Исследование характеристики и изучение устройства ферритовых вентилей, циркулятора и фазовращателя

Цель работы: исследовать характеристики и изучить устройство ферритовых вентилей, циркулятора и фазовращателя, построенных на прямоугольных волноводах.

Вентиль является четырехполюсником, который допускает распространение электромагнитных волн в одном направлении (от входа 1 к 2). Волна, распространяющаяся в обратном направлении, поглощается вентилем. Направление поглощения показано перечеркнутой стрелкой.

Эскиз исследуемого устройства:

1 – феррит; 2 – поглощающая пластина; 3 – магнит.

Структурная схема для измерения матрицы параметров матрицы рассеяния:

1 – клистронный генератор, 2- вентиль, 3- измерительная линия, 4- исследуемый вентиль, 5- согласованная нагрузка, 6- усилитель НЧ, 7- милливольтметр, 8- детекторная секция.

Измерение матрицы рассеяния:

Измерение коэффициентов отражения:

1.  Подключить к измерительной линии вход вентиля в прямом направлении.

2.  На другой вход подключим согласованную нагрузку (С.Н.)

3.  Измеряем максимальное и минимальное показание милливольтметра

4.  Рассчитываем КСВ по формуле: .

5.  Рассчитываем модуль коэффициента отражения по формуле: .

Измерение коэффициентов передачи:

1.  Подключаем к детекторной секции вход вентиля в прямом направлении , а затем в направлении поглощения .

2.  Снимаем показания милливольтметра с входа i и выхода k, тогда элементы матрицы рассчитаем по формуле: .

Идеальная матрица рассеяния вентиля: .

Расчет потерь по матрицы рассеяния:

Вентильное отношение:

.

Таблица измеряемых параметров:

1          2

Расчетные данные:

Потери при передачи:

Вентильное соотношение:

Экспериментальная матрица рассеяния, без учета фазы:

.

Циркулятор (устройство с тремя и более входами) обеспечивает направленную передачу энергии между входами. Направление циркуляции указывается стрелкой.

Эскиз исследуемого устройства:

1- ферритовый диск; 2 – диэлектрическая втулка; 3 – согласующий диэлектрический штырь; 4 – постоянный дисковый магнит.

Структурная схема для измерения матрицы параметров матрицы рассеяния:

1 – клистронный генератор, 2- вентиль, 3- измерительная линия, 4- исследуемый циркулятор, 5- согласованные нагрузки, 6- усилитель НЧ, 7- милливольтметр, 8- детекторная секция.

Измерение матрицы рассеяния:

Измерение коэффициентов отражения:

1.  Подключим один из входов к измерительной линии, а остальные к согласованным нагрузкам.

2.  Измеряем максимальное и минимальное показание милливольтметра

3.  Рассчитываем КСВ по формуле: .

4.  Рассчитываем модуль коэффициента отражения по формуле: .

Измерение коэффициентов передачи:

1.  Подключаем к детекторной секции вход циркулятора, один вход к согласованной нагрузке, а последний к генератору.

2.  Снимаем показания милливольтметра с входа i и выхода k, тогда элементы матрицы рассчитаем по формуле: .

3.  При измерении коэффициента передачи с 1 на 3 на вход 2 ставится к.з.

Идеальная матрица рассеяния: .

Развязка входов циркулятора:

Потери при передаче:

Таблица измеряемых параметров:

Потери при передачи:

Экспериментальная матрица рассеяния, без учета фазы:

.

Взаимный фазовращатель – многополюсник СВЧ обеспечивающий фазовый набег для волны проходящей через фазовращатель.

Эскиз исследуемого устройства:

1- ферритовый стержень; 2 – управляющая обмотка.

1 – клистронный генератор, 2- вентиль, 3- измерительная линия, 4- исследуемый фазовращатель, 5- согласованные нагрузки, 6- усилитель НЧ, 7- милливольтметр, 8- детекторная секция.

Измерение матрицы рассеяния:

Измерение коэффициентов отражения:

1.  Подключить к измерительной линии вход взаимного фазовращателя.

2.  На другой вход подключим согласованную нагрузку.

3.  Измеряем максимальное и минимальное показание милливольтметра

4.  Рассчитываем КСВ по формуле: .

5.  Рассчитываем модуль коэффициента отражения по формуле: .

Измерение коэффициентов передачи:

1.  Подключаем к детекторной секции вход взаимного фазовращателя.

2.  Снимаем показания милливольтметра с входа i и выхода k, тогда элементы матрицы рассчитаем по формуле: .

Идеальная матрица рассеяния: .

Таблица измеряемых параметров:

Исследование зависимости фазового сдвига от тока подмагничивания:

1.  Нагрузить фазовращатель на короткозамыкатель.

2.  Найти минимум поля.

3.  Изменить ток подмагничивания на величину

4.  Найти координаты сместившегося минимума

Таблица измеряемых параметров:

Для нахождения фазы воспользуемся соотношением: ,

График зависимости:

Вывод: В ходе лабораторной работы были изучены методы измерения параметров матрицы рассеяния многополюсников СВЧ, подробно рассмотрены: вентиль, Y-циркулятор и взаимный фазовращатель на прямоугольном волноводе. Полученные результаты имеют незначительные расхождения с теоретическими, это обусловлено потерями энергии в реальных устройствах, просачиванием энергии.