P4 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 8

По результатам эксперимента на одном графике в прямоугольиои системе координат построить днаграммы направленности для основной и паразитной поляризации. Нормировку диаграммы провести по отношению к главному максимуму диаграммы направленности основной поляризации. 3. Определить положение максимума диаграммы направлен. ности сканирующей антенны для трех положений «ножа» в волиоводе Укрепить на вращающейся головке стойки линейку 2, Установить заданную ~лубину погружения «ножа» й, с помощью ручки. имеющейся на линейке Глубина погружения ножа» йь а также 4 зм 49 йе и й, указаны в табл.

8. 2 расчетного задания. Вращая линейку в горизонтальной гглоскостн, зафиксировазь на шкале головки с точностью до 2,5' положение максимума диаграммы направленности по максимальному отклонению стрелки усилителя. Эксперимент повторить для положений «ножа» Ь~ и Ьм По резулыатам эксперимента на график, где построена расчетная кривая положения луча в зависимости от глубины погружения «ножа», нанести экспериментальную кривую по трем точкам. 4. Снять диаграммы направленности щелевых антенн 3 и 4, а) Установить на стойке линейку 3 и подсоединить к ней детекторную секцию. По методике, изложенной в п. 2 а, снять диаграмму направленности антенны через 2,5'.

б) Установить на стойке линейку 4. По методике, изложенной в пункте 2 б, снять диаграмму направленности. Учесть, что в данной диаграмме будут существовать три главных максимума излучения. По результатам измерений построить на графике, где изображена расчетная диаграмма направленности, экспериментальные диаг раммы линеек 3 и 4, нормированные по отношению к главному максимуму линейки. Дать вывод о максимально допустимом расстоянии между излучателями.

5. Для трех длин волн (й,р, 1.,„, 1. „) снять диаграмму направленности антенны 3 (значення Х',„н ),',„указаны на стенде). По результатам эксперимента на одном рисунке в прямоугольной системе координат построить нормированные диаграммы направтенности антенны 3 для трех длин волн.

6 Для трех длин волн (»,р, л,„, л„,„) определить коэффициент бегущей волны на входе антенны 3. Значения ),'„»„и г.„',, указаны на стенде. Для определения КБВ настроить генератор на нужную длин) волны; затем отсоединить от выходного фланца измерительной лп нин кабель, пнтающии рупор, н вместо него с помощью струбцины подсоединить линейку 3. Иа вход усилителя подключить кабель о~ детекторной головки измерительной линии, Перемещая каретку измерительной линии, записать минимум и максимум показаний прибора усилителя. КБВ определить как корень квадратный из отношения минимального показания прибора к максимальному. Иногда при изменении длины волны прибор 28-ИМ дает слиш.

ком малые показания. В этом случае необходимо произвести подстройку резонатора измерительной линии. По результатам эксперимента построить график входного КБВ антенны 3 в зависимости от длины волны генератора. Г!о результатам эксперимента п. 5 и п 6 записать вывод о частотных свойствах резонансной волноводно-щелевой антенны, Требования к и~чсгу Оформление отчета должно отвечать требованиям, изложенным в разделе 1 части 1 Руководства к лабораторным работам.

В отчете должны быть представлены: 1. Электрическая схема лабораторной установки. 2. Результаты выполнения расчетного задания. 3. б таблиц с данными измерений и 5 рисунков со следующими ~рафиками: экспериментальная диаграмма направленности однощелевой антенны; две экспериментальные диаграммы направленности линейки 1 (для основной и паразитной поляризации); расчетная н экспериментальная кривые положения луча в зависимости от глубины погружения «ножа»; расчетная и две экспериментальные диаграммы направленности линеек 3 и 4; экспериментальные диаграммы направленности для трех длин волн линейки 3; зависимость КБВ от длины волны для линейки 3.

4. Выводы по результатам расчетов и эксперимента. Контрольные вопросы 1. В чем сущность принципа двойственности Писталькорса? 2. Нарисуйте картину токов на стенках волновода для волны типа П,р. 3. Как нужно прорезать щель в волноводе, чтобы оиа излучала максимальную мощность? 4. Изобразите вид диаграммы направленности одиночной полу- волновой щели в плоском проводящем экране в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. 5. Как прорезаются щели в волноводе для миогошелевой антенны? 6.

Напишите выражения для диаграммы направленности многошелевой антенны в общем виде. 7. Объясните возникновение излучения с паразитиои поляризанней у многощелевой антенны с наклонными щелями в узкой стенке ~волновода. 3. Какова причина изменения КБВ волноводно-щелевой резо|вансной антенны при изменении длины волны? 9. Как влияет расстояние между щелями на диаграмму направленности многошелевой антенны? 1О. Каким образом обеспечивается синфазиость пирания щелей, расположенных вдоль оси волновода иа расстоянии г„!2? !1. Объясните принцип действия сканирующей антенны с рножомж 12.

Как влияет изменение частоты на направленные свойства волноводно-щелевой антенны? 51 Р а б от а 1сРа 9 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВОДНОГ6 ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ВЪ|КЛЮЧАТЕЛЯ С ЩЕЛЕВЪ|МИ МОДУЛЯМИ Цель работы 1 Изучить принцип дейсгвня полз проводниковых выключателей с щелсвыми модулями 2 Теоретически ч эсиериментально определить характеристики выключателя с одним щелевым модулем. 3. Теоретически и экспериментально определить характеристики выключагеля с двумя щелевычи модулями. Теоретическая часть Вейлиоводиые полупроводниковые выключатели с щелевым модулем И Назначение, устройство н основные параметры выключателей Волиоводный полупроводниковый выключатель является устройством, предназначенным для управления уровнем мощности СВЧ- сигнала в волноводном тракте Выключатель может находиться в двух состояниях, Переход из одного состояния в дру~ое происходит при подаче на полупроводниковые элементы управляющего напряжения, В первом состоянии («Открыто») выключатель пропускаег мощность СВЧ-сигнала с малыми потерями.

Во втором состоянии («Закрытон) реальный выключатель про пускает незначительную часть мощности Уменьшение мощности на выходе выключателя происходит из-за изменения сопротивления полупроводниковых элементов и сопровождается возникновением волны, отраженной от входа выключа~ ела, которая переносит большую часть мощности, а также рассеиьаиием некоторой части мощности на полупроводниковых элементах В болшиинстве случаев практического использования выключа~елей желатечьно, чтобы мощность, рассеиваемая в виде тепла на полупроводниковых элементах, была иеболыиой, так как рассеива иие мощности СВЧ-сигнала приводит к уменьшению коэффициента полезного действия устройства, в состав которого входит выключатель.

Отра кенный от выключателя сигнал СВЧ поступает в другие пепи, зде при необходимости подверсается дальнейшей обработке. 52 Волггоиодньти полупроводниковый выключатель состоит из отвез«,т прямоугольного волновода и расположенных в нем одного али нескольких модулей (рис 9 1, а„б), Рнс 9. 1 Волноводный воплю атель. т' — волновод, 2 — щслевые модули Щслевои модуль представляет собой проводящую ~тстиерсчную перегородку и прямоугольном волноводе с прорезанной в ней щелью, в гтоторой располагается полупроводниковьй элемент (рис 9. 2). Рис 9 2.

Шалевой модуль; т' — диоды, 2 — щель, Д вЂ” перегородка; 4 — пгнт- ральный проводник Полупроводниковый элемент выключателя является трехэлскт- родной структурой, конструктивно образованной из двух ргп-диодов, соединенных одноименными электродами (рис. 9.3). Центральный вывод используется для подачи управляющего напряжсния Свободнымп о«поименными эле- а ктродами полупроводниковый элемент впаивается в щель Если угравляющее напряжение отсутствует, выключатель Рис 9 з по торопов«иио. находится в состоянии «Отг.рыто>, Прп вый ысмвнт подаче на полупроводниковый элемент ~ 2 рщ диоды управляющего напряжения, полярность которого соответствует прямому смещеншо, выключатель переходит в состояние «Закрыто».

53 Отношение А=в Рвх Рвы» называется вносимым затуханием, здесь Є— мощность, переносимая к выключателю падающей волной; Р,„„— мощность на выходе выключателя, нагруженного на согласованную нагрузку, Основные параметры коммутатора: !. Значение вносимого затухания в двух состояниях Е, («Открыто»), А, («Закрыто»). 2. Рабочая полоса частоты 3. Предельная импульсная и средняя мощности СВЧ-сигнала. 4. Мощность управления 5. Быстродействие Величина этих параметров зависит от числа шелевых модулей, расстояния между ними, характеристик полупроводникового элемента, размеров волновода, расположения щели на перегородкеит д. 2. р!и-диоды Достаточно хорошие характеристики как коммутирующий элемент имеет плоскостной полупроводниковый диод с переходом типа Р-ып Он состоит нз трех слоев квазиметаллических а-областей, разделенных областью цнжекции (ыобласть).

Индекс означает, что материал имеет собственную проводимость В отсутствии смещения нли при небольшом обратном смещении через такой элемент ток не протекает и он ведет себя подобно плоскому конденсатору, Емкость С это~о конденсатора определяется размерами площади соприкосновения областей, а также толщиной и электрической проницаемостью области инжекции, В таком состоянии на высоких частотах р)п-структура эквивалентна цепи из емкости С и активяого сопротивления )г, которое определяется удельной проводимостью )-области и может быть относительно большим. При подаче на элемент прямого смещения происходит инжекция дырок из р-области н электронов из а-области в ыобласть, где образуется электронио-дырочная структура В результате ~'-область становится проводящей, и р~п-структуру можно представить как относительно малое активное сопротивление, состоящее из последовательно соединенных сопротивлений всех трех областей При допустимой на СВЧ-емкости С порядка десятых долей пикофарады и при толщинах ыобласти порядка десятых долей миллиметра объем р1р-структуры составляет единицы кубического миллиметра, что на три — четыре порядка больше объема рп-структуры при тои же емкости.

Соответственно, на несколько порядков возрастает рабочая импульсная мощность СВЧ коммутационных устройств. На основе применения р1п-структур в настоящее время разрабатываются коммутационные устройства сантиметрового и дециметро- ваго диапазонов на импзльсные мощности гвррядка 10в — 10' Вт и на с редине мощности ! 0 — ! 0' Вт 3 Выключатели с одним мелевым модулем Ри< 9 5 Эквивалентная скок<я поччпроволниково го элементе !'ис 9 4 Эквксклентнля схема вочночолэ и поперечнои перегоролки со щелью Эквивалентнэя схема полупроводникового элемента имеет вид, поьазаиныи на рис 9 5 Включение полупроводникового элемента в щель эквивалентно параллельному подкло- С э ченню активнгго сопротивления и емкости к контуру, соотвезствующемр поперечной перегородке (рис 9. б) Величина акгивного сопротивления К Ри<.

9 6 Зквиивлсю<чвк сче ча волнового выключателя может менягься при подаче управля<ощего нап)яжсння от максимального до минимального значения. Контур, образованный индуктиаиостью и суммарной емкостью, шунтиръет активное сопро<нвление и при определенных условияз ухудшает эффективность коммутации мощности СВЧ-сигнала. Действительно, при сильной рассгройке контура относительно частоты колебаний, возбзждаемь<х в волиоводе, его в~одное сопрочивленвз может быть сравнимым по модулю с мннпмалгным значением активного сопротивления Поэтому общее сопротивление в месте включения контура при подаче управляющего напряжения 55 Лля описания процессов, происхочящих в выключателе, удобнее перейти к эквивалентьым схемам 1эазмеры поперечного сечения прямоугольно<о волнавода обычно выбираются так, чтобы в нем могла распространяться только лищь основная волна О,с Г~оэточчу на эквивалентной схеме выклю <ателя отрезок волнавода <гзображается в виде двухпроводной линии Поперечную перегородку с щелью (без диода) можно рассматрпвагь как комбинащио индуктивнои и емкостной диафрагмы На эквивалентной схеме указанной перегородке соответствует параллельное <осдииенпе индукгнвносги и емкости (рис.