Порядок выполнения эксперимента и содержание отчета

I. Установить заданную частоту генератора (см. п. 1. Генератор сигналов высокочастотный Г4-83 в Приложении “Измерительная аппаратура”), которая затем переводится в длину волны генератора l_ген. Согласно (1.7) рассчитывается длина волны в волноводе l _в в диапазоне длин волн l_ген =2,5 см до 3,8 см при ширине волновода а = 2,3 см (l_кр рассчитывается по (1.6) с учетом того, что используется волна Н₁₀). Измерение длины волны в волноводе производится в режиме стоячей волны, для чего на конце измерительной линии подключается закорачивающая пластина. Затем измерительная линия настраивается (см. п. 2. Измерительная линия в Приложении “Измерительная аппаратура”). Измеряется расстояние между двумя ближайшими узлами поля и это расстояние удваива-ется (l_в = 2(l ₁ - l _k), (рис.1.10).

Узел находится методом "вилки" (метод двух измерений). Фиксируются два положения зонда измерительной линии l _k1 и l _k2 (рис.1.10), для которых показания индикатора усилителяa₁ отличаются от нуля и одинаковы. Положение узла определяется как среднее l _k = (l _k1 + l _k2)/2. При этом с уменьшением показаний индикатора надо увеличивать его чувствительность путем уменьшения вносимых аттенюатором потерь. Экспериментальная точка наносится на построенную теоретическую кривую (l_в = f(l_ген)). Экспериментальных точек должно быть не менее трех. С переходом с одной частоты на другую (с разносом более 100 МГц) не забывать настраивать измерительную линию.

Фазовая и групповая скорости в волноводе в зависимости от l_ген рассчитываются по формулам (1.8) и (1.9). Эти зависимости изображаются на отдельном графике.

2. Измерение нормированного сопротивления нагрузки требует измерения трех величин: длины волны в волноводе, КСВ и смещения узла электрического поля при переходе от режима короткого замыкания на конце измерительной линии к режиму, когда на конце включена измеряемая нагрузка. Формула для расчета комплексного нормированного сопротивления следующая

Смещение DZ в сторону генератора считается положительной величиной, а в противоположном направлении - отрицательной величиной; коэффициент фазы в волноводе K_Z = 2p/l_в.

Измерение КСВ производится по отношению величин поля в пучности (Е_макс) к полю в его минимуме (Е_мин). Чтобы измерения не зависели от нелинейности характеристики детектора, предлагается измерять КСВ в дБ (т.е. находить 20 lg КСВ, дБ) путем измерения затухания, вносимого эталонным аттенюатором так, чтобы рабочая точка на характеристике детектора не смещалась при переходе от максимума поля к минимуму. При этом показания на индикаторе усилителя оста­ются постоянными. По разности этих двух показаний аттенюатора находится КСВ, дБ. Затем это значение переводится в КСВ (в разах).

Такой метод измерения КСВ дает лучшую точность, так как при большой разнице в величинах Е_макс и Е_мин характеристику детектора нельзя аппроксимировать ни квадратичным, ни линейным законом.

3. Согласование нагрузки с линией передачи производится при помощи кварцевого согласующего трансформатора (рис.1.5). Винт 2 позволяет перемещать кварцевые четвертьволновые пластины друг относительно друга, т.е. менять расстояние L, а винт 5 перемещает обе пластины одновременно, не меняя при этом расстояния L.

В качестве несогласованной нагрузки используется "эквивалент антенны" при неточном сопряжении волноводных фланцев: при взаимном поворотеих на 4-5° или параллельномих сдвиге на 3-4 мм.

Согласующий трансформатор подключается к концу измерительной линии, а на конце трансформатора подключается согласованная нагрузка в виде "эквивалента антенны" и добиваются с ней того же значения КСВ, который был получен в предыдущем измерении при несогла­сованной нагрузке на концелинии. Затем согласованная нагрузка отключается и подсоединяется несогласованная нагрузка. Медленным вращением винта 5 (перемещением обеих кварцевых пластин совместно) настраивается нужная фаза коэффициента отражения. При этом добиваются минимального КСВ. Затем вращается винт 2. При этом снова добиваются минимального КСВ.

Согласование можно считать оконченным, если значение КСВ получено 1,1-1,2. Показания шкал трансформатора и КСВ записываются.

Оформление отчета и его содержание должны отвечать общим требованиям к отчетам, изложенным во вводных указаниях.

Контрольные вопросы

1. Какие типы волн могут существовать в волноводе и в каком смысле мы называем их независимыми? 2. На что указывают цифры индексов в названии типа волны? 3. Что понимается под дифференциальным волновым сопротивлением? Что следует из того, что величина его действительная? мнимая? комплексная? Чему при этом равен усредненный за период вектор Пойнтинга? 4. Какие режимы могут быть в волноводе и условия их возникновения? 5. Запишите выражения для поля бегущей волны. 6.Что называется коэффициентом фазы? коэффициентом затухания? 7. От чего зависит критическая частота данного типа волны в волноводе? У какого типа волны w_кр наименьшая? Что понимается под l_кр? 8. Что понимается под фронтом волны? под фазовой скоростью? групповой скоростью? длиной волны в волноводе? 9. Нарисуйте графики зависимости n_ф , n_гр и l_в от частоты. 10. Чем хорош одноволновый режим и какая волна допускает его? Как выбрать для этого поперечные размеры волновода? 11. Как изменятся размеры "а" и " в ", если допустить работу в докритическом режиме с волной высшего типа? 12. Зачем вводится понятие нормированной к волновому сопротивлению нагрузки?

13. Зачем надо согласовывать линию передачи и какие нежелательные явления сопровождают плохое согласование? 14. Что понимается под к.п.д. линии и чему он равен? 15. Что понимается под узкополосным и широкополосным согласованием? 16. Какая цель ставится при широкополосном согласовании? Какие виды этого типа со­гласования Вам известны? 17. Как работает (1/4)l_в трансформатор? Чему должно быть равно его волновое сопротивление? Как его надо включать в линии? 18. Как устроен кварцевый согласующий трансформатор? Зачем нужны две степени свободы его настройки? Чему рав­но максимальное значение КСВ, при котором можно достичь хорошего согласования при помощи кварцевого трансформатора? Покажите, от­куда это следует? 19. Как работают реактивные согласующие элемен­ты и какие виды их Вам известны?