Описание экспериментальной установки

Структурная схема экспериментальной установки для исследования возбуждения и распространения СВЧ упругих волн представлена на рис.10. Она состоит из СВЧ генератора Г, ферритового циркулятора ФЦ, исследуемой возбуждающей системы ВС со звукопроводом и пьезоэлементом и супергетеродинного приемника П. Последний на схеме обведен пунктирной линией. СВЧ генератор работает в режиме импульсной амплитудной модуляции короткими импульсами с длительностью τ ≈ 2 мкс, с частотой повторения 1..2 кГц и максимальной импульсной мощностью ~1 мВт. На выходе генератора имеется предельный переменный аттенюатор, начальное ослабление которого составляет ~30 дБ, а калиброванная шкала начинается с 40 дБ и выше. При ослаблении 40 дБ выходная мощность генератора равна ~100 мкВт. Ферритовый циркулятор обладает следующими свойствами. СВЧ сигнал, подведенный к плечу 1 циркулятора, выходит из плеча 2, а сигнал, введенный в плечо 2, выходит из плеча 3 и т.д. Главными характеристиками ФЦ являются прямые потери a _пр = P ₁₊ / P _2- = P ₂₊ / P _3- = P ₃₊/ P _1- и обратные потери a _обр = P ₁₊ / P _3- = P ₂₊ / P _1- = P ₃₊ / P _2-. Здесь знак плюс относится к мощностям, вводимым в циркулятор, а

знак минус - к выводимым. В рабочем диапазоне частот хороший циркулятор обладает обычно следующими параметрами: a _пр ≤ 0,5 дБ; a _обр ≥ 30 дБ. Применяемый в описываемой установке ФЦ такими параметрами обладает в диапазоне частот от 830 до 890 МГц. В более широком диапазоне его характеристики значительно хуже. Например, в интервале от 700 до 900 МГц a _пр ≤ 3 дБ; a _обр≥ 16 дБ.
Возбуждающие системы резонаторной и коаксиальной конструкции были описаны в разделах 4.1 и 4.2.
Приемник состоит из смесителя СМ, гетеродина ГТ, усилителя промежуточной частоты УПЧ и электронного осциллографа ЭО. В качестве смесителя используется направленный ответвитель НО с детекторной головкой Д. Мощность гетеродина подводится к боковому плечу НО. Второе боковое плечо НО нагружено согласованной нагрузкой СН. Усилитель промежуточной частоты УПЧ обладает узкой полосой пропускания (~2 МГц) и настроен на частоту ~60 МГц. После детектирования сигнал с выхода УПЧ поступает на вход импульсного электронного осциллографа, работающего в режиме внешнего запуска от синхронизирующего импульса генератора Г. Гетеродином ГТ служит СВЧ генератор, аналогичный генератору Г, работающий в непрерывном режиме. Выходная мощность, которую он отдает в смеситель, составляет ~1 Вт. Столь большая мощность требуется в связи с большим переходным ослаблением направленного ответвителя (~ 30 дБ).
Чувствительность приемника составляет ≤ 10^-11 Вт, полоса пропускания ~2 МГц. Изменяя частоту гетеродина, приемник можно настраивать на любую частоту в диапазоне от 150 МГц до 1 ГГц. Установка работает следующим образом. СВЧ импульс от генератора Г поступает в плечо 1 циркулятора ФЦ. Выйдя из плеча 2 ФЦ, он попадает на вход возбуждающей системы ВС. Отраженный от нее незадержанный импульс и задержанные эхо-импульсы возвращаются в плечо 2 циркулятора и вновь выходят из его плеча 3, поступая на вход чувствительного приемника П. На экране осцилографа наблюдаются незадержанный импульс и серия эхо-импульсов. Используя переменный аттенюатор, встроенный в генератор Г, можно измерить отношение мощностей двух соседних эхо-импульсов A. Можно также измерить отношение мощностей импульса генератора (зондирующего импульса) и первого эхо-импульса - величину, называемую полными потерями ПП. Для этого запоминается высота первого эхо-импульса, а затем с помощью переключателя ПР вместо возбуждающей системы ВС к плечу 2 циркулятора подключается короткое замыкание (КЗ) и с помощью аттенюатора импульс, видимый на экране ЭО, доводится до уровня 1-го эхо-импульса. Введенное затухание и есть ПП. По найденным величинам A и ПП вычисляются искомые коэффициент преобразования и затухание упругой волны в звукопроводе. Более подробно об этом написано в следующем разделе.