При вычислении берется значение Lmin, ближайшее к Lкз (со стороны генератора или нагрузки).

l_b – длина волны в волноводе на данной частоте.

Так как сдвиг минимума при подключении короткозамыкателя произошел в направлении к генератору, поворачиваем подвижную шкалу диаграммы на величину нормированного сдвига в направлении «К ГЕНЕРАТОРУ» и определяем комплексное нормированное сопротивление нагрузки в точке с рассчитанной величиной КСВ. На окружности «ФАЗОВЫЙ УГОЛ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ» определяем фазу комплексного коэффициента отражения.

Учитывая, что четвертьволновый отрезок линии обладает свойством трансформации сопротивления нагрузки в проводимость этой же нагрузки поворачиваем подвижную шкалу на 180 градусов и находим величину нормированной проводимости нагрузки . Нагрузка представляет собой параллельное соединение индуктивной проводимости диафрагмы и активной проводимости согласованной нагрузки, следовательно, полученное значение В соответствует искомой нормированной проводимости индуктивной диафрагмы.

2. Экспериментально определить величину нормированной проводимости заданной емкостной диафрагмы.

Последовательность определения проводимости емкостной диафрагмы такая же как и в случае индуктивной диафрагмы. Однако смещение минимума поля при замене емкостной нагрузки на короткозамыкатель происходит в направлении к нагрузке, следовательно при определении L_кз зонд надо перемещать от L_min к нагрузке и при определении нагрузки по круговой диаграмме подвижную шкалу перемещать в направлении «К НАГРУЗКЕ».

3. Экспериментальные и расчетные данные свести в табл.2.

Таблица 2

Экспериментальные данные	Расчет по данным эксперимента
Параметр	Индуктивная диафрагма	Емкостная диафрагма	Параметр	Индуктивная диафрагма	Емкостная диафрагма
Lmin			КСВ
Umin
Umax
Lкз
∆L

 

4. Сравнить теоретические и экспериментальные величины нормированных проводимостей диафрагмы и комплексных коэффициентов отражения нагрузок. Сделать выводы по проделанной работе.

 

5 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Неоднородности в волноводных трактах (диафрагмы, штыри, стыки волноводов) используются в качестве конструктивных элементов сложных СВЧ устройств – резонаторов, фильтров, согласующих устройств, направленных ответвителей. При расчетах электрических характеристик этих устройств неоднородности представляются в виде эквивалентных схем замещения. Схемы замещения проходных неоднородностей представляют собой простейшие четырехполюсиники. Основная идея описания типичных неоднородностей схемами замещения заключается в том, что элементы схемы и способ их соединения подбирается так, что внешние характеристики четырехполюсника (входное сопротивление, комплексные коэффициенты отражения и передачи) достаточно точно соответствуют этим же характеристикам неоднородности на СВЧ. Очевидно, что сложные СВЧ устройства можно анализировать, представляя их в виде соединения схем замещения простейших базовых элементов.

Наиболее распространенными неоднородностями являются тонкие металлические перегородки, частично перекрывающие поперечное сечение волновода (1). В индуктивной диафрагме, рисунок 3а, поперечные токи на широких стенках волновода частично замыкаются через пластины диафрагмы, соединяющие эти стенки. В магнитном поле этих токов запасается дополнительная магнитная энергия, поэтому схема замещения, рисунок 3б, представляет собой индуктивность, включенную параллельно в линию передачи. Нормированную к проводимости волновода индуктивную проводимость диафрагмы определяют по формуле

 

,

 

где λ_b – длина волны в линии.

а

b

D

Рис. 3а Рис. 3б

 

Емкостная диафрагма, рисунок 4а, уменьшает зазор между широкими стенками волновода. Между кромками диафрагмы концентрируется энергия электрического поля, поэтому схемой замещения, рисунок 4б, является емкость, включенная параллельно в линию передачи с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению волновода. Нормированная проводимость емкостной диафрагмы определяется по приближенной формуле

 

 

 

b d jB_c

 

a

Рис. 4а Рис. 4б

 

Точное определение параметров схем замещения неоднородностей с учетов толщины диафрагм, диаметров штырей теоретически не всегда возможно, поэтому на практике эти параметры часто определяют экспериментально при помощи измерительной линии и круговой диаграммы полных сопротивлений.

Измеряемая неоднородность включается в волноводный тракт между измерительной линией и поглощающей нагрузкой, рисунок 5а.

 

Рис. 5

 

Комплексный коэффициент отражения нагрузки равен

 

,

 

где: - нормированное комплексное сопротивление нагрузки,

ZO – нормированное волновое сопротивление линии, равное 1.

Учитывая, что нормированное сопротивление согласованной нагрузки R = 1, легко определить нормированную проводимость комплексной нагрузки и

.

 

В результате появления отраженной от неоднородности волны в линии образуется смешанная волна, распределение напряженности поля вдоль линии которой приведено на рисунке 5б. Коэффициент стоячей волны связан с коэффициентом отражения нагрузки следующим выражением:

 

 

При помощи измерительной линии легко определить КСВ и координату минимума поля L_min. Входное сопротивление линии с комплексной нагрузкой в точке минимума поля всегда является активным R_вх, и на круговой диаграмме полных сопротивлений будет находиться на вертикальной оси против значения измеренного КСВ, рисунок 6а.

 

 

Рис. 6

 

Если вместо комплексной нагрузки подключить короткозамыкатель, рисунок 5в, тогда точки минимумов поля L_кз будут располагаться на расстояниях кратных половине длины волны в линии, рисунок 5г. В этих точках входное сопротивление линии равно сопротивлению нагрузки, поэтому эти точки условно можно считать «точками подключения нагрузки». Следовательно, чтобы найти комплексное сопротивление измеряемой нагрузки, надо повернуть подвижную шкалу диаграммы в сторону смещения L_кз относительно L_min на величину нормированного сдвига в «точке подключения нагрузки» определить , рисунок 6б, и фазу коэффициента отражения. Нормированную проводимость нагрузки находим, используя трансформирующие свойства четвертьволнового отрезка линии. Поворот шкалы на 180 градусов приводит в точку, отстоящую от нагрузки на четверть длины волны, рисунок 6в. Входное сопротивление чертвертьволнового отрезка равно проводимость нагрузки . Действительная часть проводимости равна проводимости согласованной нагрузки, а мнимая – проводимости измеряемой неоднородности В.

 

6 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Структурная схема измерений с обязательным указанием типов используемых приборов.

2. Результаты предварительного расчета.

3. Результаты экспериментальных исследований.

4. Выводы по проделанной работе.

 

7 СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1988. – 432 с.

2. Семенов Н.А. Техническая электродинамика: Учеб. для вузов. – М.: Связь, 1973. – 480 с.

3. Чернышов В.П. Круговые диаграммы полных сопротивлений: Метод. указ. к прак. занятиям по курсу АФУ. – НЭИС. Новосибирск, 1974. – 20 с.

 

8 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Дать определение индуктивной и емкостной диафрагмы.

2. Дать определение резонансной диафрагмы.

3. Принцип работы с круговой диаграммой полных сопротивлений.

4. Дать определение коэффициента стоячей волны и коэффициента отражения.

5. Представить эквивалентные схемы индуктивной, емкостной и резонансной диафрагм.

6. Какой характер имеет входное сопротивление штыря, погруженного в волновод на глубину ?

7. Как определяется длина волны в волноводных трактах?

8. Назовите другие виды неоднородностей в волноводных трактах.

9. Как определяется КСВ в волноводном тракте?