Учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов III курса физического факультета

Входное сопротивление линии.
Входное сопротивление отрезка линии, нагруженного на сопротивление нагрузки Z_н
(5)
где фазовая постоянная линии, - длина волны колебаний в линии.
Данная формула позволяет определить входное сопротивление отрезка линии при любой его длине l.
Входное сопротивление короткозамкнутой линии.(Z_н = 0)
(6)
0 при l = 0, …; при .
Входное сопротивление разомкнутой линии.(Z_н = )
(7)
при l = 0, …; при .
Входное сопротивление четвертьволновой линии, нагруженной на активное сопротивление
: , или .
Следовательно, входное сопротивление линии в этом случае чисто активное. Четвертьволновую линию можно использовать в качестве трансформатора сопротивления, так как при заданных сопротивлениях R_н и Z_вх сопротивление R_н трансформируется в сопротивление Z_вх, если .

Порядок выполнения работы

1. Запустите программу Electronics Workbench и откройте файл lab101.ewb, в котором находится схема, показанная на рис.2

Рис. 2
1.1. Проведите исследование разомкнутой линии передачи W3, включенной в разрыв линии, состоящей из отрезков W1 и W2. Длина отрезка W3 выбрана равной /4. Определите по измерителю АЧХ частоту, на которой отрезок линии W3 имеет нулевое сопротивление.
1.2. Проведите моделирование схемы с помощью измерителя КСВН панорамного Р2-53.

1. 
   Изучите принцип действия измерителя КСВН панорамного Р2-53 и порядок пользования этим прибором.
   

1. 
   Измеритель КСВН панорамный Р2-53 предназначен для измерения и воспроизведения на экране ЭЛТ частотных характеристик КСВН и ослабления элементов коаксиальных каналов.
   
2. 
   Работа измерителя основана на принципе рефлектометра – раздельного выделения сигналов, пропорциональных мощности падающей от генератора и отраженной от измеряемой нагрузки (при измерении КСВН) или прошедшей через измеряемый четырехполюсник (при измерении ослабления) волн.
   

В качестве генератора СВЧ сигнала в измерителе используется генератор качающейся частоты (ГКЧ). Основное назначение ГКЧ – генерирование высокочастотного сигнала с изменяющейся частотой.
Основное назначение индикатора Я2Р-67 – преобразование сигналов, несущих информацию о параметрах измеряемых объектов, с целью обеспечения возможности наблюдения частотных характеристик объектов на экране ЭЛТ, а также непосредственного отсчета КСВН и ослаблений по шкалам.

Рис. 3. Схема электрическая структурная калибровки и измерения : ослабления: I - линия коаксиальная; 2 - переход коаксиальный Э2-Ш/4 (для канала 16/6,95 мм); 3 - головка детекторная 7/3,04 мм; 4 - ответвитель направленный; 5 - головка детектор­ная 7/3,04 мм; 6 - ответвитель направленный; 7 - нагрузка сог­ласованная; 8 - измеряемый объект; 9 - кабель соединительный ВЧ; 10 - кабель соединительный ВЧ; II - кабель соединительный; I - калибровка; П - измерение

Рис. 4. Схема электрическая структурная измерения КСВ: I - линия коаксиальная; 2 - переход коаксиальный Э2-1П/4 (для канала 16/6,95 мм); 3 - головка детекторная 7/3,04 мм; 4 - ответвитель направленный; 5 - ответвитель направленный; 6 - головка детекторная 7/3,04 мм; 7 - измеряемый объект; 8 - кабель соединительный ВЧ; 9 - кабель соединительный ВЧ; 10 - кабель соединительный

СВЧ сигнал с выхода ГКЧ (рис.3), с помощью коаксиального кабеля и переходов, подается на вход направленного ответвителя.

К выходу вторичного канала падающей волны подключена детек­торная головка, соединяемая со входом индикатора ПАД .
В индикаторе сигнал падающей волны усиливается и подается на разъем АРМ, соединяемый со входом АРМ ГКЧ. К выходу
вторичного канала отраженной волны подключена детекторная голов­ка, соединяемая со входом индикатора ОТРАЖ.
С помощью системы АРМ(автоматической регулировки мощности) ГКЧ и измерителя отношений индикатора на выходе усилителя отраженной волны получается сигнал, пропор­циональный отношению напряжений на входах канала отраженной (про­шедшей) и канала падающей волны. Этот сигнал подается на синхрон­ный детектор, в котором происходит дальнейшее усиление и детек­тирование.
Выходное напряжение синхронного детектора подается на вход усилителя отклонения для визуальной индикации на ЭЛТ.
В блоке управления ГКЧ вырабатывается: пилообразное напряже­ние, обеспечивающее горизонтальную развертку на экране ЭЛТ инди­катора; напряжения, обеспечивающие индикацию выставленного диапазо­на частот и определения частоты в интересующей точке характеристи­ки, наблюдаемой на экране ЭЛТ.
В индикаторе осуществляется усиление напряжений падающей и отраженной волн (на частоте модуляции СВЧ сигнала), деление их, детектирование, визуальная индикация на экране ЭЛТ и непосредственный отсчет по шкальному устройству.
Подготовка и проведение измерений.

1. 
   Соедините узлы СВЧ и блоки согласно структурной схеме, представленной на рис.3 (в режиме калибровка).Включите индикатор и ГКЧ, дайте им прогреться в течение 15 мин.
   
2. 
   Установите граничные частоты рабочего диапазона; нажмите кнопку F₁; установите ручкой F₁, F₀ по отсчетному устройству нижнюю частоту рабочего диапазона; нажмите кнопку F₂; установите аналогично, ручкой F₂, F верхнюю частоту рабочего диапазона.
   
3. 
   Установите уровень мощности ГКЧ: установите переключатель ПРЕДЕЛЫ в положение ПАД.; установите ручкой ОТСЧЕТ визир шкалы индикатора на отметку 2 mV; совместите ручками УРОВЕНЬ и ПАД. линию падающей мощности, наблюдаемой на экране ЭЛТ, с линией электронного визира.
   
4. 
   Подключите измеряемый объект. В качестве измеряемого объекта служит отрезок разомкнутой коаксиальной линии передачи длиной, кратной /4, включенный в разрыв измерительного тракта. На частотах, соответствующих длинам отрезков /4,3/4…ослабление будет максимальным, в соответствии с формулой (7). Установите переключателем ВР.ПЕРЕСТРОЙКИ период развертки 0.08с; установите переключатель ПРЕДЕЛЫ так, чтобы амплитудно-частотная характеристика (кривая ослабления) занимала на экране ЭЛТ положение, удобное, для наблюдения и измерения; совместите ручкой ОТСЧЕТ линию электронного визира с интересующей точкой на кривой ослабления; произведите отсчет по линейной шкале dB; определите измеряемое значение ослабления как алгебраическую сумму показаний переключателя ПРЕДЕЛЫ и отсчета по линейной шкале dB; для определения частоты, соответствующей интересующей точке наблюдаемой кривой ослабления, нажмите кнопку М₁, ручкой М₁ совместите частотную метку с этой точкой и по отсчетному устройству ГКЧ отсчитайте значение частоты.
   
5. 
   Подготовьте перед измерением КСВН измеритель, пересоединив узлы измерительного тракта в соответствии с режимом ИЗМЕРЕНИЕ и подключите измеряемый объект (рис.4); поставьте переключатель ПРЕДЕЛЫ так, чтобы кривая КСВН занимала на экране ЭЛТ положение, удобное для наблюдения и измерения; совместите ручкой ОТСЧЕТ отсчетную линию на экране ЭЛТ с интересующей точкой на кривой КСВН и по отсчетному устройству шкалы КСВ индикатора отсчитайте измеренное значение; для определения частоты, соответствующей интересующей точке наблюдаемой кривой КСВН, нажмите кнопку М₁, ручкой М₁ совместите частотную метку с этой точкой и по отсчетному устройству ГКЧ отсчитайте значение частоты.
   

Рекомендуемый библиографический список
1. Манаев. Е. И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь. 1985г.
2. Хотунцев Ю. Л., Лобарев. Основы радиоэлектроники. М. "Агар". 1998г.
3. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. М. "Солон-Р". 2000г