Милованов Лабораторный практикум по СВЧ 2007

измеренному КСВ (точка Б), дает искомое значение сопротивления

~ = ~ + ~

нагрузки Zн Rн iXн .

Если измерено смещение положения ближайшего от zmin0 минимума стоячей волны в сторону нагрузки zmin2, то на диаграмме сопротивлений следует отсчитать величину zmin2/λв от точки короткого замыкания в сторону генератора. Снова окажемся в точке А, так как

В задаче, которая рассматривается в настоящей работе, важно по результатам измерений определить активную и реактивную составляющую проводимости нагрузки. Их можно рассчитать по

Однако рациональнее находить значения Gн и Bн прямо по ре-

зультатам измерений ρ и zmin1/λв с использованием диаграммы полных проводимостей.

Отличие от вышерассмотренной процедуры с использованием диаграммы полных сопротивлений состоит лишь в том, что теперь за начало отсчета относительных вели-

чин zmin1/λв и zmin2/λв при-

нимается точка с бесконечно большой проводимостью. Искомая проводимость отмечена точкой В на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Определение по круговой диаграмме искомого сопротивления и проводимости

11

4. Погрешности определения сопротивления (проводимости)

Запишем выражения для расчета средних квадратичных по-

грешностей определения относительных значений активной σG~ и

реактивной σ~ составляющих проводимости нагрузки, вызван-ных

B

как погрешностями измерения КСВ (σρ) и положения минимума стоячей волны (σZmin), так и неточностями отсчета по круговой диаграмме проводимостей:

обозначены средние квадратичные погрешности определения КСВ и положения минимума стоячей волны. Их можно рассчитать, используя вышеприведенные величины погрешностей измерительных линий разного класса. Что касается функций чувствительности

полных проводимостей в окрестности искомого значения проводи-

Рис. 1.5. Определение функции чувствительности по КСВ (а) и по положению минимума стоячей волны (б)

13

Для симметричной емкостной диафрагмы с размерами щели b′ значение проводимости можно рассчитать по формуле:

При выводе формулы (1.11а) предполагалось, что квазистатическое поле в месте неоднородности образованно за счет падения двух волн низших типов.

В случае малых отверстий в диафрагме (b′/b < 0,5) и малых размеров пластин можно воспользоваться следующими выражениями:

Формулы (1.11б) и (1.11в) совпадают с (1.11а) с погрешностью

5% при b′ < 0,5b и b < 0,5λв и при b′ > 0,5b и b < 0,45λв соот-

ветственно.

В некоторых случаях можно оценить размеры емкостной диафрагмы, используя более простую формулу:

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. По заданному преподавателем значению частоты питающего генератора рассчитать длину волны типа Н10 в волноводе прямоугольного сечения с размерами 23×10 (или 72×34) мм.

2.На заданной частоте рассчитать по формулам (1.10г) и (1.11г) значение проводимости двух индуктивных и двух емкостных диафрагм, размеры которых указаны преподавателем.

3.По заданному преподавателем относительному значению проводимости нагрузки рассчитать по круговой диаграмме прово-

4. Рассчитать среднеквадратичные значения погрешностей определения относительных значений активной и реактивной состав-

ляющих нагрузки, используя данные расчета ∂F1,2 , ∂F1,2 по п. 3 и

∂ρ ∂zmin

среднеквадратичные погрешности определения КСВ σρ = 0,1 и положения минимума стоячей волны σzmin = 0,05 .

5. Зарисовать функциональную схему установки градуирования фазовращателя при коротком замыкании его выходного конца. Записать выражение, связывающее вносимый фазовращателем сдвиг с результатами градуировки.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Функциональная схема экспериментальной установки представлена на рис. 1.1. Она состоит из СВЧ генератора, электронносчетного частотомера с преобразователем частоты, коаксиальноволноводного перехода, развязывающего аттенюатора, щелевой измерительной линии, фазовращателя, диафрагмы, нагрузки и закорачивающей пластины.

В качестве исследуемой нагрузки используется согласованная волноводная нагрузка с включенным на ее входе рассогласователем в виде двух полистироловых шайб. Изменением положения этих шайб в волноводе друг относительно друга задается коэффи-

16

циент отражения от нагрузки, а совместным перемещением шайб меняется фаза коэффициента отражения от нагрузки. Фазовращатель представляет фторопластовую пластину со скошенными концами, которую можно перемещать от узкой стенки волновода до середины широкой стенки.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Вариант A. Градуировка измерительной линии. Измерение полных сопротивлений

А1. Ознакомиться с аппаратурой. Подготовить к работе, включить измерительный генератор и частотомер согласно инструкциям.

А2. Провести градуировку измерительной линии на частоте, указанной преподавателем. Для этого собрать схему установки с короткозамыкающей пластиной на конце измерительной линии. Диодная камера измерительной линии уже настроена преподавателем на рабочую частоту. Измерить длину волны в волноводе и сравнить ее с расчетной. Определить положение условного конца измерительной линии zmin0. Снять зависимость |Ey|=F(Iд) в соответствии с приведенными указаниями. Построить градуировочный график.

А3. На входном конце измерительной линии заменить короткозамыкающую пластину на согласованную нагрузку. Измерить КСВ от нагрузки и положение минимума стоячей волны.

А4. Между согласованной нагрузкой и выходным концом измерительной линии поместить последовательно каждую из четырех диафрагм (две индуктивные и две емкостные). Измерить в каждом случае КСВ и положение минимума стоячей волны. Обработать результаты в соответствии с приведенными рекомендациями и нанести на диаграмму полных проводимостей.

Вариант Б. Согласование

Б1. Выполнить градуировку измерительной линии (пп. A1 и A2 предыдущего варианта).

Б2. Собрать схему согласно рис. 1.1. установить фазовращатель на нулевое деление.

17

Б3. Измерить КСВ и положение минимума стоячей волны напряжения от нагрузки. Нанести результаты измерений на круговую диаграмму полных проводимостей и определить приведенную проводимость нагрузки (на выходном фланце измерительной линии).

Б4. По данным п. Б2 определить фазовый сдвиг, который следует внести фазовращателем чтобы приведенная активная проводимость на фланце измерительной линии была равна единице.

Б5. Ввести фазовращателем необходимый фазовый сдвиг, измерить значения КСВ и положение минимума стоячей волны, нанести результаты измерений на круговую диаграмму полных проводимостей, определить значение полученной проводимости.

Замечание: если с помощью фазовращателя не удается добиться желаемого результата, то переместить плексигласовые вкладыши элемента нагрузки (рассогласователя) на λв/4. Этот же результат можно получить введением между фазовращателем и согласуемой нагрузкой отрезка прямоугольного волновода длиной λв/4. В указанных случаях необходимо повторить пп. Б3 и Б4.

Б6. Используя формулы (1.10г) и (1.11г), рассчитать размеры диафрагмы, обеспечивающие компенсацию реактивной проводимости, полученной в п. Б5.

Б7. Провести измерение КСВ и положения минимума стоячей волны по схеме рис. 1.1 с диафрагмой, размеры которой определены в п. Б6 (размеры a′ или b округляются до целых значений в миллиметрах). Диафрагма подсоединяется к выходному фланцу измерительной линии.

Б8. Провести измерения аналогичные п. Б7, но с размерами диафрагм, отличающимися от рассмотренного на ±1 мм.

Б9. Нанести результаты измерений по пп. Б7 и Б8 на круговую диаграмму полных проводимостей, определить значения полученных проводимостей.

Вариант В. Градуировка фазовращателя

Проградуировать фазовращатель на рабочей частоте. Для этого к выходному фланцу измерительной линии подсоединить закороченный на конце фазовращатель. Измерить положение минимума

18

стоячей волны и КСВ в функции положения пластины фазовращателя относительно узкой стенки волновода (при положениях указателя фазовращателя от 0 до 100 через 10 делений).

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Вариант А

1.Привести в отчете результаты расчета и измерения длинны

волны в волноводе, таблицу |Ey| = F(Iд), градуировочный график диодной камеры измерительной линии, значение координаты условного конца измерительной линии.

2.Привести результаты расчета по формулам (1.10г), (1.11г), а также по формулам (1.10б,в) и (1.11б,в) значения проводимости четырех диафрагм.

3.Привести результаты расчета проводимости четырех диафрагм с использованием круговой диаграммы полных проводимостей и результатов измерений КСВ и положения минимума стоячей волны.

4.Сравнить результаты расчета и измерения проводимости исследованных диафрагм. Перечислить источники ошибок.

Вариант Б

1.Привести результаты измерений проводимости рассогласованной нагрузки.

2.Привести результаты расчета фазового сдвига и проводимости диафрагмы, компенсирующей отраженную волну. Представить полученные значения проводимости для трех используемых диафрагм.

3.Привести результаты расчета значений производных ∂∂Fρ1,2 ,

∂F1,2 для трех значений проводимости, полученных при выполне-

∂zmin

нии работы в пп. Б3, Б5, Б7.

19

4. Рассчитать среднеквадратичные погрешности определения составляющих проводимостей, используя σρ = 0,1 σzmin = 0,05 и

величину проводимости, определенную ранее (п. Б3).

5. Сравнить результаты расчета, измерения проводимости и согласования при помощи диафрагм. Перечислить источники ошибок.

Вариант В

Привести результаты градуировки фазовращателя и построенный градуировочный график.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что понимается под режимом согласования и зачем необходимо согласовывать тракты СВЧ?

2.Предложите ваши варианты согласования нагрузки.

3.Укажите источники погрешностей измерения КСВ и положения минимума стоячей волны с помощью измерительной линии.

4.Укажите возможные причины неточности расчета сопротивления нагрузки по результатам измерений КСВ и положения минимума стоячей волны.

5.Рассчитайте активную и реактивную составляющие проводи-

мости нагрузки по заданным значениям zmin/λв и ρ, используя как диаграмму полных сопротивлений, так и диаграмму полных проводимостей.

6.Изобразите структурную схему частотомера и поясните принцип его работы.

7.Нарисуйте диодную камеру измерительной линии и поясните

ееработу.

20