10
направленный мост и детектор. Направленный мост представляет собой резистивный делитель (6 дБ), образованный тремя резисторами, сопротивление каждого из которых равно волновому сопротивлению коаксиальной линии. Резисторы соединены в треугольник, а к вершинам треугольника подключены три коаксиальные линии. Одна линия подключена к выходу синтезатора частот, вторая нагружена на согласованную нагрузку, а третья линия оканчивается измерительным разъемом, к которому подключается исследуемое устройство (ИУ), в данном случае цилиндрический резонатор (ЦР). Используемый резонатор выполнен из латуни, имеет высоту 35мм и радиус 22,2мм. Связь резонатора с внешними цепями осуществляется посредством петель.
Напряжение дисбаланса снимается между второй и третьей линией с помощью цепи симметрии со встроенным детекторным диодом. Абсолютная величина этого напряжения пропорциональна модулю коэффициента отражения исследуемого устройства. После прохождения радиоизмерительного тракта, который включает кабельные сборки, соединители, согласованные нагрузки, датчик КСВ, исследуемое устройство и детектор, сигнал подается на входы измерителя. Вход "A" предназначен для работы в режиме измерения модуля коэффициента отражения либо КСВ, вход "B" – модуля коэффициента передачи (ослабления либо усиления).
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, который, выполнив необходимые вычисления, передаёт результаты в ЭВМ.
3.2 Порядок выполнения работы
Включить прибор Р2М-18 и компьютер, собрать макет, как показано на рис. 5, подключить резонатор (ИУ).
Рисунок 5 – Подключение устройств к прибору Р2М-18 для измерения на проход.
Запустить программу Graphit-Р2М и загрузить калибровочные данные для прибора, руководствуясь поясняющими рисунками 6 – 9, в следующей последовательности:
11
1.Во вкладке «Настройки» выбрать пункт «Открыть профиль». В появившемся диалоговом окне выбрать файл Profil-rezonator.gpr и нажать на кнопку «открыть» (рис. 6).
Рисунок 6 – Панель программы Р2М-18.
2.Выбрать во вкладке «Управление» «Канал1», далее перейти к «Калибровочные данные Измер1» и щелкнуть мышью на эту закладку. В появившемся окне щелкнуть на изображение папки или нажать «Ctrl+O», далее выбрать файл «Измерение1 КО-rezonator.r2mrc» (рис. 7).
далее
Рисунок 7 – Панели программы Р2М-18.
12
3.Выбрать во вкладке «Управление» «Канал1», далее перейти к «Калибровочные данные Измер2» и щелкнуть мышью на эту закладку. В появившемся окне щелкнуть на изображение папки или нажать «Ctrl+O», далее выбрать файл «Измерение2 КП-rezonator.r2mrc» (рис. 8).
Рисунок 8 – Панели программы Р2М-18.
4. Нажать кнопку «старт – стоп» на панели «дочернего» окна (рис. 9).
Рисунок 9 – Панель программы Р2М-18.
5. Отметить «маркерами» резонансные кривые и рассчитать собственную добротность для полученных резонансных частот по формулам (6), (7). Провести сравнение резонансных частот f0 и добротностей Q0 , полученных расчётным и экспериментальным путём. Положение резонансных кривых можно зафиксировать, нажав в свойствах трассы функцию «запомнить». Рассчитать нагруженную добротность резонатора без образца Q0н по формуле (8).
6. Открыть резонатор и поместить туда исследуемый образец с известными размерами. Размеры образцов приведены в таблице 2, а их фотографии – на рис. 10.
Таблица 2 – Размеры образцов
Высота образцов |
|
Радиусы образцов, мм |
||||
35мм |
6,25 |
5,25 |
4,25 |
3,25 |
2,25 |
1,50 |
Радиус образцов |
|
Высота образцов, мм |
||||
4,25мм |
|
|
|
|
|
|
35,0 |
30,0 |
20,0 |
10,0 |
5,0 |
|
|
13
Рисунок 10 – Фотографии образцов.
Образец помещается в максимум поля колебания типа Е010. Закрыть резонатор и измерить резонансную частоту fε с внесённым образцом. Рассчитать нагруженную добротность резонатора с образцом Q0ε по формуле (8).
7. Провести расчёт диэлектрической проницаемости образца для колебания Е010 по формуле (11) и тангенса угла диэлектрических потерь по формуле
(12).
8. С целью повышения точности измерение каждого образца следует проводить три – четыре раза, добиваясь достоверности результатов за счёт лучшего позиционирования образца на оси резонатора. Провести усреднение с оценкой доверительных интервалов. Результаты внести в таблицу 3.
Таблица 3 – Результаты измерений
образцаРазмер, мм диаметр(/высота) |
Резонанснаячастотаf |
Резонанснаячастотаf |
Собств. доб- |
Собств. доб- |
НагруженнаядобротностьQ |
НагруженнаядобротностьQ |
Диэлектрическая проницаемостьε |
||||
Теоретическая |
Эксперимен- |
тальная |
Теоретическая |
Эксперимен- |
тальная |
||||||
|
|
|
ротность |
Q0 |
ротность |
Qε |
н 0 |
0ε |
|
||
, МГц |
|
|
|
|
tgδ |
МГц |
|
|
|
||
0 |
|
|
|||
|
, |
|
|
|
|
|
ε |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 Домашнее задание
Рассчитать резонансные частоты для типов колебаний, которые могут возбуждаться в резонаторе с заданными размерами и диапазоном частот, используя формулы (3) и (4).
Изобразить структуру электромагнитного поля для всех возбуждаемых в резонаторе колебаний.
Рассчитать собственные добротности резонатора для E010 типа колебаний, измеряемые в ходе эксперимента.
14
5 Содержание отчёта
Отчёт должен содержать:
цель работы и схему установки;
результаты работы, выполненные по разделу «Домашнее задание»;
резонансные кривые, отражающие ход эксперимента;
результаты эксперимента в виде расчётов, сведённых в таблицу 3;
конкретные выводы и результаты по существу проделанной работы Отчёт представить в распечатанном виде и в виде файла.
6 Список литературы
1.Ж.М. Соколова, Е.В. Падусова. К расчёту резонаторов СВЧ: методические указания по курсовому проектированию и к практическим занятиям для студентов. – Томск: ТАСУР, 1994. – 111с.
2.Н.Н. Федоров. Основы электродинамики. – М.: Высшая школа, 1980. – 399с.
3.В.В. Никольский. Теория электромагнитного поля. – М.: Высшая школа, 1964. – 383с.
4.А.А. Брандт. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. – М.: Государственное издательство физ.-мат. литературы, 1963. – 403с.
5.Руководство по эксплуатации Р2М-18 часть 1. [Электронный ресурс]
// Томск: Микран. 2011. –
Режим доступа: http://download.micran.ru/kia/Manual/Library/R2M/User_Manual/ R2M-18-UM-001_part1.pdf
6.Руководство по эксплуатации Р2М-18 часть 2. [Электронный ресурс] // Томск: Микран. 2011. –
Режим доступа: http://download.micran.ru/kia/Manual/Library/R2M/User_Manual/ R2M-18-UM-001_part2.pdf
7.Руководство по эксплуатации Р2М-18 часть 3. [Электронный ресурс]
// Томск: Микран. 2011. –
Режим доступа: http://download.micran.ru/kia/Manual/Library/R2M/User_Manual/ R2M-18-UM-001_part3.pdf