Министерство связи РФ
Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики
Е.Р. Трубехин
А.Е. Седаков
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе
«ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ»
Новосибирск – 2000
Евгений Рудольфович Трубехин
Александр Евгеньевич Седаков
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе
«ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ»
Редактор – Андрусевич Л.К.
Корректор – Шкитина Д.С.
Лицензия РЛ – 020475, январь 1998г., подписано к печати 04.09.2000г., формат бумаги 62 х 84 1/16, бумага писчая №1. Уч. изд. л. 0,5, тираж – 50 экз., СибГУТИ, 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова 86.
Укд 621. 372. 852. 1
К.т.н. Трубехин Е.Р., Седаков А.Е.
В методических указаниях даны рекомендации по расчету объемных резонаторов и экспериментальному измерению резонансной частоты, собственной и нагруженной добротности объемных резонаторов при помощи панорамного измерителя КСВН и ослабления.
Кафедра пэ
Ил. 8, табл. 2, список лит. – 3 назв.
Для специальностей 2306, 2307.
Рецензент: к.т.н., доцент А.Д. Ионов
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве методического пособия
Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики,2000г.
Лабораторная работа
ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Освоение методики расчета конструктивных параметров объемных резонаторов и измерение основных электрических характеристик: резонансной частоты, нагруженной и собственной добротностей.
ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Для заданных в таблице вариантов резонансной частоты f0 и полосы пропускания Δf провести конструктивный расчет прямоугольного резонатора с колебанием Н101, Рис.1:
определить длину резонатора ℓ, если а = 28,5 мм, в = 12,6 мм; 23 х 10; 58 х 25 мм;
рассчитать собственную добротность Q0;
вычислить нагруженную Qн и внешнюю Qе добротности резонатора;
по найденному значению внешней добротности определить диаметр d круглой диафрагмы связи;
определить скорректированную длину резонатора ℓкорр с учетом влияния диафрагм связи.
-
М
а х в, мм
Вариант 1
Вариант 2
f0, ГГц
Δf, МГц
f0, ГГц
Δf, МГц
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
23,0 х 10,0
28,5 х 12,6
58,0 х 25,0
23,0 х 10,0
28,5 х 12,6
58,0 х 25,0
23,0 х 10,0
28,5 х 12,6
58,0 х 25,0
23,0 х 10,0
28,5 х 12,6
58,0 х 25,0
10,24
7,68
4,05
9,56
7,24
3,79
9,02
7,00
3,58
9,75
7,55
3,88
55,0
60,0
32,0
75,0
55,0
38,0
101,0
56,0
45,0
310,0
120,0
125,0
9,67
7,27
3,80
9,13
7,03
3,62
9,93
7,59
3,94
9,27
7,17
3,69
36,0
43,0
23,0
56,0
45,0
28,0
190,0
100,0
84,0
225,0
88,0
90,0
М – номер бригады.
Распределение вариантов между членами одной бригады производится студентами самостоятельно.
ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Экспериментально проверить точность расчета объемного резонатора. Для этого установить в измерительный тракт резонатор с размерами, рассчитанными в процессе подготовки к работе. Измерить резонансную частоту f0, ослабление на резонансной частоте аро, полосу пропускания Δf. По измеренным параметрам рассчитать нагруженную Qн, собственную Q0 и внешнюю добротность Qℓ. Сравнить экспериментальные и теоретические данные, оценить погрешность расчета.
Измерить f0, Δf, аро для резонатора с различными диафрагмами связи. Результаты свести в таблицу.
-
Диаметр
Диафрагмы, мм
f0, ГГц
Δf, МГц
аро, дБ
Qн
По измеренным данным рассчитать Qн и Qℓ и построить зависимости f0, Δf, аро от диаметра диафрагмы связи.
3. Измерить f0, Δf, арои рассчитатьQ0для цилиндрического резонатора с колебанием Н111.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Объемные резонаторы используют в качестве резонансных звеньев полоснопропускающих и полоснозагрождающих СВЧ фильтров, для стабилизации частоты СВЧ – генераторов. Перестраиваемые объемные резонаторы широко применяются при СВЧ – измерениях.
В большинстве случаев объемный резонатор представляет собой отрезок направляющей системы СВЧ, ограниченный с двух сторон проводящей поверхностью. По типу используемой направляющей системы можно выделить прямоугольные, цилиндрические, коаксиальные объемные резонаторы.
При исследовании свойств объемных резонаторов следует различать два типа задач:
Задачи о собственных колебаниях объемного резонатора.
Задачи о вынужденных колебаниях объемного резонатора.
При решении задачи о собственных колебаниях рассматривают объемный резонатор, изолированный от генератора и нагрузки. Решение трехмерного волнового уравнения с граничными условиями, определяемыми формулой и размерами резонатора, позволяет определить типы и собственные частоты колебаний, которые могут существовать в исследуемом резонаторе, а также структуру Е и Н – составляющих поля в резонаторе. По известной структуре поля можно определить отношение энергии, запасенной в резонаторе к энергии, теряемой в резонаторе за период. Решение задачи о собственных колебаниях строго проводится только методами теории поля.
При решении задачи о вынужденных колебанияхрассматривают объемный резонатор, связанный с генератором и нагрузкой. Такая схема включения объемного резонатора обычно применяется на практике. Очевидно, что в этом случае разработчиков интересует резонансная частота резонатора на выбранном типе колебаний, потери на резонансной частоте, полоса пропускания объемного резонатора и учет влияния элементов связи на эти параметры. В большинстве случаев при расчетах для режима вынужденных колебаний анализ проводят методами теории цепей с использованием эквивалентных схем, созданных на основе данных, полученных из строгого решения задачи о собственных колебаниях.
При дальнейшем рассмотрении физических процессов, происходящих в объемных резонаторах, будем проводить аналогию с колебательными LC – контурами.