Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приборы, устройства и методы функциональной электроники. Учебное пособие
.pdf
3.2. Полосно-заграждающий фильтр СВЧ на ПМСВ
71
Вышеописанный режекторный твердотельный фильтр СВЧ имеет
следующие параметры:
− резонансная частота f0 = 6,35 ГГц;
− минимальные вносимые потери
min
= 1,5 дБ;
− ширина полосы заграждения f на уровне 3 дБ от
min
составляет
f = 100 МГц;
− уровень затухания в резонансе (на частоте f0) 0 = 30 дБ.
3.2.3. Экспериментальное исследование характеристик
полосно-заграждающего фильтра СВЧ на поверхностной МСВ
Измерительная установка. Экспериментальное исследование можно
проводить с помощью панорамного измерителя КСВ и ослабления, предназначенного для измерения и воспроизведения на экране электроннолучевой трубки частотных характеристик КСВ и ослабления элементов
волноводных трактов. В случае режекторного фильтра использовался панорамный измеритель РВ-59, в состав которого входят генератор качающейся
частоты с цифровым отсчетом частоты ГКЧ-59 – 1 (рис. 3.2), работающий в
диапазоне 5,6–8,3 ГГц, индикатор КСВ и ослабления Я2Р-67 – 2 и комплект
направленных ответвителей падающей 3 и отраженной 4 волн сечением
3515 мм с коаксиально-волноводным переходом 5, детекторными голов-
ками 6, 7 и соединительными кабелями 8, 9.
Перестройка частоты в ГКЧ осуществляется подобно развертке в
осциллографе или в телевизоре – по пилообразному закону. Для управления частотой в ГКЧ имеется задающий генератор пилообразного напряжения. Между задающим генератором развёртки и собственно генератором СВЧ включается частотный модулятор, который осуществляет необходимую коррекцию пилообразного напряжения для получения линейного закона перестройки частоты. Для выбора произвольной полосы просмотра на передней панели ГКЧ имеются потенциометры «начальная»
или «F
нач
» и «полоса» или «F
кон
». Эти потенциометры управляют частотой
генератора СВЧ, причём «F
нач
» управляет начальной частотой перестрой-
ки, а «F
кон
» – полосой перестройки. В ГКЧ обычно имеется несколько
фиксированных частот качания с периодом 0,08, 1, 10 и 40 с. Для визуального наблюдения результатов измерений обычно используется качание
3. Твердотельные фильтры СВЧ на поверхностных магнитостатических волнах
72
частоты с периодом 0,08 с и реже – 1 с. Кроме того, имеется режим ручной перестройки частоты, когда частота генератора устанавливается потенциометром "частота" на передней панели ГКЧ. Кроме частотного модулятора в генераторе СВЧ имеется амплитудный модулятор, который
осуществляет амплитудную модуляцию СВЧ-сигнала меандром с частотой 100 кГц. Помимо амплитудного модулятора с частотой 100 кГц в ГКЧ
имеется еще один канал управления уровнем выходной мощности – канал
системы АРМ – 10 (автоматического регулирования уровня мощности).
Система АРМ предназначена для поддержания постоянного заданного
уровня мощности генератора СВЧ при перестройке частоты. Входной
сигнал на усилитель АРМ подается извне и поэтому вход этого усилителя
выведен на разъем "АРМ" на передней панели ГКЧ. Там же находится
потенциометр "уровень", устанавливающий порог, с которым сравнивается подаваемый извне сигнал датчика АРМ. Но без внешнего сигнала с
датчика падающей мощности АРМ не работает.
Индикатор Я2Р-67 состоит из двухканального резонансного усилителя (усилитель канала падающей волны и усилитель канала отражённой
волны) и электронно-лучевого индикатора с коммутацией четырёх каналов.
Плавную регулировку уровня генерируемой мощности можно
осуществлять ручкой «уровень» в ГКЧ (изменяет порог сравнения) и
ручкой «падающая» в индикаторе (изменяет уровень сигнала, подаваемого в канал АРМ).
Для грубой регулировки уровня падающей мощности служит клавиша «–10 дБ». При нажатии этой клавиши на 10 дБ ослабляется сигнал с
датчика «падающая». Для наблюдения на экране индикатора уровня генерируемой мощности СВЧ необходимо переключатель «пределы» на индикаторе Я2Р-67 перевести в положение «падающ.» и ручкой «падающ.» на
индикаторе выставить необходимую мощность.
Усилитель канала отраженной волны предназначен для усиления
измеряемого сигнала. Для увеличения точности измерений сигнал канала
отражённой волны делится на сигнал канала падающей волны и в качестве результата измерений используется именно это частное от деления.
Таким образом, в результате сразу получается модуль коэффициента отражения и устраняется погрешность из-за колебаний уровня генерируемой мощности.
3.2. Полосно-заграждающий фильтр СВЧ на ПМСВ
73
Рис. 3.2
. Электрическая структурная схема измерительной установки
в режиме измерения коэффициент стоячей волны в тракте
3. Твердотельные фильтры СВЧ на поверхностных магнитостатических волнах
74
Усилитель может работать либо в линейном, либо в логарифмическом масштабах. Включение логарифмического масштаба осуществляется
нажатием клавиши "лин/лог".
В основу построения структурной схемы панорамного измерителя
КСВН и ослабления положен принцип раздельного выделения и непосредственного детектирования сигналов падающей и отраженной волн.
Направленный ответвитель "отраженная" 4 предназначен для выделения
измеряемого сигнала. Он включается по-разному в зависимости от вида
измерения. При измерении КСВ он включается между направленным ответвителем "падающая" 3 и исследуемым устройством, причем его необходимо ориентировать таким образом, чтобы на детекторную секцию 7
попадал отраженный от исследуемого устройства сигнал (рис. 3.2).
Коэффициент стоячей волны (КСВ) численно равен отношению
КСВ =
−
+
1
1
,
где Г– модуль коэффициента отражения сигнала по напряжению.
Так как направленный ответвитель позволяет выделить отраженный сигнал, то имеется возможность однозначно определить модуль коэффициента отражения и, следовательно, КСВ. Сигнал с выхода этого
детектора подается на вход "отраженная" в индикаторе Я2Р-67.
Фактически измеряется коэффициент отражения, но поскольку он
однозначно связан с КСВН, то линейные переключаемые шкалы проградуированы в КСВН.
Перед началом измерений проводится калибровка. При калибровке
исследуемое устройство заменяется короткозамыкателем и, изменяя коэффициент усиления усилителя отраженной волны (ручка "калибровка"),
добиваются совмещения линии отраженного сигнала с отметкой бесконечного КСВН.
После калибровки на место короткозамыкателя устанавливают исследуемое устройство.
При измерении коэффициента ослабления (передачи) исследуемое
устройство включается между направленными ответвителями "падающая" 3
и "отраженная" 4, причем направленный ответвитель "отраженная" ориентируется таким образом, чтобы на детекторную секцию 7 попадал сигнал, про-
3.2. Полосно-заграждающий фильтр СВЧ на ПМСВ
75
шедший через исследуемое устройство. На свободный выход направленного
ответвителя "отраженная" подключается согласованная нагрузка 11 (рис. 3.3).
При калибровке исследуемое устройство удаляется и в направленный ответвитель "отраженная" подается весь сигнал СВЧ. Ручкой "калибровка" линия измеренного сигнала устанавливается на отметку нулевого
ослабления. Затем исследуемое устройство устанавливается между
направленными ответвителями и на экране получаем частотную характеристику коэффициента передачи (ослабления).
Методика измерений. При проведении экспериментальных исследований режекторного фильтра измеряются такие характеристики фильтра, как резонансная частота, подавление в резонансе, добротность, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), зависимость коэффициента
стоячей волны (КСВ) от частоты.
Перед измерениями необходимо включить генератор и индикатор и
прогреть их в течение 15 мин. После этого необходимо произвести калибровку измерителя. Поворотом осей потенциометров отрегулировать положение и длину линии развертки так, чтобы линии по горизонтали занимали полностью рабочую часть экрана, а по вертикали нижняя линия развертки была на 5–10 мм выше нижней границы рабочей части ЭЛТ.
Нажать кнопку F1, F0 и потенциометром F1, F0 установить на табло ГКЧ нижнюю частоту полосы качания. Аналогично, с помощью
кнопки
FF ,
2
и потенциометра
FF ,
2
установить на табло ГКЧ верх-
нюю частоту полосы качания.
Измерение частот производится волномером по частотным меткам
М1, М2. Выбрав соответствующей кнопкой метку и установив ее потенциометром на требуемую точку характеристики, показания снимаются с
генератора. Измерение уровня производится соответствующим потенциометром «уровень» на передней панели индикатора. Показания снимаются
со шкалы индикатора.
Результаты измерений. Как отмечено в п. 3.1.2, характеристиками
фильтра можно управлять путем изменения напряженности подмагничивающего поля и делать это с помощью ферромагнитного шунта. Используя это свойство, можно не только измерить характеристики фильтра, но и
проследить динамику их изменения при плавном введении шунта в его
магнитную систему.
3. Твердотельные фильтры СВЧ на поверхностных магнитостатических волнах
76
Рис. 3.3
. Электрическая структурная схема измерительной установки
в режиме измерения коэффициента ослабления
3.2. Полосно-заграждающий фильтр СВЧ на ПМСВ
77
При проведении измерений поверхность магнитной пленки S разбивается на N равных по площади частей. В соответствии с этими отсчетами перемещался ферромагнитный шунт, всякий раз перекрывая площадь
S
(см. табл. 3.1).
Таблица 3.1
Относительная перекрываемая шунтом площадь
Положения шунта, i
0 1 2 … i … N – 1
N
Относительная перекрываемая площадь
S
/ S
0
…
…
1
Таким образом, кроме измеренных характеристик «незашунтированного» фильтра, имеется также N значений в соответствии с N положениями шунта. При этом требуется обеспечить высокую достоверность
экспериментальных оценок измеряемых параметров. С этой целью требуется измерение каждой из характеристик фильтра выполнить неоднократно, т.е. провести целую серию экспериментов, а затем выполнить
статистическую обработку результатов измерений. Это означает, что для
каждого из N положений шунта нужно провести серию из M измерений
вышеуказанных параметров СВЧ-фильтра. В прил. 3 приведены результаты проведенных измерений резонансной частоты режекторного фильтра на ПМСВ.
Частота максимального поглощения ПЗФ. На рис. 3.4 показано
изменение частоты максимального поглощения ПЗФ (резонансной частоты ПЗФ) f0 (ГГц) при шунтировании магнитного потока, полученное в
серии экспериментов, когда j = 0. Как видно из рис. 3.4, f0 уменьшается
при введении шунта от 6,34 до 5,64 ГГц.
Затухание, вносимое ПЗФ на резонансной частоте. На рис. 3.4 показан график измеренной зависимости вносимого фильтром затухания от
положения магнитного шунта α0(i). Как видно из графика, зависимость
α
0
(i) является немонотонной. Так, при увеличении i от 0 до 4 наблюдается
снижение величины α0(i), обусловленное уменьшением воздействия на
магнитную пленку подмагничивающего поля. Однако для значений i ≥ 5
затухание вновь возрастает. Рост α0(i) при i ≥ 5, по-видимому, объясняется
3. Твердотельные фильтры СВЧ на поверхностных магнитостатических волнах
78
возрастающим влиянием ферромагнитного шунта, вводимого в волноведующую систему. Следует заметить, что экспериментальные данные,
представленные на рис. 3.5, получены в результате проведения одной из
серий измерений, когда j = 0. Результаты измерений вносимого режекторным фильтром затухания α0 на резонансной частоте фильтра f0 для j = 0, 1,
2, …, M приведены в прил. 3.
Рис. 3.4. Зависимость резонансной частоты ПЗФ от положения шунта
Характеристики согласования ПЗФ. Как отмечалось выше, фильтр
не только должен обеспечить требуемые характеристики пропускания
волн, но и не должен вносить рассогласование в линию передачи СВЧ.
Как известно [30], общепринятой количественной характеристикой согласования является коэффициент стоячей волны (КСВ).
На рис. 3.6 показана измеренная частотная характеристика КСВ
данного фильтра. Структурная схема испытательного стенда для проведения измерений коэффициента стоячей волны фильтра приведена на
рис. 3.2. Показанная на рис. 3.6 частотная характеристика КСВ измерена в
отсутствии шунтирования подмагничивающего поля. Как видно из графика, наилучшее согласование, при котором КСВ 1,2, наблюдается на резонанснойчастоте фильтра – f0.
3.2. Полосно-заграждающий фильтр СВЧ на ПМСВ
79
Рис. 3.5. Зависимость подавления в резонансе от положения шунта
Рис. 3.6. Характеристика согласования ПЗФ
Характеристики согласования, измеренные при ферромагнитном
шунтировании подмагничивающего поля, приведены в прил. 4. Анализ
экспериментально полученных зависимостей позволяет заключить, что
приведенное для случая отсутствия шунтирования подмагничивающего
поля утверждение о том, что наилучшее согласование фильтра наблюдается на его резонансной частоте, остается справедливым в условиях шунтирования магнитного потока.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) ПЗФ. Для измерения АЧХ фильтра можно воспользоваться испытательным стендом,
структурная электрическая схема которого приведена на рис. 3.3. На
рис. 3.7 представлена измеренная АЧХ режекторного фильтра в отсут-
1
2
3
4
6,2 6,25 6,3 6,35 6,4
КСВ
f, ГГц
3. Твердотельные фильтры СВЧ на поверхностных магнитостатических волнах
80
ствие шунтирования подмагничивающего поля, а также его паспортная
характеристика (пунктирная кривая).
Рис. 3.7. Амплитудно-частотная характеристика фильтра
Как видно из графиков, показанных на рис. 3.7, уровень загражде-
ния прохождения волны в резонансе составляет 30 дБ, минимальные вносимые в полезный сигнал потери – около 5 дБ, динамический диапазон
фильтра 25 дБ, частотный диапазон 150 МГц. Левый склон частотной характеристики обладает более высокой крутизной, чем правый. Этот результат вполне согласуется с паспортной амплитудно-частотной характеристикой данного фильтра.
Добротность ПЗФ. Для экспериментального определения доброт-
ности Q фильтра воспользуемся известным соотношением:
Q = f0 / f. (3.1)
Резонансная частота фильтра f0 как функция положения ферромаг-
нитного шунта i определена выше. Выражение для f имеет вид f =
= f
ВЕРХ.
– f
НИЖН.
, где f
ВЕРХ.
и f
НИЖН.
– соответственно верхняя и нижняя гра-
ничные частоты, методика определения которых описана в п. 3.1.4 настоящего учебного пособия.
Перед подстановкой в выражение (3.1) измеренных значений f0,
f
ВЕРХ.
, f
НИЖН.
проводится предварительная статистическая обработка ре-
зультатов измерений этих величин по методике, описанной в прил.5.
В результате получены статистически достоверные оценки нагру-
женной добротности фильтра . Зависимость измеренных значений
от
степени шунтирования подмагничивающего поля i приведена в табл. 3.2.
0
5
10
15
20
25
30
35
6,25 6,3 6,35 6,4
a, дБ
f, ГГц
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]