Учебно-исследовательская работа № 6
ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ РЕЗОНАТОР
1. Цель работы.
Цель работы - исследование электромагнитного поля в прямоугольном резонаторе, расчет и экспериментальное определение его добротности, оценка изменений добротности в зависимости от размеров резонатора и частоты колебаний.
2. Описание экспериментальной установки.
На рис. 1 приведена упрощенная электрическая структурная схема установки для исследования прямоугольного объемного резонатора.
Установка состоит из панорамного автоматического измерителя Р2-54, который включает в себя: генератор качающейся частоты (ГКЧ) 1, индикатор отраженного сигнала (“ИНДИКАТОР”) 2, два направленных ответвителя 3, 4 с детекторными секциями 5, 6; исследуемого объемного резонатора, который образован отрезком прямоугольного волновода 8, нагруженного с одной стороны на диафрагму 7, с другой - на подвижный короткозамыкатель 9. Исследуемый резонатор имеет зонд 10, соединенный с детекторной секцией 11. В высокочастотную цепь зонда 10 включен перестраиваемый резонатор 12, существенно повышающий его чувствительность. Выход детекторной секции подключен к измерительному блоку из усилителя низкой частоты 13 и милливольтметра 14. Штыревой зонд 11 может перемещаться вдоль узкой неизлучающей щели, прорезанной посередине широкой стенки прямоугольного резонатора. С помощью этого зонда можно оценить распределение напряженности электрического поля вдоль резонатора.
На рис.2 приведена схематичная конструкция исследуемого резонатора 1 со вспомогательными элементами: диафрагмой 2, отделяющей резонатор от основного волновода 3, зондом 4 и подвижным короткозамыкателем 5, с помощью которого выполняется настройка резонатора. Короткозамыкатель перемещается с помощью микрометрического винта. Величина перемещения отсчитывается по рейке и шкале, нанесенной на лимбе резонатора с точностью 0,01 мм.
В процессе измерений используются следующие режимы работы автоматического измерителя: режим периодической перестройки частоты, режим ручной перестройки частоты.
Рис. 1. Схема установки для исследования прямоугольного объемного резонатора.
Рис. 2. Схематичная конструкция исследуемого резонатора со вспомогательными элементами.
В схему установки (рис.1) исследуемый резонатор включен адсорбционным способом. При этом на резонансной частоте происходит интенсивный отбор мощности из основной линии передачи и снижение мощности, отраженной от входа резонатора. В режиме периодической перестройки частоты на экране ИНДИКАТОРА автоматического измерителя можно наблюдать частотную характеристику отражательного сигнала с ярко выраженным резонансным провалом. Минимальное значение соответствует резонансной частоте используемого типа колебаний. Определяя на резонансной характеристике полосу пропускания на уровне 3 дБ относительно минимального значения, добротность объемного резонатора Q можно найти по формуле
.
Исследования структуры поля в прямоугольном резонаторе выполняются на фиксированной частоте. При этом в качестве задающего генератора применяется ГКЧ в режиме ручной перестройки частоты. “ИНДИКАТОР” в этом виде измерений не используется. Измерения осуществляются с помощью милливольтметра с усилителем низкой частоты на входе.
3. Домашнее задание.
3.1. Построить структуру поля в
прямоугольном резонаторе для колебаний 
.
3.2. Построить картину распределения плотности поверхностных токов на стенках резонатора для указанных типов колебаний.
3.3. Привести варианты схем возбуждения этих типов колебаний в прямоугольном резонаторе.
3.4. Определить длину объемного резонатора
для получения резонанса на колебания типа 
и при частоте 
=3880
Мгц. Поперечное сечение резонатора (a х b) = (58 х 25) мм.
3.5. Рассчитать
добротность ненагруженного прямоугольного объемного резонатора сечением (а
х b)=(58 х 25) мм, настроенного на частоту =3880
МГц. В случае колебаний , проводимость материала стенок резонатора положить
равной 
=5,7·107 См/м. Определить, как изменится добротность в
рассчитанных случаях, если проводимость материала стенок уменьшится в два раза.
4. Лабораторное задание.
4.1. Исследовать характер изменения добротности прямоугольного объемного резонатора в зависимости от частоты колебаний и объема. Измерения выполнить с помощью автоматического измерителя Р2-54. Для этого подготовить автоматизированный измеритель к панорамному измерению отраженного сигнала в режиме периодической перестройки частоты, пересоединив узлы тракта в соответствии с режимом “ИЗМЕРЕНИЕ”. Подключить исследуемый резонатор (рис.1). Переключателем “ВР. ПЕРЕСТРОЙКИ” установить период развертки 0.8 с, поставив переключатель “ПРЕДЕЛЫ” так, чтобы кривая отраженного сигнала занимала на экране “ИНДИКАТОРА” положение, удобное для наблюдения. Совместить ручкой “ОТСЧЕТ” отсчетную линию на экране с точкой минимума резонансного провала и по отсчетному устройству отсчитать измеренное значение. Сместив отсчетную линию на 3 дБ относительно минимального значения, определить на резонансной кривой граничные точки полосы пропускания. Для определения частоты, соответствующей интересующей точки наблюдаемой кривой, необходимо нажать кнопку “М1” и ручкой “М1” совместить частотную метку с этой точкой и по отсчетному устройству ГКЧ отсчитать значение частоты. Для более точных измерений следует перейти в режим ручной перестройки частоты.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.