Исследование переменного аттенюатора
В технике сверхвысоких частот часто применяются плавные аттенюаторы. В коаксиальной технике они используются в основном в технике измерений, в сантиметровом и миллиметровом диапазонах обычно в схемах и устройствах СВЧ. В данном случае объектом исследования являются плавные аттенюаторы сантиметрового диапазона.
Цель работы: Изучение принципа действия переменного аттенюатора. Параметры аттенюатора. Изучение методики измерения параметров аттенюаторов. Исследование волноводного аттенюатора.
Порядок выполнения работы :
· изучить теорию плавных аттенюаторов применительно к различным диапазонам частот;
· классифицировать и описать предложенный для исследования вариант плавного аттенюатора;
· ознакомиться с методами измерения параметров плавных аттенюаторов;
· изучить предложенные приборы;
· произвести требуемые измерения, результаты представить таблицей и графическими зависимостями при оформлении протокола в рабочей тетради;
· сделать выводы о работе в целом;
· отчитаться за проделанную работу.
Теоретические сведения
Назначение аттенюатора – внесение в тракт требуемого затухания без нарушения согласования. Величина требуемого затухания должна быть по возможности линейно связана со шкалой. Начальное затухание должно быть минимальным. Конструкция аттенюатора должна обеспечивать включение в стандартном высокочастотном тракте минимальное нарушение согласования и фазовых соотношений.
|
|
Аттенюаторы могут быть различными в зависимости от диапазона частот. В метровом диапазоне длин волн (в низкочастотной его части) это может быть набор фиксированных резисторов, переключение которых обеспечивает линейность и согласование. В более высокочастотной части метрового диапазона - коаксиальные аттенюаторы на основе запредельных круглых волноводов, отличительной особенностью которых является наличие большого начального затухания (до 20 – 30 дБ). Эти аттенюаторы используются до сантиметрового диапазона длин волн.
В диапазоне от 5000 МГц и выше используют волноводные аттенюаторы, отличающиеся высокой линейностью и стабильностью. Предметом исследования в данной работе является именно такой тип аттенюатора.
Как отмечено выше, переменный аттенюатор служит для плавного ослабления передаваемой по волноводу мощности, для развязки генератора СВЧ колебаний от нагрузки и измерения ослабления в отдельных элементах волноводных трактов. Волноводный аттенюатор состоит из отрезка волновода, внутри которого помещена тонкая диэлектрическая пластина, покрытая слоем поглощающего материала. Через отверстие в стенке волновода пластинка крепится к механизму, обеспечивающему параллельное перемещение ее от стенки к оси волновода. При прижатии пластины к стенке волновода ослабление минимально, а при перемещении ее к оси волновода затухание максимально. При этом уровень вносимого затухания, согласования зависит как от формы пластины, так и от ее длины.
|
|
Методы измерений аттенюаторов
1. Измерение КСВ на панорамном измерителе КСВ.
Рис.1
Рис.2
После калибровки и установления пределов измерения исследуемый аттенюатор устанавливается в сечение 1-1 и производится измерение в соответствующих точках диапазона.
2. Измерение затухания.
При измерении затухания ответвители устанавливаются в режим падающей волны как это показано на рис.2.
После калибровки и установления пределов измерения аттенюатор устанавливается в сечение 2-2 и производится измерение в соответствующих точках диапазона.
3. Результаты измерений заносятся в таблицу.
Параметр | Частота | |||||||||||
КСВ | ||||||||||||
Затухание,
ДБ | ||||||||||||
4. Построить графические зависимости: деление шкалы / величины КСВ и затухания.
Контрольные вопросы
1. Какие типы аттенюаторов Вы знаете?
Каковы особенности коаксиальных и волноводных аттенюаторов?
Список литературы
· Чернушенко А.М., Петров Б.В., Малорацкий Л.Г.и др. Конструирование экранов и СВЧ устройств. – М.: Радио и связь, 1990.
· Панорамный измеритель КСВ Р2-61 (ГКЧ-61, Я2Р-67): Техническое описание.
Лабораторная работа № 6
|
|
Исследование вентиля
Устройство, затухание которого зависит от направления движения волны через него, называют вентилем. Вентили нашли широкое применение в технике СВЧ. В частности, с помощью циркуляторов, в основе которых лежит вентиль, разделяют сигналы передатчика и приемника в радиолокаторах. С помощью вентилей осуществляют согласование. Они являются незаменимым элементом в целом ряде измерительных схем и приборов. Роль вентилей как элементов техники СВЧ трудно переоценить.
Цель работы: Ознакомиться с основными положениями и основными свойствами вентиля. Параметры вентиля. Типы вентилей применительно к дециметровому и сантиметровому диапазонам. Расчет вентиля. Изучение методов измерения вентиля. Исследование образца вентиля в дециметровом диапазоне волн.
Порядок выполнения работы :
1. изучить теорию вентилей, типы вентилей. Классифицировать и описать предложенный для исследования вариант вентиля;
2. изучить методы измерения вентилей, предложенные для измерения приборы и оборудование. Собрать схему измерений;
3. произвести измерение параметров. Результаты измерений занести в тетрадь. Представить полученные результаты в виде таблиц и графических зависимостей;
4. сформулировать выводы по работе в целом;
5. защитить отчет по работе.
Теоретические сведения
Устройства СВЧ типа «вентиль» строятся на основе феррита, в котором сочетаются магнитные свойства ферромагнетика и электрические свойства диэлектрика. В постоянном магнитном поле феррит является анизотропной средой, что позволяет использовать его для различных невзаимных устройств.
На примере взаимодействия поляризованной по кругу волны можно видеть, что если направление ее вращения совпадает с прецессией магнитного момента , то угол прецессии y увеличивается, его возрастание ограничивается магнитными потерями. В результате наступает режим y = const, при котором энергия высокочастотного магнитного поля рассеивается в виде тепла в кристаллической структуре феррита. При этом , где g = 2,21*105 (м/А*с) – гиромагнитное отношение.
Рис.1
Если частоты w и w0 не совпадают, то эффект взаимодействия уменьшается и потери в феррите снижаются. В случае противоположных вращений векторов и поглощения энергии не происходит. Величина магнитной проницаемости комплексна и можно записать выражения: , .
Схема изменения магнитной проницаемости показана на рис.2.
Рис.2
В случае линейной поляризации (сумма левого и правого вращений) это будет
проявляться в разных фазовых скоростях для волн левого и правого вращений:
; .
Происходит поворот плоскости поляризации волн, в чем и заключается эффект Фарадея.
Зависимость параметров ферритов от наряженности внешнего магнитного поля позволяет создавать управляемые СВЧ-устройства – переключатели, модуляторы, перестраиваемые фильтры, регулируемые фазовращатели и аттенюаторы.
Волноводное устройство, вносимое затухание которого зависит от направления движения волны через него, называют вентилем. Основные характеристики вентиля: затухание волн в прямом и обратном направлениях, полоса рабочих частот, уровень согласования, допустимая мощность передачи.
Вентили могут быть различными по конструкции и принципу действия. Следует отметить следующие типы вентилей:
· Резонансные вентили - это волноводные устройства. В основе содержат прямоугольный волновод, пронизываемый магнитным полем Н0. В волноводе имеется ферритовая пластинка. Режим работы Нрез. = Н0, Df = (10-15)%.
· Вентиль со смещением поля. Дополнительно к ферритовой пластинке вводится поглотитель. Режим работы Н0 < Нрез., Df = (20-25)%.
· Вентиль, основанный на эффекте Фарадея. Круглый волновод, вдоль оси которого расположен тонкий ферритовый стержень, намагниченный в продольном направлении Н0: Н0 < Нрез. При распространении Н½½ поглощающая пластинка перпендикулярна напряженности электрического поля Е, и затухание минимально. При соответствующем выборе длины и диаметра ферритового стержня плоскость поляризации отраженной волны оказывается повернутой на 900 (450 в одну сторону и 450 для отраженной волны). В результате отраженная волна поглощается полностью. Достоинства: мала величина Н0, Df = (15-20)%. Недостаток: сложность и громоздкость конструкции.
· Коаксиальные вентили. Особенностью этих вентилей является необходимость искажения поперечной ТЕМ волны до появления продольной составляющей Нz и чтобы результирующий вектор был поляризован по кругу. С этой целью коаксиальный волновод частично заполняют диэлектриком. Подбор пластины по форме и размерам позволяет обеспечить область круговой поляризации, где и размещают ферритовую пластину. Направление должно быть перпендикулярно плоскости, в которой вращается вектор , а величина Н0 должна соответствовать области ферромагнитного резонанса. В этих вентилях затухание в прямом направлении 1 – 1,5 дБ, затухание в обратном направлении 15 – 20 дБ. Df определяется шириной области ферромагнитного резонанса. Ниже на рис.3. схематично представлены описанные устройства.
a б
в
г д
Рис.3
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 455; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!