![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Электродинамика и распространение радиоволн 5 страница ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5
Видно, что в намагниченном феррите
Как было показано, направление свободной прецессии совпадает с направлением вращения волны
Рис. 5.8. Зависимости намагниченности для правого вращения и потерь в феррите от величины поля подмагничивания вблизи его резонансного значения.
Поскольку частота ферромагнитного резонанса
Рис. 5.9. Зависимость относительных магнитных проницаемостей для электромагнитных волн с правым и левым вращением от поля подмагничивания. На рис. 5.9 показана зависимость проницаемостей
Рассмотрим, как будут записываться уравнения Максвелла в намагниченном феррите. Исходим из обычной записи для монохроматического поля в среде без потерь:
Координатные значения компонент вектора
Невзаимные явления в поперечно-намагниченном феррите
Подавляющее большинство вентилей СВЧ строятся на поперечно-намагниченных ферритах, поэтому их и будем рассматривать.
Гиромагнитный резонанс. Как следует из рис. 5.8, волна
Рис. 5.10. Магнитное поле волны H 10 в прямоугольном волноводе.
На рис. 5.10 показано магнитное поле волны H 10 в прямоугольном волноводе. На расстоянии от боковых стенок, равном примерно При отстройке от гиромагнитной частоты
Рис. 5.11. Намагниченная ферритовая пластина в прямоугольном волноводе. Вентили, построенные на использовании явления гиромагнитного резонанса, из-за узкополосности рабочей полосы частот и большой величины подмагничивающего поля применяются в технике СВЧ редко.
Поперечный ферромагнитный резонанс. Предположим, что плоская электромагнитная волна распространяется вдоль оси х с коэффициентом распространения β х (рис. 5.7). Положим в (5.35) и (5.36),
Исключим
Отсюда находим значение коэффициента распространения:
В соответствии с (5.37) у волны с коэффициентом распространения Аналогично, исключая
У этой волны, согласно (5.38), вектор магнитного поля ориентирован параллельно направлению постоянного магнитного поля. В этом случае магнитное поле волны не возбуждает прецессии магнитного момента и коэффициент распространения такой же, как в немагнитной среде с той же диэлектрической проницаемостью
Подставив в (5.40) значения
где
Из графика, приведенного на рис. 5.9, видим, что
В реальных ферритах диэлектрическая проницаемость является комплексной величиной:
Рассмотрим случай малых диэлектрических потерь в феррите, т. е.
Из равенства (5.44) вытекает, что если
Рис. 5.12. Поперечный ферромагнитный резонанс.
Из рис. 5.12 видим, что поперечный ферромагнитный резонанс наступает при напряженностях поля Как уже было отмечено, в прямоугольном волноводе область круговой поляризации магнитного поля существует на расстоянии
Рис. 5.13. Поперечное сечение вентиля, в котором используется
Явление смещения поля. Как следует из формулы (5.33), при
Рис. 5.14. Вентиль на смещении поля.
Конструктивно вентиль на смещении поля подобен резонансному
Описание лабораторной установки
В настоящей работе для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) вентилей в прямом и обратном направлениях применяется измеритель модуля коэффициента передачи и отражения «Р2М-04» российской фирмы «Микран» (г. Томск). Схема измерения АЧХ исследуемых вентилей с помощью этого измерителя представлена на рис. 5.15.
Рис. 5.15. Схема измерения амплитудно-частотных характеристик исследуемых вентилей
Входной сигнал, пропорциональный уровню мощности (отраженной – при измерении модуля коэффициента отражения; падающей – при измерении модуля коэффициента передачи) СВЧ-колебаний, оцифровывается и считывается процессором цифровой обработки сигналов измерителя, который, выполнив необходимые вычисления, передаёт результаты в ЭВМ. Контроль и измерение амплитудно-частотных характеристик резонатора осуществляется на мониторе компьютера с помощью частотных меток. Для устранения потерь, вносимых трактом, непосредственно перед измерением необходимо провести калибровку СВЧ-тракта. По усмотрению преподавателя для проведения измерений и исследований может быть использован более высокочастотный вентиль. В этом случае вместо измерителя «Р2М-04» следует использовать измеритель «Р2М-18» той же фирмы, который работает в диапазоне до 18 ГГц. Схема измерений АЧХ с помощью измерителя «Р2М-18» аналогична представленной на рис. 5.15. В настоящей лабораторной работе исследуются вентили, в которых используется эффект поперечного ферромагнитного резонанса.
Порядок выполнения лабораторной работы
Получив у преподавателя допуск и вентиль для исследования, приступить к выполнению лабораторной работы в следующем порядке: 1. Ознакомиться с устройством и назначением измерительной аппаратуры. Проверить правильность соединений приборов по схеме. 2. Включить аппаратуру в сеть согласно инструкции. Прогреть не менее 15 минут. 3. Произвести калибровку СВЧ-тракта, после чего включить исследуемый вентиль в схему измерений АЧХ согласно рис. 5.15. 4. Снять амплитудно-частотные характеристики вентиля (прямые и обратные потери) во всем рабочем диапазоне прибора «Р2М-04» в прямом 5. По измеренным кривым прямых и обратных потерь для каждого из направлений включения вентиля в СВЧ-тракт построить частотные зависимости его потерь на поглощение (А, дБ). 6. По измеренным кривым прямых потерь для обоих направлений определить, какому включению вентиля в СВЧ-тракт соответствует прямая и обратная волны в вентиле, и определить вентильное отношение вентиля во всем исследованном частотном диапазоне. Результат отобразить на графике.
Рис. 5.16. График вентильного отношения исследуемого вентиля
7. По построенной частотной зависимости вентильного отношения определить ширину рабочей полосы исследуемого вентиля по уровню
где
Содержание отчета
1. Схема лабораторной установки. 2. Графики частотных зависимостей прямых (L, дБ) и обратных (R, дБ) потерь вентиля для прямого и обратного направлений. 3. Графики частотных зависимостей потерь на поглощение в исследуемом вентиле для обоих направлений его включения в СВЧ-тракт. 4. График частотной зависимости вентильного отношения исследуемого вентиля с указанием его рабочей полосы. 4. Краткая сводка результатов всех проведенных измерений и расчетов. 5. Выводы по полученным результатам.
Контрольные вопросы
1. Что такое ферритовый вентиль, где он применяется? 2. Какими параметрами характеризуется качество ферритов вентиля? 3. Природа магнитных свойств вещества. 4. Что такое прецессия магнитного момента и вектора намагниченности? 5. От чего зависит частота и направление свободной прецессии? 6. Что такое круговая поляризация? 7. Что такое тензор магнитной проницаемости? 8. Физический смысл электродинамических параметров 9. Пояснить график зависимости параметров 10. В чем заключается явление поперечного ферромагнитного резонанса, его отличие от гиромагнитного резонанса? 11. В чем суть явления смещения поля в намагниченном феррите? 12. Как зависит направление круговой поляризации вектора магнитного поля в прямоугольном волноводе на волне Н 10 от направления распространения энергии? 13. В какую область помещается феррит в вентиле на прямоугольном волноводе? 14. Почему при повышении частоты область с круговой поляризацией вектора 15. Назначение диэлектрической пластины в вентиле. 16. Принцип действия и устройство резонансного вентиля. 17. Принцип действия и устройство вентиля на смещении поля. 18. Показать на рисунках с вентилями на гиромагнитном резонансе, на поперечном ферромагнитном резонансе и на смещении поля прямую и обратные волны. Библиографический список
1. Федоров, Н. Н. Основы электродинамики / Н. Н. Федоров. – 2. Асеев, Б.П. Основы радиотехники / Б.П. Асеев. – М.: Связьиздат, 1947. 3. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика / 4. Баскаков, С. И. Основы электродинамики / С. И. Баскаков. – 5. Никольский, В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / 6. Кураев, А.А. Электродинамика и распространение радиоволн / А.А. Кураев, Т.Л. Попкова, А.К. Синицын. – Минск.: Изд. «Бестпринт», 2004. 7. Марков, Г.Т. Электродинамика и распространение радиоволн / Г.Т. Марков, В. М. Петров и др. – М., 1979. 8. Гольдштейн, М.Д. Электромагнитные поля и волны / М.Д. Гольдштейн, Н.В. Зернов. – М., 1971. 9. Лебедев, И. В. Техника и приборы СВЧ: в 2-х ч. Ч. 1 / И. В. Лебедев. – 10. Фрадин, А. З. Измерение параметров антенно-фидерных устройств / 11. Стариков, В. Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий / В. Д. Стариков. – М.: Сов. радио, 1972. 12. Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи с распределенными параметрами / С. И. Баскаков. – М.: Высш. шк., 1980. 13. Ефимов, И. Е. Радиочастотные линии передачи /И. Е. Ефимов. – М.: Сов. радио, 1964. 14. Зернов, Н. В. Теория радиотехнических цепей / Н. В. Зернов, 15. Фальковский, О.И. Техническая электродинамика / О.И. Фальковский. – М.: Изд. «Лань», 2009. 16. Фиалковский, О.И. Техническая электродинамика / О.И. Фиалковский. – М., 1978. 17. Никольский, В.В. Антенны / В.В. Никольский. – М., 1966. 18. Семенов, Н. А. Техническая электродинамика / Н. А. Семенов. – 19.Сазонов, Г. М. Устройства СВЧ / Г. М. Сазонов, А. Н. Гридин,
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.. 3 Лабораторная работа № 1 Конструкция и принцип действия измерительных линий. 4 Методика измерения полных сопротивлений. 12 Порядок выполнения работы.. 13 Содержание отчета. 15 Контрольные вопросы.. 16
|