны перемещением несогласованной, нагрузки вдоль волновода, можно заметить периодическое из­ менение показания прибора, связанного с детекторной головкой. Это обстоятельство вызвано интерференцией двух_волп во вспо­

могательной линии. Одна из этих волн ^Еб' -— у/ Рб) обусловли­ вается наличием отражения от нагрузки в основной линии,

а другая (£ б ~ V Рб) связана с конечным значением направ­ ленности ответвителя. Обе эти волны распространяются в на­

торая, в свою очередь, зависит от положения подвижной несо­ гласованной нагрузки.

122

Показание прибора, связанного с детекторной головкой, сле­ дует во время измерений оставлять неизменным и равным показанию, установленному при измерении переходного ослаб­ ления. Этого можно добиться, меняя затухание, вносимое ка­ либрованным аттенюатором. Тогда при перемещении несогла­ сованной нагрузки будут отмечаться максимальное Лб.макс и минимальное Лб.мин показания аттенюатора, соответствующие двум положениям несогласованной нагрузки, отличающимся на >ѵВ/2. Запишем следующие величины, которые определяются из этих измерений (входная мощность Ро во всех случаях неиз­ менна) :

Здесь Ла соответствует показанию прецизионного аттенюатора, определенному при измерении переходного ослабления по схе­ ме рис. 66, б, дб.

С Другой стороны, величины Л б макс и Л б мин можно предста­ вить в виде:

Лб мин = 20 lg [Ео/(Е6 -f- £б)1;

(158)

лб макс =- 20 lg \Е0/(Е0— Et)],

где Е0— Ѵ Рй .

Из выражений (158) находим отношения напряженностей полей:

Е'оі(Еб+ Еб) = antilg (Лбмин/20) = kMrH;

(159)

Eo/(Ef)— Еб) = ± antilg (Лбмакс/20) = ± кткС;

D1 =-■20 lg (Еб/Е6) = 20 lg [2/гмакС kMlin!(kMäKC-f 6М1!„)1; |

D2 = 20 lg (Ео/Еб) = 20 lg [2kmxckmJ ( k M;iKC— /гмип)]. I

Из опыта с одной подвижной несогласованной нагрузкой нельзя определить, какое из двух найденных значений Di и D2 соответствует искомой направленности ответвителя. Поэтому необходимо провести второй аналогичный эксперимент, но с подвижной нагрузкой другого значения модуля коэффициента отражения. В результате обработки данных измерения по ука­ занной выше схеме вновь определяются значения D , и D2 .

Значение D, одинаковое в обоих экспериментах, соответствует направленности ответвителя.

123

нения значений Лб макс и Лб мин (провести измерения при. про­ межуточных значениях положения нагрузки).

7. Провести измерения, аналогичные отмеченным в п. 6, но

снагрузкой с другим значением КСВ.

8.Провести измерения, отмеченные в п. 4—7, в диапазоне частот, указанном преподавателем.

Оформление отчета

Отчет должен содержать структурные схемы измерений и ос­ новные параметры используемых приборов. В отчете должно быть отражено предварительное задание. Привести данные измерения и расчета переходного ослабления и направленности ответвителя в диапазоне частот. Построить графики. Проанали­ зировать результаты.

Факультативное задание

Определить зависимость коэффициента направленности ответвителя от частоты с учетом погрешности, связанной с отражением от конечной нагрѵзки во вспомогательной линии. Для этого следует измерить значения коэффи­ циента отражения от нагрузки и использовать формулу (151).

ленности и переходного ослабления отличаются от расчетных?

3.Объяснить, зачем необходима согласованная нагрузка в одном из кон­ дов вспомогательной линии направленного ответвителя.

4.Пояснить работу направленного ответвителя со связью в виде корот­ кой щели в общей узкой стенке.

5.Объясните, почему при измерении направленности с помощью под­

вижных нагрузок с разными коэффициентами отражения истинная величина направленности соответствует совпадающим значениям.

6. Проанализировать причины, влияющие на точность измерения пере­ ходного ослабления и направленности ответвителя рассмотренными в работе методами.

Рекомендуемая аппаратура 3-см диапазона

1. Генератор ГЗ-26. 2. Усилитель широкополосный УЗ-7А с детекторной головкой Э7-6. 3. Аттенюатор Д5-21. 4. Поглощающая нагрузка Э9-21. 5. Не­ согласованная-подвижная нагрузка — 2 шт. (нестандартная). 6. Направлен­ ный ответвитель со связью по узкой стенке (нестандартный).

Р а б о т а 15

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИРКУЛЯТОРА

Цель работы

Измерение основных высокочастотных параметров У-цирку- ляторов.

12S

ний постоянного намагничивающего поля приведет к взаимному

Для количественной оценки свойств циркулятора вводятся два параметра: величина развязки между плечами А и величина прямых потерь L. Например, для устройства, изображенного на рис. 69, эти величины будут иметь вид:

есть Ліз, а прямые потери L31.

Численные значения развязки между плечами и прямых по­ терь для данной конструкции циркулятора определяются вели­ чиной напряженности магнитного поля и значением частоты

\2Т

ВЧ-генератора. Для У-циркулятора удается получить развязку между плечами на фиксированной частоте до 35 дб при прямых потерях 0,2 дб. При этом КСВ со стороны входного плеча не превышает 1,05. Эти цифры быстро ухудшаются с изменением частоты питающего генератора, так как нарушаются оптималь­ ные соотношения по амплитуде и фазе между электромагнит­ ными полями в плечах циркулятора. Так, при изменении частоты всего на 1% развязка между плечами ухудшается в два раза, а прямые потери возрастают. Одновременно увеличиваются и отражения от плеч циркулятора. У-циркуляторы 3-см диапа­ зона работают при значениях намагничивающего поля меньших резонансного, определяемого по формуле

ных магнитах и является компактной и малогабаритной. Иногда используются электромагниты, позволяющие в некоторых пре­ делах регулировать величину и направление постоянного маг­ нитного поля, что дает возможность несколько расширить тех­

1.Показать, что КСВ на входе любого из трех плеч У-цир- кулятора в отсутствие феррита равен двум. При этом считать, что два других плеча оканчиваются согласованными нагруз­ ками.

2.Написать уравнение баланса мощности Р в плечах сим­

метричного тройника через значения напряженности поля

128

Ферритовый циркулятор, примененный в данной работе,

имеет съемную крышку корпуса, которую можно легко вынуть из корпуса.

Рис. 69. Функциональная схема установки для измерения харак­ теристик циркулятора.

Задание и порядок выполнения работы

1.Подготовить к работе и включить генератор в соответст­ вии с инструкцией.

2.Ознакомиться с устройством измерительной линии и эле­ ментами ВЧ-тракта.

3.Установить по волномеру частоту генератора по указа­ нию преподавателя.

4.Произвести калибровку детекторных головок схемы, т. е.

сопоставить значения измеряемой мощности СВЧ-колебаний (в условных единицах) с показаниями индикаторных прибо­ ров. Порядок градуировки головок приведен в приложении I.

5. Измерить величины развязок и прямого ослабления меж­ ду плечами циркулятора для некоторых значений напряженно­ сти намагничивающего поля Н0. Напряженность магнитного поля Н0 изменять в пределах, указанных преподавателем.

П р и м е ч а н и я :

а) в процессе измерения поддерживать постоянное значение заданном частоты колебаний.

б) контролировать показания индикаторных приборов детекторных го­ ловок в соответствии с уравнением баланса мощности. Если баланс мощно­ сти оказывается нарушенным, следует откалибровать детекторные головки

схемы.

6. Измерить параметры циркулятора (А и L) для несколь­ ких значений частоты f= f0±50« Мгц, где fo — заданная часто­ та, п —\, 2, 3. В процессе этих измерений напряженность маг­ нитного поля Но установить в области оптимальной развязки плеч циркулятора.