Завдання до експериментальної частини та порядок виконання роботи

1. Ознайомитись з порядком роботи та калібруванням скалярного рефлектометра типу Р2.

2. За допомогою пластинчастого діелектричного, двохшлейфового, трьохгвинтового трансформаторів досягти максимального узгодження короткозамкненого навантаження на частоті, яка вказана викладачем. Виміряти частотну залежність КСХН у всій смузі частот роботи пристрою.

3. За допомогою пластинчастого діелектричного, двохшлейфового, трьохгвинтового трансформаторів добсягти максимального узгодження навантаження у вигляді відкритого кінця хвилеводу на частоті, яка вказана викладачем. Виміряти частотну залежність КСХН у всій смузі частот роботи пристрою.

4. За допомогою пластинчастого діелектричного, двохшлейфового, трьохгвинтового трансформаторів досягти максимального узгодження навантаження у вигляді діафрагми на частоті, яка вказана викладачем. Виміряти частотну залежність КСХН у всій смузі частот роботи пристрою.

5. Виміряти відстань між шлейфами та гвинтами.

Зміст звіту

1. Схема вимірювальної установки.

2. Частотні залежності КСХН для всіх випадків, передбачених завданням.

3. Порівняльний аналіз результатів узгодження різними способами.

Контрольні запитання

1. Яка лінія називається довгою лінією?

2. Що розуміється під узгодженням?

3. Які шкідливі явища спостерігаються в лінії передачі при великих значеннях КСХН?

4. Чому ступінь узгодженості оцінюють за значенням КСХН?

5. Які два принципові підходи існують щодо розв’язання задачі узгодження?

6. Чому атенюатори знайшли обмежене застосування для вирішення задач узгодження?

7. Які конструкції реактивних чотириполюсників використовують для узгодження?

8. Який принцип роботи діелектричного пластинчастого трансформатора?

9. Який принцип роботи трансформатора з двома реактивними неоднорідностями?

10. Який принцип роботи трансформатора з трьома реактивними неоднорідностями?

11. Які існують обмеження для розв’язання задач узгодження?

12. Чи можна досягти повного узгодження для навантаження з одиничним коефіцієнтом відбиття при використанні реактивного узгоджувального чотириполюсника?

Л а б о р а т о р н а р о б о т а 5

ХвилевІдні діафрагми

Мета роботи: Вивчити властивості хвилевідних діафрагм, розрахувати й експериментально визначити їх власні параметри.

Теоретичні відомості Діафрагми

Діафрагмою називають тонку металеву пластинку в поперечній площині хвилеводу, яка перекриває частину його перетину. Товщина діафрагми повинна бути значно меншою ніж довжина хвилі. Діафрагми використовують для узгодження ліній передачі, для зв’язку об’ємних резонаторів, у фільтрах та інших пристроях.

Індуктивні діафрагми створюються за допомогою металевих пластин, що прилягають до вузької стінки хвилеводу, вільні краї яких паралельні лініям електричного поля основного типу хвилі прямокутного хвилеводу (рис. 5.1). Оскільки поблизу стінок локалізується магнітне поле хвилі типу Н₁₀, діафрагма збурює переважно це поле, і її еквівалентна провідність має індуктивний характер. Індуктивні діафрагми значно менші за ємнісні зменшують електричну міцність хвилеводів.

a б

Рис. 5.1. Індуктивна діафрагма –а та її еквівалентна схема –б

Нормоване значення провідності індуктивної діафрагми може бути визначене за виразом

, (5.1)

де x₀ – відстань від осі діафрагми до вузької стінки хвилеводу;

d – ширина діафрагми;

Λ – довжина хвилі в хвилеводі.

Якщо одна сторона діафрагми збігається зі стінкою хвилеводу, тобто x₀ = d /2 , то нормована провідність буде такою:

. (5.2)

Для симетричної відносно центру хвилеводу діафрагми x₀ = a /2 вираз для нормованої провідності буде мати вигляд

. (5.3)

Вирази (5.1–5.3) є наближеними, вони не ураховують збудження вищих типів хвиль Н_n0 і товщини діафрагми. Однак, якщо зменшити ширину щілини d на товщину діафрагми t, то провідність, розрахована за формулами (5.1–5.3) буде близька до реальної

,

де – провідність реальної діафрагми з шириноюd ;

–провідність ідеальної діафрагми з шириною d – t.

Еквівалентна індуктивність тонкої індуктивної діафрагми обчислюється за формулою

. (5.4)

Ємнісні діафрагми створюються за допомогою металевих пластин, що прилягають до широкої стінки хвилеводу (рис. 5.2). Вільні кромки пластин, перпендикулярні лініям електричного поля, збурюють переважно електричне поле хвилі Н₁₀. Концентрація зарядів на краях такої діафрагми приводить до накопичування енергії електричного поля, аналогічно дії конденсатора, що шунтує лінію передачі. Тому еквівалентна провідність таких діафрагм має ємнісний характер.

а б

Рис. 5.2. Ємнісна діафрагма –а та її еквівалентна схема –б

Нормоване значення провідності ємнісної діафрагми має такий вигляд:

, (5.5)

де y₀ – відстань від осі діафрагми від нижньою стінки.

Для симетричної діафрагми y₀ = b/2 і cosec (π y₀/b) = 1, тому маємо

. (5.6)

Для несиметричної діафрагми, у якої одна сторона збінається зі стінкою хвилеводу, тобто y₀ = d /2 нормована провідність буде

. (5.7)

Еквівалентна шунтувальна ємність тонкої ємнісної діафрагми визначається як

, (5.8)

де  – стала поширення хвилі Н₁₀;

k – хвильове число.

Ємнісні діафрагми зменшують електричну міцність хвилеводу і не рекомендуються для використання в трактах з високими рівнями потужності. Вплив кінцевої товщини діафрагми на її параметри для ємнісних діафрагм значно більший, ніж для індуктивних.

Резонансна діафрагма або „резонансне вікно” побудоване накладенням ємнісної та індуктивної діафрагм (рис. 5.3). Тому еквівалентна схема складається з ємнісного та індуктивного елементів, що включені в лінію передачі паралельно й створюють коливальний контур. На визначеній частоті настає резонанс, тобто рівність електричної та магнітної реактивних енергій, хвиля в цьому випадку практично без втрат проходить через „вікно”. Резонансні вікна з припаяною діелектричною пластинкою використовують для відокремлення вакуумної частини приборів НВЧ.

а б

Рис. 5.3. Резонансна діафрагма –а та її еквівалентна схема –б

Розміри „вікна” для резонансу на заданій частоті наближено можна визначити із умови узгодження основної хвилі. Будемо вважати, що „вікно” заповнене діелектриком з проникністю ε. Дорівнюючи характеристичні опори хвилеводу та діафрагми, отримуємо

, (5.9)

де і- геометричні розміри отвору діафрагми;

a і b – розміри поперечного перетину хвилеводу.

Звідси необхідно, щоб ; резонансна частота діафрагми визначається за формулою

. (5.10)

Навантажена добротність діафрагми пропорційна її нормованим провідностям B_C = B_L , тобто відношенню реактивної провідності до активної характеристичної провідності хвилевідного тракту. Якщо отвір зменшується, то добротність збільшується, звичайно не перевищує , тому що енергія електромагнітного поля діафрагми відносно невелика.