ЛР3 ЭД
.docxМинистерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский
государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
кафедра ФЭТ
Отчёт по лабораторной работе №3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СВЧ ТРАКТА С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ
Выполнили: Кремнев Д.Д.
Зеленова И.С.
Савин Б.С.
Иванов А.Д.
гр.5207
Преподаватель:
Дроздовский А.В.
Санкт-Петербург
2017
Цели работы. Изучение методов измерения полных сопротивлений. Освоение практических приемов работы с измерительной линией и круговой диаграммой полных сопротивлений.
Описание экспериментальной установки:
Структурная схема экспериментальной установки представлена на рис. 1 В состав установки входят следующие элементы: 1 – измерительный СВЧ-генератор, 2 – частотомер, 3 – регулируемый аттенюатор, 4 – измерительная линия, 5 – индикатор (милливольтметр), 6 – исследуемый элемент, 7 – согласованная нагрузка.
Для исследования режима «бегущей» и «стоячей» волн вместо элементов 6 и 7 помещается согласованная нагрузка или короткозамыкатель соответственно.
b
a
Рис. 2 Эскиз поперечного сечения
волновода.
Обработка Результатов
1.Построим графики распределения напряженности электрического поля вдоль линии при подключении согласованной нагрузки, короткозамыкателя и исследуемых элементов:
1)Воздух:
x,см |
0,4 |
0,8 |
1,1 |
1,5 |
1,8 |
2,1 |
2,5 |
2,9 |
3,2 |
3,45 |
3,9 |
4,25 |
4,5 |
U,мВ |
0,8 |
1,3 |
1,9 |
1,3 |
0,8 |
1,3 |
1,9 |
1,3 |
0,8 |
1,3 |
1,9 |
1,3 |
0,8 |
Рис.3 Распределение поля вдоль линии при открытом пространстве в качестве нагрузки
2)Короткозамыкатель
х,см |
0,9 |
1,2 |
1,6 |
1,9 |
2,2 |
2,5 |
2,8 |
3,2 |
3,5 |
3,9 |
4,2 |
4,5 |
4,9 |
U,мВ |
0 |
2,2 |
4,4 |
2,2 |
0 |
2,2 |
4,4 |
2,2 |
0 |
2,2 |
4,4 |
2,2 |
0 |
Рис.4 Распределение поля вдоль линии при коротком замыкании в качестве нагрузки.
3)Широкая щель:
х,см |
1,2 |
1,6 |
1,8 |
2,2 |
2,5 |
2,9 |
3,4 |
3,55 |
3,8 |
4,25 |
4,6 |
4,9 |
5,2 |
U,мВ |
1,2 |
1,35 |
1,55 |
1,38 |
1,2 |
1,38 |
1,55 |
1,38 |
1,2 |
1,38 |
1,55 |
1,38 |
1,2 |
Рис.5 Распределение поля вдоль линии при подключении широкой щели в качестве нагрузки.
4)Узкая щель:
х,см |
0,6 |
1,0 |
1,4 |
1,65 |
2,0 |
2,3 |
2,65 |
3,0 |
3,3 |
3,65 |
4,0 |
4,3 |
4,6 |
U,мВ |
0,6 |
1,0 |
2,6 |
1,6 |
0,6 |
1,6 |
2,6 |
1,6 |
0,6 |
1,6 |
2,6 |
1,6 |
0,6 |
Рис.6 Распределение поля вдоль линии при подключении узкой щели в качестве нагрузки.
5) Согласованная нагрузка
х,см |
0,5 |
1,3 |
1,8 |
U,мВ |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
Рис.7 Распределение поля вдоль линии при подключении согласованной нагрузки.
2.Найдём из графиков λв для всех случаев:
λв1=2,8см
λв2=2,4см
λв3=3,2см
λв4=2,5см
Пример:
Можно вычислить λв для всех случаев по формуле:
, где λ0=с/f, λкр=2∙а, c=3∙108 м/с, f=14,325 ГГц, а=17мм,
λв=2.7см Значение, полученное теоретически, примерно совпадает с экспериментальным, если учесть погрешности измерения.
3.Найдём фазовый сдвиг для нагрузок, который определяется следующим соотношением:
Короткое замыкание Xкз=4,9см
Воздух: X возд=4,5см
Широкая нагрузка: Хузк=5,2см
Узкая нагрузка: Хширок=4,6см
Фвозд |
-0.148 |
ФШирок |
0.111 |
ФУзк |
-0.111 |
4.Найдём коэффициент стоячей волны (КСВ):
ρ2 |
2,375 |
ρ3 |
1,291 |
ρ4 |
4,333 |
5.Определение коэффициента отражения полного сопротивления исследованного элемента
Гн2 |
0,407 |
Гн3 |
0,127 |
Гн4 |
0,624 |
φ2 |
24,086 |
φ3 |
27,343 |
φ4 |
24,551 |
Z2' |
1,1-0,929i |
Z3' |
0,842+0,174i |
Z4' |
1,761-1,978i |
5. Диаграмма полных сопротивлений (диаграмма Вольперта-Смита)
Рис.8 Диаграмма Смита с указанными на ней полными сопротивлениями
Рис.9 Параметры линии для сечения zmin
Вывод: В данной работе были исследованы характеристики передающей линии, такие как длина волны, коэффициент стоячей волны, коэффициент отражения и другие. Как выяснилось в ходе выполнения работы, КСВ тесно связан с коэффициентом отражения, но его гораздо проще вычислить. С помощью коэффициента стоячей волны можно определить, в каком режиме работает передающая линия, и каким видом нагрузки она нагружена. Например, если КСВ равен единице, а коэффициент отражения – нулю, можно сказать, что линия работает в режиме полного согласования с нагрузкой, и стоячая волна в ней не образуется. Обратно, если КСВ стремится к бесконечности, а Г=1, можно говорить о том, что отраженная волна равна падающей, так как отражение полное, а значит нагрузкой линии является короткое замыкание, и стоячая волна в линии образуется. Если же КСВ >1, а коэффициент отражения не равен нулю, отражение не полное, волну в линии нельзя охарактеризовать ни как бегущую, ни как стоячую, линия работает в режиме «смешанной волны».
Длина волны, вычисленная теоретически, почти совпадает с результатами эксперимента.
Определяя относительный фазовый сдвиг, можно сделать вывод о том, что нагрузка в виде широкой щели сдвигает фазу сильнее всех остальных нагрузок, при этом, в отличие от них, сдвиг происходит в сторону нагрузки.
С помощью вычисленных КСВ и фазы, на диаграмме полных сопротивлений были найдены полные входные сопротивления линии, нагруженной различными видами нагрузок. По полученным с диаграммы данным можно сделать вывод о том, что рассчитанные теоретически сопротивления вычислены верно, и точность диаграммы Смита достаточна для некоторых инженерных задач. Для короткого замыкания и согласователя сопротивления не рассчитывались.