P3 (560772)
Текст из файла
Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федераиии КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ МОСКОВСКИЙ ОРПЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛК$1ИИ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРЛЖОНИКК13Е А.В. ВИТКО, К.Г. КЛИМАЧЕВ ИССЛЕЛОВАНИЕ СВЧ-СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ Лабораторные работы Утв ерш дено на заседании редсовета 18 октября 1992 г Москва Издательство МАИ 1993 Витко А В, Климачев К Г Исследование СВЧ-систем и устройств: Лабораторные работы. - М.: Изд-во МАИ, 1993.— Я' с.: ил. Репензеиты: Д.Б Зимин, В,А. Сорокопуд © Московский авиалионный институт, 1993 г5ад 5-УОЗ5 ОРЛЕ 1 В лабораторных работах исследуются волноводные устройства с ферритами и фазяроваииые антенные решетки по курсу "Антенны я устройства СВЧ". Исследование ФАР леликом проводится на ЭВМ.
Наряду с методикой подготовки и выполнения работ приводятся необходимые теоретические сведения по изучаемым разделам курса. Для студентов вузов радиотехнических спепиальностей ПРЕДИСЛОВИЕ В настояшей работе приводятся описания двух лабораторных работ ( № 5, 23 ) по курсу "Антенны и устройства СВЧ", одна нз которых (№ 23) для обучения студентов ранее не попользовалась. В работе № 6 изучаются явления, связанные с прохождением электромагнитной волны через подмагничениый феррит, принципы работы и конструктивные схемы вентилей, циркуля- торов и фазоврапштелей, проводится экспериментальное исследование их параметров В новой работе № 23 изучаются принципы формирования излучаемого поля коммутационных антенных решеток и его математического моделирования с использованием ЭВМ. На ЗВМ серии ЕС в диалоговом режиме исследуются диаграммы направленности таких антенн в зависимости от структуры их решеток и вида аьшлитудно-фазового распределения.
Описание лабораторной работы № 23 составлено К.Г. Климачевым, работы № 5 — А.В. Витхо, он же является и редак- ' тором пособия в целом. Работа М 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ УСТРОЙСТВ С фЕРРИТАМИ а й * щ ем электромагнитной волны через подмагниченный феррят, изучение пршшипа работы и конструктивных схем вентилей, пиркуляторов и фазоврашателей, эксдеряментальное исследование их параметров. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Минимально необходимый для выполнения лабораторной работы материал по теории устройств с ферритами изложен ниже. Дополнительный материал имеется в книгах 11. с.
166-180), '„23,( 33. Помимо этого необходимо иметь заготовленный отчет с записью этапов работы и необходимых пояснений. ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА С ФЕРРИТАМИ Использование подмагничиваемых феррятов позволяет придать устройствам СВЧ такие свойства, которые невозможно получать при использовании обычных диэлектрических и ферромагнитных материалов. Основными устройствами СВЧ с ферри- тами являются вентиль, фазоврашатель, гиратор, перестраиваемый фильтр и пиркулятор Первые четыре устройства являются четырехполюснвками, пнркулятор чаше всего имеет тря либо четыре плеча Вентиль — четырехполюсник, пропускаюший электромагнитную волну в одном направленяи (прямом) с малым затуханием, а в противоположном (обратном) — с большим затуханием, Вентили применяются для зашвты генераторов СВЧ от изменений сопротнвления нагрузки в качестве развязываюших элементов измерительных установок.
ь ве $ го фаза электромагнитной волны в выходком плече по сравнению с фазой волны во входном плече меняется под воздействием управляюшего фактора. (Намного реже используются фазоврашатели в вняв двухполюсинка, у которого выходное плечо совмешено с входным). В феррнтовых фазоврашателях управляю шим фактором является электрический ток в обмотке подмагннчивания. Фазоврашатели используются в ввтенных решетках для изменения взаимной фазировки полей излучателей, в измерительной технике, для получения фазовой модуляпии сигнала.
Г~)ать - невзаимяый фазосдвигатель (фазосдвигатель— неуправляемый фазоврашатель), у которого фаза электромат о нитной волшя в выходном плече меняется на 180 при перемене направления движения волны на противоположное. Гяраторы используются в более сложных невзаимных.. устройствах Перестпанваемый й~зр — четырехполюсник, у которого частотная зависимость коэффвпиента передачи может изменяться под воздействием управлявшего фактора; для фильтра с ферритом — под воздействием подмагничивакхпего поля ПяркулПср — невзаимный многополюсжнк с тремя и более плечами, в котором соблюдается определенная последовательность передачи мопшости от плеча к плечу. СВОЙСТВА И ПАРАМЕТРЫ фЕРРИТОВ феррит магнитодиэлектрический материал с относительной щкэлектрнческой пронипаемостью с = 6-16 и тангшюсем Угла диэлектРическнх потеРь ~д Д 10 й — 10 3 с кристаллической структурой; подмагниченный феррит обладает гиромаь нитными свойствами, обусловленными особым поведением электронов в атомах крясталлической решетки.
Внешне полнкристаллический феррит наиболее часто используемых марок напоминает керамику темного пвета. Структура обычных поликрнсталляческих феррвтов предсчввляет собой совокупность небольших, объемом 10-9, -6 з 10 см, намагниченных до насыщенна областей — доменов, состояших из большого числа атомов. В пределах одною домена магиятные моменты всех атомов ориевтирова- 6 ны параллельно друг другу даже без воздействия внешних сил.
В обрвзпе феррита без подмагничиваюшего поля ориентация векторов намагниченности доменов хзотичнз, и обрезец в целом не намагничен. При создании постоянного подмагиичиваюшего поля вектора намагниченности доменов имеют тенденшпо ориентироваться в направлении этого поля и тогда возникает нвмагниченность всего образца в целом Магнитная проницаемость ферритов ~М без подмагничивающего поля является скалярной комплексной величиной, мнимая честь которой, как известно, связзнэ с переходом электромагнитной энергии в тепло. Вел а е ств ль о части относительной мзгнитной оницаемости е итов для назона име но а е в диапазоне низких н средних радиочастот она может достигать больших значений — до нескольких тысяч (2000 - ЗООО для марганец-цинковых ферритов). При скалярной магнвтяой проницаемости среды ф~Жп соотношение между высокочастотным вектором магнитной индукции В и вектором напряженности магнитного поля Я простое: в-р Х.
(5.1) Из этого соотношения следует, что вектор 3 парэллелен вектору Я и практически синфазен с ним, поснольку тангенс угла магнитных потерь в феррите много меньше едиивцы. При наличии подмвгничивающего поля феррит становится гиромагнитной средой вследствие прецессионных свойств электронов. В этом случае магнитная пронипаемость феррита становится тензорной величнной ( /Й ) и соотношение между векторами 8 и К усложняется: В ~Як ) Х . (5.2) При ориентации подмагничиваюшего поля Х вдоль оси 2 декартовой системы координат /~за ~~му 0 6Мху Р~, 0 о (:) р (л) = приН О, М вЂ” О, з,и — Р о ' ~~у ' ~ау а (5.3) Из соотношений (5 2) и (В,З) следует, что .в подмагняченяом феррите в общем случае векторы»э и У не цараллельны друг другу и не сиифазны.
Если же за основу рассуждений взять ие линейный вектор напряженности магнитного поля Я, изменяющийся во времени, а вращающийся вектор )у (либо Й ) с неизменной амплитудой, то в этом случае соотношение в~ежду ним. и вращающимся вектором магнитной индукции В+ (либо 3 ) спределяегся скалярной магнитной проницаемостью»И.
l »э+ = /Ир /Н, (лн ~/Юз э/Иу /3~, Д /и, /( б Х =/Фд, ° (5. 4) + Иа рис. 5.1 показана зависимость действительная/М+ ~уФ') ~ ~й»»п.- » н мнимый ~~»»( р" ) » . /'»» частей магнитной про цицаемости феррита 1 ф для правого направче- 2й)( ния вращения аысоко- ц! частотного магнитного лолч Я и левого // г ц» от величжы подмагнн- () Нэ чиваюшего поня ф, А Для цравоврашаюшегс- Б ся поля Я+ (векторй+ о врэшае гся по часовой стрелке, если смотреть по полю Яа ) графики ьшгнитной проницаемости /й+= /Ф+ + ~~4+ и"еют резонансный характер При ферромагйитном реэонайсе мнимая составляющая»н»», учитываихцая потери в феррите, макснмаль- » т' иа. В этом случае резонанс возникает при совпадении направления вращения выоэкочастотного магнитного поля с направлением препессни магнитных моментов электронов и равенстве собственной частоты прецессии частоте возмущающего высокочастотного поля.
Собственную частоту прецессии Д„можно определить нэ соотношения ~'- Иа ° (В.б) где ~ = 3,5 10 МГй — гиромагнитный параметр электрона. А'м 7 Для поля Й- его направление врашення и направление вращения препессии электрона протввоположны, вследствие чего резонанс невозможен и значение ~Ж мало. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ФЕРРИТЕ х~щ ° ~~и~~а рищав. п р р ной энергии в феррите имеют место как при подмагннчнваюшем поле, так и без него В последнем случае преобладают диэлектрические потери, которые в лучших марках феррита невелики поскольку достижимая величина тангенса угла диэлектрических потерь может быть меньше 10 Э. Из магнитных потерь наиболее существенными являются потерв, обусловленные резонансными явлениями, наблюдаемыми как в сильных, так и в слабых водмагничвваюших полях В области слабых полей найподается явление размытого по частоте резонанса, вызванного колебаниями гранил доменов, Каждый домен имеет свою собственную резонансжую частоту, а поскольку размеры доменов разные, то в совокупности это приводит к размытому по частоте резонансу.
который проявляется на частотах 10-100 МГд В области длинных сантнметровых и деанметровых волн (9-60) см имеет место так называемый "естественный ферромажвтиый резонанс физическая природа этого резонанса связана с проявлением действия сял, стремяшихся узтановнть мат нитные моменты доменов вдоль осей легкого нема гничввання Ось легкого намагничивания в феррите совпадает с таким направлением подмагнвчиааюшего поля, прв котором насыщение наступает дри его наименьшей напряженности.
Резонансные явявления в этом случае возникают благодаря появлению упругих сил сов а. 3, =20сл /Ь'~оси противления Ю б / ~ Лотери при малых подо ! $ матвичнваюших полях, коГ l торые называются "иачальвымв потерями", при алв- 0 нах волн менее 2-3 см "э невелвки, так как эти вол- ны значительно меньше реРис.
5.2 зонансных длин волн доме- нов С увеличением длины волны начальные потери возрастают (рнс 5.2). При определенных величинах подмагничиваюшего поля и частоте поля СВЧ в феррите возникают потери, обусловленные ферромагнитным резонансом в связи с прецессиониым движением электронов Магнитные свойства ферритов, так ж. как и всех ферромагнетиков, объясняются иескомпенсировапными синцовыми моментами электронов на одной из их атомных орбит. При ферромагнитном резонансе мияьйы часть магнитной проницаемости феррита „ф +, обуславливаюшая потери 1 волн с правым направлением врашения нх магнитного поля, достигает максимального значения (см рнс.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
