Устройства СВЧ и антенны. Техническая электродинамика и устройства СВЧ. Устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

Северо–Западный государственный заочный технический университет

Кафедра радиотехники

УСТРОЙСТВА СВЧ

Методические указания к лабораторным работам

Институт радиоэлектроники

Специальность

210302.65 – радиотехника

210201.65 – проектирование и технология радиоэлектронных средств

Санкт-Петербург

Издательство СЗТУ

2007

Утверждено редакционно-издательским советом СЗТУ

УДК 621.375(07)

Устройства СВЧ и антенны. Техническая электродинамика и устройства СВЧ. Устройства СВЧ: метод. указ. к выполнению лабораторных работ по курсам «Устройства СВЧ и антенны», ч. 2 и «Техническая электродинамика и устройства СВЧ» (раздел «Устройства СВЧ») для студентов факультета радиоэлектроники специальностей 210302.65 – радиотехника и 210201.65 – проектирование и технология радиоэлектронных средств. – СПб.: изд-во СЗТУ. 2007. – ___ с.

Методические указания разработаны на основе государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.

Приводятся краткие теоретические сведения, необходимые для подготовки к практическим занятиям по дисциплине «Устройства СВЧ», а также описание лабораторных работ и порядок их выполнения.

Методические указания предназначены для студентов 6-го курса.

Рассмотрено на заседании кафедры радиотехники «___» _______ .2007 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники «___» _____ 2007 г.

Рецензенты: кафедра радиотехники СЗТУ (зав. кафедрой Г.И. Худяков, д-р техн. наук, проф.); ___________________________________________________

____________________________________________________________________.

Составители:    В.Л. Гулюшин, канд. техн. наук, доц.

Л.А.. Тупицын, ст. преподаватель

ВВЕДЕНИЕ

После окончания настоящего цикла лабораторных работ студенты должны хорошо усвоить основные положения теоретической части (1 чю) курса «Антенны и устройства СВЧ», овладеть методами экспериментального исследования основных характеристик СВЧ узлов и устройств, изучить ин конструкции, а также приобрести навыки практической работы с измерительными приборами СВЧ.

Перед началом выполнения лабораторных работ студентам необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, с основными положениями теории работы и методикой измерений характеристик изучаемых СВЧ устройств. При этом необходимо помнить, что для увеличения степени достоверности измерений шкала измерительного прибора должна быть использована на 70-80%.

По каждой лабораторной работе следует оформить отчет в соответствии с порядком и содержанием ее выполнения, включив в последний описание установки для измерения изучаемых устройств СВЧ, таблицы измеренных данных, графики, расчеты, пояснения и выводы. Выводы должны содержать теоретическое обоснование полученных результатов, объяснения возможного несовпадения их с экспериментальными, оценку погрешностей при измерениях, предложения по улучшению методики измерений и конструкций устройств.

Все лабораторные работы, отмеченные одной звездочкой, выполняются только студентами специальности 210201.65.

Организация безопасности проведения работ производится в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.009-76 СОБТ «Электробезопасность, термины и определения», ГОСТ 12.1.030-81 ОСБТ «Электробезопасность, защитное заземление. Зануление», ГОСТ 1.2.007.2-75 ССБТ «Требования безопасности».

Используемые в лабораторных работах СВЧ генераторы имеют выходную мощность 5–9 мВт, что соответствует допустимой плотности потока мощности 10 мВт на квадратный сантиметр в течении рабочего дня типовой длительности.

1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При исследовании устройств в диапазоне СВЧ как правило измеряют мощность, частоту (длину волны) и полное сопротивление. Однако важными также являются измерения фазового сдвига, напряженности поля, добротности, ослабления мощности волны, амплитудно-частотного спектра.

Различают прямые и косвенные измерения. Прямые измерения выполняют либо методом непосредственной оценки, когда измеряемую величину определяют по показаниям проградуированного прибора, либо методом сравнения, когда измеряемую величину определяют сравнением ее с мерой данной величины. Косвенные измерения состоят в замене измерений данной величины другими, связанными с искомой известной зависимостью.

В предлагаемом цикле лабораторных работ исследуются наиболее важные на практике свойства некоторых устройств СВЧ путем измерения напряженности или мощности электромагнитного поля, длины волны или частоты затухания и фазового сдвига.

1.1. Установка для измерения характеристик СВЧ устройств

Измерительная установка (рис. 1) является универсальной для всего цикла работ по курсу «Антенны и устройства СВЧ» и используется как для исследования СВЧ устройств, так и для измерения характеристик антенн.

Рис. 1

Электромагнитное поле с выхода СВЧ генератора 1 поступает на вход СВЧ переключателя П и попадает либо на передающую антенну А, либо на вход стенда для измерения СВЧ устройств. В последнем случае СВЧ поле поступает на вход ответвителя 2, затем через вентили 3, аттенюатор 4 и измерительную линию 5 на вход исследуемого устройства 6. На выходных плечах этого устройства с помощью детекторной секции 7, измерительного усилителя 8, снабженного измерительным прибором 9, фиксируется уровень мощности. К плечам исследуемого устройства, на которых в данный момент мощность электромагнитного поля не измеряется, подключаются согласованные нагрузки 10. При необходимости оценки степени согласованности СВЧ устройства 6 со стороны его входного плеча измеряют величину коэффициента стоячей волны КСВ с помощью измерительной линии 5, усилителя 8 и измерительного прибора 9. Иногда имеется необходимость наличия опорного сигнала с постоянныи значением амплитуды, что в приведенной схеме осуществляется с помощью ответвителя 2 и коаксиально волноводного перехода 7.

Приведем краткие теоретические сведения л назначении, конструкции, о принципе работы и методике использования всех входящих в измерительную схему устройств, кроимее тех, которые сами будут являться объектами исследования в соответствующих лабораторных работах.

Инструкции по эксплуатации СВЧ генератора 1 типа Г4-126 и усилителя 8 типа У28 (вместе со встроенным в него измерительным прибором 9) прилагаются к каждой работе.

Вентиль 3, как это показано на схеме, устанавливается перед каждым устройством 2, 4, 5, 6 и т.д. и служит для устранения влияния отражений от их входных плеч электромагнитного поля, что как известно из [1] соответствует режиму согласования на минимум отражений (в данном случае этот режим согласования не эквивалентен согласованию по критерию на максимум передачи СВЧ мощности).