5. Вентиль на эффекте Фарадея

Н а рис. 6 представлен принцип действия вентиля, основанного на эффекте Фарадея (  направление распространения волны). Волна прямоугольного волновода 1 преобразуется плавным переходом 2 в волну круглого волновода 3. Ферритовый стержень 5, намагниченный катушкой 4, поворачивает плоскость поля­ризации волны на 45° по часовой стрелке, если смотреть вдоль вектора . Далее волна попадает через плавный переход 6 в прямоу­гольный волновод 7, повернутый относительно продольной оси на 45°, а затем в нагрузку. Если генератор подключен к волноводу 7, то энергия не сможет пройти в волновод 1, т. к. после плавного пере­хода 6 произойдет поворот плоскости поляризации на 45° также по ча­совой стрелке. После поворота плавный переход 2 отражает волну , мощность которой частично расходуется в поглощающей пластине 8, па­раллельной вектору напряженности электрического поля волны. У ос­тавшейся волны феррит дополнительно поворачивает плоскость поляри­зации на 45°, после чего поле частично поглощается пластиной 9 и т.д. Таким образом, волна, распространяющаяся справа налево, прежде чем попасть в волновод, испытывает значительное ослабление за счет многократных отражений и поглощений. Качество вентиля оценивается вентильным отношением.

4

1 2 3 6 7

а

8 5 9

б

в

г

Рис. 6.

Программа работы

Рис. 7

1. Ознакомиться с измерительной установкой (рис. 7) на рабочем месте, где обозначено: 1  генератор; 2  вентиль; 3  аттенюатор; 4  волноводньй переключатель; 5  отрезок круглого волновода с ферритом, помещен­ный в соленоид; 6  вращающееся сочленение; 7  отрезок круглого волновода с ответвлением; 8  детекторная секция; 9  измерительный усилитель; 10  источник подмагничивания.

2. Настроить генератор 1 на частоту =9,3 ГГц. Откалибровать измерительный усилитель 9.

3. Исследовать эффект Фарадея в намагниченном феррите 5. Для этого:

а) детекторную секцию 8 (приемник сигнала) присоединить к вер­тикальному выходу отрезка круглого волновода с ответвлением 7; к горизонтальному его выходу присоединить согласованную нагрузку;

б) установить волноводный переключатель 4 в положение А, соот­ветствующее прохождению сигнала в детекторную секцию;

в) включить источник питания постоянного тока 10, создающий в соленоиде 5 продольное по отношении к ферритовому стержню постоян ное магнитное поле ( =5 В);

г) снять зависимость угла поворота плоскости поляризации волны, прошедшей через подмагниченный феррит, от величины и направ­ления тока подмагничивания (силу тока изменять дискретно через 20 мА от 0 до 0,12 А, направление подмагничивающего поля изме­нять поочередным подключением крайних точек соленоида к клемме "+" источника тока. При этом средняя точка соленоида должна быть посто­янно соединена с клеммой "" и корпусом). Угол поворота фиксировать по максимальному показанию измерительного прибора 9;

д) построить зависимости и ;

е) сформулировать выводы.

4. Исследовать вентиль на эффекте Фарадея.

Для исследования характеристик вентиля необходимо измерить по­тери сигнала в вентиле при его прямом включении и его обратном включении .

Прямое включение вентиля реализуется током подмагничивания, обеспечивающим поворот плоскости поляризации волны на 45°, и соот­ветствующей этому току пространственной ориентацией выходного вол­новода.

Обратное включение вентиля реализуется механическим вращением выходного волновода на 90° в любую сторону относительно его положе­ния при прямом включении.

Чтобы исключить влияние нелинейности характеристики детектор­ного диода, измерение потерь следует проводить компенсационным ме­тодом по следующей методике:

а) при прямом включении вентиля установить затухание аттенюа­тора =2530 дБ. Переключая пределы измерения усилите­ля 9, добиться любого, не нулевого показания , которое следует за­фиксировать;

б) повернув выходной волновод на 90° относительно его положе­ния при прямом включении вентиля и уменьшая затухание аттенюато­ра 3, восстановить на измерительном приборе усилителя показание . Записать новое значение затухания ;

в) детекторную секцию 8 подключить к свободному выходу волноводного переключателя 4, который устанавливается в положение "Б". Увеличивая затухание аттенюатора 3, добиться показания измерительного прибора, равного ; записать величину затухания аттенюатора .

Внимание!

- после выполнения п. 4, а нельзя изменять пределы измере­ния усилителя 9 и уровень выходной мощности генератора 1;

- в результате измерений должно выполниться следующее соотно­шение между показаниями аттенюатора

> > ;

- если при выполнении пп. 4, б и 4, в не удается установить по­казание измерительного прибора, равного , следует повторить измерения, увеличив , чувствительность усилителя или выходную мощность генератора.

Тогда

= - ,

= - ;

г) определить вентильное отношение - ;

д) сформулировать выводы.

По окончании работы показать результаты преподавателю, выклю­чить приборы, привести в порядок рабочее место.

Контрольные вопросы

1. Чем обусловлены магнитные свойства феррита?

2. При каких условиях возникает вынужденная прецессия?

3. Чем характеризуется эффект ферромагнитного резонанса?

4. Чем определяется частота ферромагнитного резонанса?

5. Что происходит при продольном ферромагнитном резонансе?

6. Как изменяются составляющие тензора магнитной проницаемости в зависимости от величины подмагничивающего поля ?

7. Что происходит в намагниченном феррите при возникновении эффекта Фарадея?

8. Что характеризует постоянная Фарадея?

9. В каком случае феррит считается продольно-намагниченным?

10. В каком случае феррит считается поперечно-намагниченным?

11. При каких условиях возникает в намагниченном феррите нео­быкновенная волна?

12. При какой ориентации векторов и электромагнитной волны относительно постоянного внешнего поля возникает в феррите обыкновенная волна?

13. Чем характеризуется поперечный резонанс?

14. Чем характеризуется эффект смещения поля?

15. Какое свойство феррита используется в вентиле, выполненном на основе круглого волновода с волной ?

16. Что лежит в основе принципа действия гиратора?

17. Устройство и принцип действия вентиля на эффекте Фарадея.

18. Устройство и принцип действия аттенюатора на эффекте Фара­дея.

19. Методика измерения потерь в устройствах, использующих эф­фект Фарадея.

Библиографический список

1. Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. М.: Энергоиздат, 1963.

2. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1978.

3. Вольман В.И.. Пименов Д.В. Техническая электродинамика. М.: Высшая школа. 1981. С. 264-275.

4. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа. 1970. С. 254-262.

ИНСТРУКЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИБОРОВ

Генератор ГЗ-14А

Назначение органов управления

Все органы управления выведены на лицевую панель прибора.

Назначение ручек управления:

"Частота"  механическая перестройка частоты клистронов с ав­томатическим изменением напряжения на отражателях;

"Коррекция"  настройка на максимум выходной мощности клистро­на перемещением короткозамыкающих поршней;

"Диапазон"  подключение выходного тракта к нужному клистрону с помощью волноводного переключателя и изоляции тракта второго клистрона;

"Термистор-волномер"  переключение стрелочного индикатора из цепи термисторного моста в цепь детектора волномера;

"Чувствит. волномера"  регулировка чувствительности стрелоч­ного индикатора при индикации резонанса волномера;

"Уст. нуля плавно"  точная установка на нуль стрелки индика­тора при балансе термисторного моста;

"Уст. нуля грубо"  грубая установка нуля моста;

"Отражатель"  подстройка напряжения отражателя на максималь­ную мощность генерируемых колебаний.

"Род работы"  переключение работы прибора в режим непрерывных колебаний, внешней и внутренней модуляции;

"Начальн. уровень больше-меньше"  установка начального уровня на входе калиброванных аттенюаторов с помощью аттенюатора;

"Вкл. сеть"  включение сети питания переключателем;

"Аттенюаторы выхода"  установка на выходе прибора необходимо­го уровня мощности с помощью аттенюаторов;

"Выход  мВт. мкВт"  установка милли- и микроваттного выходов прибора с помощью фиксированного аттенюатора. Для переключения вы­ходов ручку необходимо нажать.

Кроме того, на лицевой панели прибора размещены: два окошка  через левое из них видна шкала клистрона КЗО, через правое  шкала клистрона К29; микроамперметр М24, который служит для индикации на­чального уровня и резонанса волномера; окошко, через которое видны шкала и лимб волномера; гнездо "Внешн. манип." для подачи импульса от внешнего генератора; табличка "Частоты генератора", где указаны частоты клистронов для I и II диапазонов.

На задней стенке прибора имеются: переключатель напряжения се­ти на 220, 127 и 115 В, предохранитель и штепсельная вилка для подключения шнура питания.

Подготовка прибора к работе

Для подготовки прибора к работе необходимо выполнить следующие операции:

а) проверить положение колодки переключателя сети и установить ее в положение, соответствующее номинальному значению напряжения се­ти;

б) подключить нагрузку к фланцу волновода;

в) присоединить кабель питания к прибору и включить его в сеть питающего напряжения;

г) включить тумблер "Сеть", поставив его в положение "Вкл.". При этом должна загореться лампочка, освещающая шкалу волномера;

д) переключатель "Род работы" установить в положение "Непр." и прогреть прибор и течение 1 часа.

Работа с прибором

Работа в режиме непрерывных колебаний

Для работы в режиме непрерывных колебаний необходимо:

а) ручками ''Аттенюаторы выхода" установить желаемый уровень выходного сигнала;

б) по табличке "Частота клистрона" и по шкале "Частота" уста­новить ориентировочно требуемую частоту;

в) установить тумблер ВЗ в положение "Термистор";

г) повернуть ручку аттенюатора начального уровня вправо до от­каза;

д) ручками "Уст. нуля грубо" и "Уст. нуля плавно" установить стрелку индикатора на нуль. Ручку "Начальный уровень" повернуть влево. Ручками "Отражатель" и "Коррекция" добиться максимальной мощности;

е) поставить тумблер ВЗ в положение "Волномер";

ж) с помощью графика волномер установить на деление, соответс­твующее желаемой частоте;

з) ручками "Частота", "Отражатель" и "Коррекция" подстроить частоту генератора под частоту волномера. Перестройкой волномера убедиться в правильности настройки частоты;

и) ручку "Выход" установить в положение "мкВт" (если нужна ка­либрованная мощность на выходе генератора);

к) ручкой "Начальн. уровень" стрелку индикатора начального уровня установить на соответствующее деление по графику частотной характеристики прибора, проверив установку нуля.

Для получения некалиброванной мощности ручку "Выход" устано­вить в положение "мВт". Графиком частотного хода не пользоваться. Аттенюаторы выхода вывести до нуля, нужный уровень мощности устано­вить аттенюатором начального уровня.

Работа в режиме внутренней манипуляции

Для работы в режиме внутренней манипуляции после выполнения операции по пункту А переключатель "Род работы" необходимо устано­вить в положение "Внутр. манип.".

При переходе с режима непрерывной генерации в режим внутренней манипуляции необходима перестройка частоты по волномеру.

Генераторы ГА-80. Г4-83

Рабочий диапазон частот генераторов

Г4-80  2,56 4,0 ГГц;

Г4-83  7,510,5 ГГц.

Подготовка к работе

Перед включением прибора установить аттенюатор в положение 40 дБ, неиспользуемый выход нагрузить на согласованную нагрузку или закрыть заглушкой, при этом ручка установки выхода должна быть вы­ведена.

Включить вилку питания в сеть, а тумблер "Сеть" переключить в верхнее положение. При этом должна загореться сигнальная лампочка.

Прогреть прибор не менее 10 минут.

Проведение измерений

Г енератор может работать в режимах внутренней (" ") и внеш­ней модуляций ("Внеш. мод.").

Выбор режима работы обеспечивается нажатием соответствующих кнопок на лицевой панели.

Установка частоты генератора осуществляется вращением ручки, связанной со шкалой MHz.

В генераторе предусмотрено два выхода мощности: калиброванный ("Выход") и некалиброванный ("Выход mW1").

Р егулировка уровня выходной мощности производится с помощью соответствующих ручек ("-dB") и (" ").

Усилитель У2-6

Назначение органов управления

На передней панели расположены:

а) ручка "Аттенюатор"  для установки чувствительности прибо­ра;

б) ручки "Уcтановка частоты"  для грубой и точной настройки на любую частоту в режиме "1-я узкая" и "2-я узкая";

в) тумблер "Усилитель-генератор" для переключения вольтметpa с выхода усилителя на выход генератора калибровки;

г) тумблер "Сеть"  для включения прибора;

д) клемма  для заземления прибора;

е) ручка "Калибровка"  для изменения коэффициента усиления;

ж) тумблер "1000 Нz. 400 Нz"  для переключения фиксированных частот калибровки;

з) ручка "Полоса"  для переключения усилителя в режимах работы "Широкая", "1-я узкая", "2-я узкая";

и) потенциометр "Ширина полосы"  для изменения ширины полосы;

к) ручка "Диапазоны"  для установки поддиапазонов в узкопо­лосном режиме: 20-90 Гц; 85-450 Гц; 420 Гц-2,3 кГц; 2,2-10 кГц; 9-30 кГц;

л) гнездо "Вход"  для подвода сигнала, который необходимо из­мерить или усилить;

м) кнопка "Калибровка"  для включения генератора калибровки и подачи на вход предварительного усилителя напряжения калибровки;

н) стрелочный прибор  для контроля напряжения (шкала проградуирована в эффективных значениях синусоидального напряжения).

Подготовка прибора к работе

После подключения шнура питания в сеть и включения тумблера "Сеть" должна загореться сигнальная лампочка. Время самопрогрева прибора при работе в широкополосном режиме 15 мин, в узкополос­ном  60 мин.

Поставьте тумблер "Усилитель-генератор" в положение "Генера­тор", а тумблер "1000 Нz, 400 Hz"  в положение "400 Hz". Нажмите кнопку "Калибровка".

Микроамперметр должен показать напряжение генератора в преде­лах 1,5-2,5 В.

При переключении тумблера "1000 Hz. 400 Нz" в положение "1000 Нz" напряжение должно оставаться в тех же пределах. Установи­те ручку "Полоса" в положение "Широкая". Поставьте тумблер "Усили­тель-генератор" в положение "Усилитель". Установите ручкой "Калибровка" напряжение, равное напряжению генератора, а переключатель "Диапазоны"  в положение "420-2,3". Нажмите кнопку "Калибровка".

Порядок работы

Работа усилителя в режиме "Широкая".

Для того чтобы знать коэффициент усиления (если усилитель ис­пользуется как микровольтметр), последний необходимо откалибровать.

Произведите калибровку следующим образом:

а) установите ручку "Полоса" в положение "Широкая";

б) тумблер "1000 Hz. 400 Hz"  в положение "400 Hz " или "1000 Hz";

в) тумблер "Усилитель-генератор"  в положение "Генератор". Нажмите кнопку "Калибровка" и измерьте напряжение генератора. Переключив тумблер "Усилитель-генератор" в положение "Усилитель", ручкой "Калибровка" установите то же напряжение, которое было измерено при установке тумблера "Усилитель-генератор" в положение "Генератор". Переключив несколько раз тумблер "Усилитель-генератор" и убедившись, что показания микровольтметра остаются неизменными, усилитель можно считать откалиброванным.

Для проведения измерений поставьте ручку "Аттенюатор" на нуж­ный предел, а тумблер "Усилитель-генератор"  в положение "Усилитель".

Работа усилителя в режиме "1-я узкая"

Перед измерением необходимо произвести калибровку усилителя. В узкополосном режиме работы усилителя калибровку производите анало­гично методике, описанной выше, с той лишь разницей, что ручку "По­лоса" поставьте в режим "1-я узкая" и ручками под общей гравировкой "Установка частоты", "1-я узкая" настройте усилитель на частоту ка­либровки 400 или 1000 Гц до максимального отклонения стрелки индикатора.

Производите измерение следующим образом:

а) подайте на вход усилителя усиливаемый или измеряемый сигнал;

б) установите ручку "Аттенюатор" на нужный предел;

в) ручку "Полоса"  в положение "1-я узкая";

г) ручку "Диапазоны"  на нужный диапазон;

д) тумблер "Усилитель-генератор"  в положение "Усилитель". Ручкой "1-я узкая" добейтесь ясно выраженного максимального отклонения стрелки индикатора.

Работа усилителя в режиме "2-я узкая"

а) подайте на вход прибора исследуемый сигнал;

б) установите ручку "Аттенюатор" на нужный предел;

в) ручку "Полоса"  в положение "2-я узкая";

г) ручку "Диапазоны"  на нужный диапазон;

д) тумблер "Усилитель-генератор"  в положение "Усилитель".

Ручками "1-я узкая" и "2-я узкая" добейтесь ясно выраженного максимального отклонения стрелки микроамперметра на частоте селек­ции при резонансе.

Примечание. Так как значения затухания аттенюатора соответс­твуют широкополосному режиму работы, необходимо помнить, что чувствительность в режиме "1-я узкая" возрастает в 10 раз, а в ре­жиме ''2-я узкая"  в 3 раза по отношению к "1-й узкой".

Измерительная линия Р1-4

Порядок работы

1. Установить измерительную линию между генератором и нагруз­кой в соответствии с требованиями задания.

2. Подсоединить измерительный усилитель к детекторной головке.

3. Установить некоторую глубину погружения зонда и настроить в резонанс контур зонда. Отметить момент резонанса по максимуму пока­заний прибора. Перемещая поршень детекторного контура, настроить в резонанс детекторный контур. Если при этом прибор зашкаливает, то необходимо уменьшить глубину погружения зонда. Смещая каретку с зондом вдоль линии и регулируя ослабление аттенюатора, добиться максимального показания индикатора при положении зонда в максимуме стоячей волны.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВОДНОЕ ЗАНЯТИЕ ......................................………………….1

Работа № 1. СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ПОЛЯ В ВОЛНОВОДЕ………………………………………………….8

Работа № 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В РЕЗОНАТОРАХ

ВОЛНОВОДНОГО ТИПА..................………………………………....21

Работа № 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ

ПРОЦЕССОВ В НАМАГНИЧЕННОМ ФЕРРИТЕ……………...……33

ИНСТРУКЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИБОРОВ ........….53