Материал: Sb96658
4.2. Описание экспериментальных схем
Блок-схемыустановокдляизмеренияпараметроврезонансного вентиляи циркулятора показаны на рис. 4.2, а, б, соответственно.
4
1 |
2 |
3 |
5 |
а
|
|
|
4 |
1 |
2 |
3 |
5 |
|
|
|
6
б
Рис. 4.2
В состав установки входят следующие основные элементы: 1 – генератор СВЧ; 2 – встроенный переменный аттенюатор; 3 – исследуемый вентиль (рис. 4.2, а) или исследуемый циркулятор (рис. 4.2, б); 4 – детектор; 5 – милливольтметр; 6 – согласованная нагрузка.
4
1 |
2 |
5 |
Рис. 4.3
Функциональная схема для калибровки установки показана на рис. 4.3. При калибровкеСВЧгенераторприпомощикабеля,черездиод,соединяетсясмилливольтметром.
21
4.3.Задание и порядок выполнения работы
1.Изучить устройство и принцип действия генератора СВЧ (см. инструкцию по эксплуатации).
2.Включить генератор СВЧ и милливольтметр и подготовить их к работе согласно инструкции.
3.Собратьизмерительнуюустановкусогласнорис.4.4,включитьвентиль
впрямомнаправлении, адетектор измерительной линииподключить к милливольтметру.
4.Подключить детектор прошедшей волны к милливольтметру и измерить частотные характеристики ослабления с помощью аттенюатора методом замещения. С помощью аттенюатора установить показания индикатора на уровень 0,1…0,2 шкалы при максимальной чувствительности милливольтметра. Изменяя частоту генератора через 50…100 МГц и поддерживая с помощью аттенюатора постоянное выбранное значение показаний индикатора, записать полученное значение затухания Aи12 на всех частотах в пределах ра-
бочего диапазона генератора.
5.Собрать измерительную установку согласно рис. 4.4.
6.Провести калибровку установки в диапазоне частот генератора (на частотах измерений). Для этого установить аттенюатором новое значение затухания Aк, при котором показания индикатора будут соответствовать значе-
ниям, выбранным в п. 5. Найти значения затухания, вносимого измеряемым устройством, по формуле A12 = Aк − Aи12.
7. Собрать измерительную схему согласно рис. 4.2. Включить вентиль в «обратномнаправлении»иповторитьизмеренияп.5.Найтизначенияразвязки вентиля по формуле A21 = Aк − Aи21.
8.Подключить детектор измерительной линии к милливольтметру и повторить измерения по п. 4.
9.Собрать измерительную установку согласно рис. 4.4, б.
10.Провести измерения характеристик передачи циркулятора в диапазоне частот генератора (на частотах калибровки). Для этого установить аттенюатором значение затухания Aи , при котором показания индикатора будут
соответствовать калибровке. Найти значения затухания, вносимого измеряемым устройством, по формуле A = Aк − Aи.
11. Подключить детектор прошедшей волны последовательно к следующим выходам циркулятора и повторить измерения п. 6.
22
12.Подключить генератор к другим плечам циркулятора и повторить измерения по пп. 12 и 13.
13.Определить затухание между соответствующими входами–выходами
циркулятора по формуле A = Aк − Aи.
14.Рассчитать рабочую полосуциркулятора при условии, что ослабление
врабочемтрактенедолжно превышать –2дБ,аразвязкадолжнабытьне более
–10 дБ.
4.4.Содержание отчета
1.Схемы экспериментальных установок.
2.Тип и основные характеристики использованной аппаратуры.
3.Краткое описание объектов исследования.
4.Расчетные соотношения и результаты расчета характеристик резонансного вентиля.
5.Расчетные соотношения и результаты расчета характеристик циркуля-
тора.
4.5.Контрольные вопросы
1.Объяснить принцип действия резонансного вентиля и методику измерения его характеристик.
2.Назвать основные блоки и узлы измерительных схем и их функциональное назначение.
3.Пояснить методику калибровки схемы при измерении коэффициентов передачи.
4.Какую информацию об исследуемых объектах несут частотные характеристики ослабления?
5.Имеется ли связь между характеристиками коэффициента передачи?
6.Объяснить происхождение неравномерности характеристик ослабле-
ния.
7.Как определить полосу рабочих частот резонансного вентиля по частотным характеристикам ослабления, наблюдаемым в данных экспериментах?
8.Объяснить принцип действия циркулятора.
9.Имеется ли связь между характеристиками передачи циркулятора?
10.Объяснитьпроисхождениенеравномерностихарактеристикпередачи.
23
11. Как определить развязку и прямые потери циркулятора по частотным характеристикам передачи, наблюдаемым в данных экспериментах?
Лабораторная работа № 5 ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ СВЧ-СИГНАЛОВ
Цель работы: изучение основных способов измерения несущей частоты СВЧ-сигнала и анализа спектра; приобретение практических навыков работы по работе с измерительной аппаратурой.
5.1. Основные положения
Одной из важнейших задач измерительной техники является измерение частоты. Одним из самых распространенных методов ее измерения – гетеродинный метод измерения частоты. Суть данного метода заключается в следующем: сигнал неизвестной частоты fx суммируется с сигналом гетеродина из-
вестной частоты f0 . Суммарный сигнал подается на вход нелинейного элемента – смесителя (как правило, детекторного диода). Выходной сигнал после нелинейного элемента содержит несколько гармоник с частотами: fx ; f0 ; fx + f0 ; fx − f0 ; 2 fx ; 2 f0 . Рассмотрим это преобразование более подробно.
При подаче суммы двух сигналов Ux cos(ωxt)+U0 cos(ω0t) на нелинейный элемент (диод) с квадратичной характеристикой Id = αUd2 через нагрузку
протекает ток I |
d |
= α(U |
x |
cos(ω |
x |
t)+U |
0 |
cos(ω t))2. |
После тригонометрических |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||
преобразований получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
I |
|
= α |
|
2 |
|
|
2 |
+ 2U U |
cos ( |
ω |
|
−ω |
|
)t + 2U U |
cos (ω |
|
+ω |
|
)t |
+ |
|||||||||
d |
Ux |
+U0 |
x |
0 |
x |
0 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
x |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
x 0 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
cos(2ω t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
+Ux cos(2ω |
x |
t)+U0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наибольший интерес в данной лабораторной работе представляют следу- |
|||||||||||||||||||||||||||
ющие составляющие: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
1) |
|
ток |
|
нагрузки |
|
разностной |
(преобразованной) |
частоты: |
|||||||||||||||||||
|
|
|
U U |
0 |
cos ( |
ω |
x |
−ω |
0 |
)t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
In =α |
|
|
x |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) постоянные(выпрямленные)токинагрузкиотпервого = αU 2 и вто-
Ix 2x
рого =αU 2 генераторов.
I0 20
Измеряя разностную частоту можно определить неизвестную частоту ωx по известной частоте ω0 . Измеряя амплитуду Ix в режиме детектора можно определить мощность генератора 1 или 2. Измеряя амплитуду тока Iпр – в ре-
жиме преобразования можно определить мощность исходного сигнала и его изменение при изменении Ux .
Для идентификации сигнал разностной частоты, которую часто называют частотой биений, подают на индикатор, в качестве которого могут служить осциллограф или цифровой частотомер. На рис. 5.1 показана диаграмма зависимости разностной частоты ∆f = ωx −ω0 /(2π) от частоты опорного генера-
тора f0 = ω0 / (2π).
При условии, что сигнал частоты f лежит в рабочем диапазоне частот измерительных приборов (рис. 5.1 – диапазон частот между ∆fп и ∆f = 0 ) на
экране осциллографа наблюдаются колебания с периодом T =1/ ∆f , а на индикаторечастотомеравиднозначениеизмереннойчастоты f. Неизвестнаячастота fx находится как fx = f0 в + ∆f , или fx = f0 н −∆f , где f0 н и f0 в– соответственно, нижнее и верхнее значения частот опорного генератора, при которых наблюдается частота биений f.
25