ЛР3 ЭД

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский

государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

кафедра ФЭТ

Отчёт по лабораторной работе №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СВЧ ТРАКТА С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ

Выполнили: Кремнев Д.Д.

Зеленова И.С.

Савин Б.С.

Иванов А.Д.

гр.5207

Преподаватель:

Дроздовский А.В.

Санкт-Петербург

2017

Цели работы. Изучение методов измерения полных сопротивлений. Освоение практических приемов работы с измерительной линией и круговой диаграммой полных сопротивлений.

Описание экспериментальной установки:

Структурная схема экспериментальной установки представлена на рис. 1 В состав установки входят следующие элементы: 1 – измерительный СВЧ-генератор, 2 – частотомер, 3 – регулируемый аттенюатор, 4 – измерительная линия, 5 – индикатор (милливольтметр), 6 – исследуемый элемент, 7 – согласованная нагрузка.

Для исследования режима «бегущей» и «стоячей» волн вместо элементов 6 и 7 помещается согласованная нагрузка или короткозамыкатель соответственно.

b

a=17 мм

a

Рис. 2 Эскиз поперечного сечения волновода.

b=8 мм

Обработка Результатов

1.Построим графики распределения напряженности электрического поля вдоль линии при подключении согласованной нагрузки, короткозамыкателя и исследуемых элементов:

1)Воздух:

x,см	0,4	0,8	1,1	1,5	1,8	2,1	2,5	2,9	3,2	3,45	3,9	4,25	4,5
U,мВ	0,8	1,3	1,9	1,3	0,8	1,3	1,9	1,3	0,8	1,3	1,9	1,3	0,8

Рис.3 Распределение поля вдоль линии при открытом пространстве в качестве нагрузки

2)Короткозамыкатель

х,см	0,9	1,2	1,6	1,9	2,2	2,5	2,8	3,2	3,5	3,9	4,2	4,5	4,9
U,мВ	0	2,2	4,4	2,2	0	2,2	4,4	2,2	0	2,2	4,4	2,2	0

Рис.4 Распределение поля вдоль линии при коротком замыкании в качестве нагрузки.

3)Широкая щель:

х,см	1,2	1,6	1,8	2,2	2,5	2,9	3,4	3,55	3,8	4,25	4,6	4,9	5,2
U,мВ	1,2	1,35	1,55	1,38	1,2	1,38	1,55	1,38	1,2	1,38	1,55	1,38	1,2

Рис.5 Распределение поля вдоль линии при подключении широкой щели в качестве нагрузки.

4)Узкая щель:

х,см	0,6	1,0	1,4	1,65	2,0	2,3	2,65	3,0	3,3	3,65	4,0	4,3	4,6
U,мВ	0,6	1,0	2,6	1,6	0,6	1,6	2,6	1,6	0,6	1,6	2,6	1,6	0,6

Рис.6 Распределение поля вдоль линии при подключении узкой щели в качестве нагрузки.

5) Согласованная нагрузка

х,см	0,5	1,3	1,8
U,мВ	1,4	1,4	1,4

Рис.7 Распределение поля вдоль линии при подключении согласованной нагрузки.

2.Найдём из графиков λв для всех случаев:

λв1=2,8см

λв2=2,4см

λв3=3,2см

λв4=2,5см

Пример:

Можно вычислить λв для всех случаев по формуле:

, где λ₀=с/f, λ_кр=2∙а, c=3∙10⁸ м/с, f=14,325 ГГц, а=17мм,

λв=2.7см Значение, полученное теоретически, примерно совпадает с экспериментальным, если учесть погрешности измерения.

3.Найдём фазовый сдвиг для нагрузок, который определяется следующим соотношением:

Короткое замыкание X_кз=4,9см

Воздух: X _возд=4,5см

Широкая нагрузка: Х_узк=5,2см

Узкая нагрузка: Х_широк=4,6см

Фвозд	-0.148
ФШирок	0.111
ФУзк	-0.111

4.Найдём коэффициент стоячей волны (КСВ):

ρ2	2,375
ρ3	1,291
ρ4	4,333

5.Определение коэффициента отражения полного сопротивления исследованного элемента

Гн2	0,407
Гн3	0,127
Гн4	0,624

φ2	24,086
φ3	27,343
φ4	24,551

Z2'	1,1-0,929i
Z3'	0,842+0,174i
Z4'	1,761-1,978i

5. Диаграмма полных сопротивлений (диаграмма Вольперта-Смита)

Рис.8 Диаграмма Смита с указанными на ней полными сопротивлениями

Рис.9 Параметры линии для сечения z_min

Вывод: В данной работе были исследованы характеристики передающей линии, такие как длина волны, коэффициент стоячей волны, коэффициент отражения и другие. Как выяснилось в ходе выполнения работы, КСВ тесно связан с коэффициентом отражения, но его гораздо проще вычислить. С помощью коэффициента стоячей волны можно определить, в каком режиме работает передающая линия, и каким видом нагрузки она нагружена. Например, если КСВ равен единице, а коэффициент отражения – нулю, можно сказать, что линия работает в режиме полного согласования с нагрузкой, и стоячая волна в ней не образуется. Обратно, если КСВ стремится к бесконечности, а Г=1, можно говорить о том, что отраженная волна равна падающей, так как отражение полное, а значит нагрузкой линии является короткое замыкание, и стоячая волна в линии образуется. Если же КСВ >1, а коэффициент отражения не равен нулю, отражение не полное, волну в линии нельзя охарактеризовать ни как бегущую, ни как стоячую, линия работает в режиме «смешанной волны».

Длина волны, вычисленная теоретически, почти совпадает с результатами эксперимента.

Определяя относительный фазовый сдвиг, можно сделать вывод о том, что нагрузка в виде широкой щели сдвигает фазу сильнее всех остальных нагрузок, при этом, в отличие от них, сдвиг происходит в сторону нагрузки.

С помощью вычисленных КСВ и фазы, на диаграмме полных сопротивлений были найдены полные входные сопротивления линии, нагруженной различными видами нагрузок. По полученным с диаграммы данным можно сделать вывод о том, что рассчитанные теоретически сопротивления вычислены верно, и точность диаграммы Смита достаточна для некоторых инженерных задач. Для короткого замыкания и согласователя сопротивления не рассчитывались.