Измерение характеристик микрополоскового резонатора

1. Подготовить к работе установку для измерения характеристик МПР:

§ установить ручки управления на передней панели ГКЧ в следующие положения:

- ручку «F1 F0» в левое, а ручку «F2 ΔF» в правое крайнее положение;

- ручку «Уровень» в крайнее правое положение;

- переключатель АМ в положение «Внутр.»;

- переключатель «Внеш.» в положение «АМ»;

- переключатель «Вр. Перестройки S» в положение 0,08;

- переключатель «Режим перестройки» в положение «Внутр.»;

§ установить органы управления на передней панели индикатора КСВН и 0 в следующие положения:

- переключатель «Пределы» в положение 0 дБ;

- кнопку «М» в нажатое положение;

- кнопку «Лог» в нажатое положение;

- кнопку –10 дБ нажатое положение;

- кнопку «Коррек» в ненажатое положение;

- ручку «Метка» в среднее положение.

2. Включить генератор и индикатор КСВН. Дать прогреться 5 минут.

3. Включить СВЧ-блок генератора.

4. Включить индикатор КСВ.

5. Откалибровать индикатор:

§ собрать схему по рис. 2.5, б, исключив из нее исследуемый объект;

§ переключатель «Пределы» установить в положение «Пад.»;

§ ручкой «Отсчет» установить визир на «0» верхней шкалы;

§ ручками «Уровень» и «Пад.» установить требуемый уровень падающей мощности, совмещая на экране линию уровня мощности с линией электронного визира;

§ переключатель «Пределы» установить в положение 0 дБ;

§ ручкой «Калибр» установить луч на нулевой уровень.

6. Собрать схему по рис. 2.5, б.

7. Вращая ручки «F₁» и «F₂», получить на экране индикатора КСВ резонансную характеристику передачи МПР. Зарисовать характеристику.

8. Вращая ручки «M₁» и «Амплитуда M₁», найти метку.

9. Произвести необходимые измерения:

§ с помощью ручки «Отсчет» засечь положение максимума;

§ перемещая метку на экране индикатора, измерить резонансную частоту f0 резонатора, соответствующую максимуму коэффициента передачи;

§ с помощью ручки «Отсчет» измерить коэффициент передачи на частоте f0;

§ в положении ручки «Отсчет» ‑3 дБ от измеренного максимума коэффициента передачи определить ширину Δf резонансной кривой;

§ проделать те же операции при ручном варьировании частоты.

10. Собрать схему по рис. 2.5, а.

11. С помощью ручки «Отсчет» измерить значение КСВ на резонансной частоте резонатора.

12. Измерить линейкой длину МПР.

Исследование микрополосковой линии

1. Собрать схему по рис. 2.4:

§ соединить СВЧ-кабелем выход генератора и вход измерительной линии;

§ соединить выход детекторной головки измерительной линии с входом измерительного прибора (осциллографа или милливольтметра).

2. Включить приборы и дать прогреться 5 мин.

3. Установить режим работы генератора .

4. Установить нужную частоту (минимальную частоту диапазона генератора).

5. Установить каретку зонда измерительной линии в среднее положение.

6. Ручками настройки генератора (частота, мощность (‑dB)) и головки детектора получить сигнал на измерительном приборе.

7. Вращая ручку нониуса измерительной линии, снять распределение амплитуды стоячей волны вдоль МПЛ.

8. Проделать те же измерения на другой частоте (на максимальной частоте диапазона генератора).

Содержание отчета

1. Схемы экспериментальной установки.

2. Тип и основные характеристики панорамного измерителя КСВ и ослаблений.

3. Краткое описание объектов исследования и эскиз, поясняющий их конструкцию.

4. Результаты измерений параметров МПР:

§ частотная характеристика передачи резонатора с указанием резонансной частоты и частот, соответствующих краям полосы, по которым определяется добротность;

§ значение добротности резонатора;

§ значение εэф, рассчитанные по (2.1) из измеренных значений резонансной частоты и длины резонатора.

5. Результаты исследования МПЛ:

§ зависимость длины волны в МПЛ от частоты;

§ распределение поля вдоль МПЛ.

6. Выводы.

Рис.5. Схема установки для измерения параметров четырехполюсника: а – в режиме измерения КСВ, б – в режиме измерения коэффициента передачи. 1 – ГКЧ; 2 – индикатор КСВ и ослаблений; 3, 4, 5 – направленные ответвители для выделения па­дающей (3), отраженной (4) и прошедшей (5) мощности; 6 – согласованные нагрузки; 7 – исследуемый четырехполюсник; 8 – детекторы.

Лабораторная работа 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СВЧ-ТРАКТА С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ

Цели работы. Изучение методов измерения полных сопротивлений. Освоение практических приемов работы с измерительной линией и круговой диаграммой полных сопротивлений.

Основные положения

Измерения коэффициента отражения и полного сопротивления узлов или элементов СВЧ-трактов необходимы при решении задач согласования, определении параметров эквивалентных схем и частотных характеристик устройств СВЧ.

Измерения с помощью измерительной линии (ИЛ) являются наиболее простыми, достаточно точными и доступными при экспериментальном определении коэффициента отражения и полного сопротивления.

Принцип таких измерений основан на известной зависимости между сопротивлением исследуемого элемента и распределением напряженности электрического поля волны вдоль однородной линии передачи, соединяющей измеряемый элемент с генератором. Если сопротивление элемента Zнравно волновому сопротивлению линии Z0, то в линии устанавливается режим бегущей волны (отсутствуют отраженные волны). При Zн≠ Z0в передающей линии устанавливается режим стоячих волн (суперпозиция падающих и отраженных волн). Коэффициент отражения определяется отношением напряженности электрического поля отраженной волны E0к напряженности падающей волны Eпв месте расположения элемента, т. е. . В общем виде коэффициент отражения является комплексным числом: , где – модуль отношения напряжений; φн– фазовый сдвиг между падающей и отраженной волнами на исследуемом объекте.

Комплексный коэффициент отражения связан с полным сопротивлением ( ) соотношением . Как правило, сопротивление элементов СВЧ-трактов выражают в приведенных значениях:

. (3.1)

На практике обычно измеряют коэффициент стоячей волны (КСВ) напряжения, определяемый отношением максимального значения напряжения стоячей волны в линии к ее минимальному значению: , и положение ближайшего от нагрузки минимума напряжения в линии . Через эти параметры можно легко определить модуль и фазу коэффициента отражения:

; (3.2)

где λв– длина волны в волноводе, определяемая соотношением:

. (3.3)

здесь λкр– критическая длина волны волновода.

Для основного типа волны прямоугольного волновода (TE10) λкр= 2a, где a – размер широкой стенки волновода.

С учетом соотношений (3.1)–(3.2) можно найти полное сопротивление исследуемого элемента:

. (3.4).

Полное сопротивление удобно определять с помощью круговых диаграмм полных сопротивлений, где все указанные параметры ( ) связаны с сеткой активных и реактивных составляющих сопротивления.