Методика экспериментального исследования

Описание лабораторной установки и методики измерений

В лаборатории в трехсантиметровом диапазоне волн исследуются следующие устройства:

• 1) два трехдырочных НО,
• 2) два крестообразных НО,
• 3) два двойных Т-образных моста:
  • а) без согласующих элементов;
  • б) с согласующей диафрагмой и винтом;
• 4) два щелевых моста.

Измерение КС В при помощи механической измерительной линии. Степень согласования какого-либо плеча устройства оценивается величиной коэффициента отражения Г, = S_u или коэффициента стоячей волны (КСВ), определяемого следующим образом:

где ?/_тах и U_mm — соответственно напряжения в пучности и узле распределения поля в линии.

Для измерения КСВ /-й вход подсоединяется к фланцу измерительной линии через переход или без него, а остальные входы нагружаются на согласованные нагрузки (рис. 1.9). Измерительный усилитель подключается к детектору измерительной линии. На калиброванном аттенюаторе устанавливают такое ослабление, показания индикатора измерительного усилителя при котором составляют от 300 до 700 единиц. При перемещении каретки с зондом вдоль волновода на отрезке длиной более Х_л/2 определяются минимальные и максимальные показания прибора a_min и а_тах. Так как при малых сигналах детектор имеет квадратичную характеристику, КСВ определяется следующим образом:

Рис. 1.9. Схема для измерения КСВ.

Измерение переходного ослабления и развязки. Измерение коэффициентов передачи S_ik (переходных ослаблений или развязок) между двумя входами производится методом калиброванного аттенюатора. В учебной лаборатории используется аттенюатор поляризационного типа. Его ослабление не зависит от частоты и определяется углом поворота поглощающей пластинки в круглом волноводе, который через плавные переходы подключается к прямоугольным волноводам.

Изначально детекторная головка с усилителем подсоединяется непосредственно к выходному фланцу измерительной линии для калибровки (рис. 1.10). Ослабление аттенюатора устанавливается таким, чтобы значение показаний цифрового индикатора усилителя было равно 100—200 единиц. Следует запомнить это значение. Начальное затухание аттенюатора а₀ должно составлять 40—50 дБ. Шкала аттенюатора спиральная. Значение ослабления аттенюатора определяется по перекрестью вертикальной линии и светлой полоски на шкале.

Рис. 1.10. Схема соединений при калибровке.

Затем к выходному фланцу подсоединяется к-й вход исследуемого устройства (рис. 1.11), а детекторная секция — к /-му входу. С помощью аттенюатора необходимо добиться первоначальных показаний на дисплее цифрового индикатора. Записывается новое значение ослабления a_ik в децибелах. Тогда переходное ослабление в децибелах записывается следующим образом:

Рис. 1.11. Схема измерения коэффициента ослабления.

Расчетное задание Варианты расчетного задания приведены в табл. 1.1. Используются волноводы с поперечными размерами axb = 23×10 мм^[1][2].

Таблица 1.1

Варианты расчетного задания.

• 2. Для крестообразного, НО рассчитать частоту/в мегагерцах, при которой теоретически достигается бесконечная направленность (из условия / = А,_л /4) и переходное затухание на этой частоте по формуле (1.18):
• 1) НО № 1 /,= 13 мм S = 1,5 mm / = 11 мм;
• 2) НО № 2? = 10 мм S = 3 мм / = 11 мм.
• 3. По матрице рассеяния идеального двойного Т-образного моста рассчитать КСВ по входам 1, 2, 3, определить баланс плеч _/V₃₄ и N_l2-
• 4. Для щелевого волноводного моста по заданным длине щели и ширине общего участка рассчитать среднюю частоту его настройки в соответствии с формулой (1.29):
• 1) Мост№ 1 /=32мм h = 44,8 мм;
• 2) Мост№ 2 /=31мм h = 44,6 мм.
• 5. Рассчитать матрицу рассеяния идеального двойного Т-образного моста с подключенной ко входу 3 нагрузкой, которая имеет коэффициент отражения Г, =0,259−0,058/.

Экспериментальная часть В лаборатории экспериментально исследуются те же варианты волноводных устройств, параметры которых рассчитывались в расчетном задании. Порядок выполнения эксперимента следующий.

• 1. Провести калибровку установки на частоте, рассчитанной в п. 1 или п. 2 расчетного задания.
• 2. Выбрать, НО в соответствии с вариантом расчетного задания. Методом калиброванного аттенюатора определить переходное ослабление С₂1 и С₄, в децибелах, направленность N. Измерить КСВ на входе 1.
• 3. Подсоединить плечо 1 (плечо Н) двойного Т-образного моста с согласующими элементами к измерительной линии. С помощью настроечного винта согласовать вход 1 (получить минимальный КСВ). При подаче сигнала поочередно в плечи 1 и 2 измерить в каждом случае КСВ, развязку с противоположным плечом (С₂, или С_п) и коэффициенты ослабления при прохождении сигнала на боковые плечи. При подключении генератора ко входу 3 измерить КСВ и развязку с противоположным плечом С₄₃. Определить баланс плеч моста N_n и /V₃₄.
• 4. Провести калибровку установки на частоте, рассчитанной в п. 4 расчетного задания.
• 5. Подсоединить к измерительной линии щелевой волноводный мост (вход 1). Ко входам 3 и 4 подсоединить согласованные нагрузки, ко входу 2 — детекторную секцию. С помощью настроечного винта добиться минимума сигнала на индикаторе, что соответствует максимальной развязке плеч 1—2. Измерить КСВ входа 1, коэффициенты С₂₁, С₃₁, С₄₁ в децибелах. Определить баланс плеч моста.
• 6. Провести калибровку по методике п. 6 на частоте 9,375 ГГц. Ко входу 3 согласованного двойного Т-образного моста подключить несогласованную нагрузку. Измерить переходные ослабления С₁₂, С₁₄, С₂₄ и КСВ по входам 1, 2, 4. Сравнить экспериментально полученные значения с расчетными данными из п. 5 расчетного задания.

Отчет о результатах эксперимента должен содержать:

• 1) цель работы;
• 2) схемы исследуемых устройств;
• 3) схемы измерений;
• 4) результаты расчетов и измерений;
• 5) выводы по проделанной работе, содержащие сравнение расчетных и экспериментальных данных.

• [1] Для трехдырочного, НО рассчитать частоту/в мегагерцах, при которой теоретически достигается бесконечная направленность (из усло
• [2] вия / = А. л /4) и переходное затухание на этой частоте по формуле (1.17):