Файл: Вальднер, О. А. Техника сверхвысоких частот. Учебная лаборатория учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 123

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ТЕХНИКА

СВЕРХВЫСОКИХ

ЧАСТОТ

А Т О М И 3 Д А Т - 1 Э 7 4

О. А. ВАЛЬДНЕР, О. С. МИЛОВАНОВ, Н. П. СОБЕНИН

ТЕХНИКА

СВЕРХВЫСОКИХ

ЧАСТОТ

Учебная лаборатория

Допущено

Министерством

высшего

и

среднего

специального

образования СССР

в

качестве

учебного

пособия

для студентов

высших технических

учебных

заведений

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1974

УДК 621.385.6(075.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

)

Г SC. ГгуЛЛ'ЛѴНЯЧ

 

 

 

 

 

*<..',г:чг.и

’ .' ■

* -

 

 

 

 

 

 

> ѵ , .

 

'

'*•

 

\

---------------- -----------

 

 

. „ . . К Д .

 

 

 

,

і

 

 

 

 

'v

flir ië o

 

 

 

 

 

 

В а л ь д н е р О.

А., М и л о в а н о в О. С., С о б е-

 

н и н

Н.

П.

Техника

сверхвысоких частот.

Учебная

лабо­

 

ратория. М., Атомиздат, 1974, с. 232.

которых

дано

 

Пособие

состоит

из трех разделов, в

 

описание 19 лабораторных работ, охватывающих основной

 

материал курса по технике сверхвысоких частот.

 

 

В первый

раздел

вошли

работы по измерению основ­

 

ных

параметров

(частота,

мощность, сопротивление).

 

Во втором разделе рассмотрены вакуумные и твердотель­

 

ные

генераторы

и

усилители

СВЧ-колебаний. Третий

раз­

 

дел, посвященный элементам тракта, содержит ряд спе­

 

циальных работ по исследованию замедляющих систем,

 

ферритовых устройств

и т.

д. К каждой работе дается

 

рекомендуемый перечень современной стандартной аппара­

 

туры. В приложении приведены описания СВЧ-приборов,.

 

различных устройств и порядок работы с ними.

 

 

Таблиц 6.

Рисунков

139.

Библиография

17.

 

30407

007

(£) Атомиздат, 1974'

В --------

— 74

034(01)—74

 


СОДЕРЖАНИЕ

П р е д и с л о в и е ........................... 5

 

В в е д е н и е ...........................

 

7

 

Р а з д е л

I

 

 

 

Основные измерения

 

 

Работа

1.

Методы

 

измерения

 

 

 

 

частоты

в

санти­

 

 

 

 

метровом

.

диапа­

 

Работа

2.

 

зоне

 

.

. 1 1

Измерение

 

малой

 

Работа 3.

мощности

 

.

. 1 9

Определение

полных

 

 

 

сопротивлений с по­

 

 

 

мощью

измеритель­

30

Работа 4.

ной

линии .

. .

 

Измерение

разности

39

 

 

фаз

 

. .

. .

 

Работа 5. Определение доброт­

 

 

 

ности

резонатора

 

 

 

методом

измерения

 

 

 

полных

сопротивле­

48

Работа

6.

ний

.

 

.

. .

 

 

Экспериментальное

 

 

 

 

определение

эле­

 

 

 

ментов

 

матрицы

 

 

 

рассеяния волновод­

 

 

 

ного

четырехполюс­

57

Работа 7.

ника

 

. .

. .

 

Исследование

элект­

 

 

 

ромагнитного

поля

 

 

 

в

резонаторе

.

. 6 5

 

Р а з д е л

II

 

 

 

 

Генераторы

и усилители СВЧ

 

Работа 8.

Исследование

рабо­

 

 

 

ты

отражательного

76

Работа 9.

клистрона

 

.

.

Исследование

рабо­

 

 

 

ты

магнетронного

84

 

 

генератора

 

.

.

Работа 10.

Исследование

лам­

90

Работа И.

пы бегущей волны

Измерение

 

шума

96

Работа 12.

усилителей

СВЧ

Генератор

на

ла­

 

 

винно

- пролетном

 

 

диоде

 

.

. .102

Р а з д е л

III

 

 

 

Элементы трактов СВЧ

 

Работа 13.

Согласование в ли­

111

Работа 14.

ниях передачи СВЧ

Измерение

характе­

 

 

ристик

направлен­

118

Работа 15.

ного

ответвителя

Исследование

цир­

125

Работа 16.

кулятора

 

дис­

Исследование

 

 

персионных харак­

 

 

теристик

периоди-

 

*ческих систем 130

Работа 17.

Исследование

ха­

142

 

рактеристик антенн

Работа 18. Измерение электри­

 

 

ческих

свойств

ди­

147

Работа 19.

электриков

доб­

Определение

 

 

ротности

сверхпро­

 

 

водящих

резонато­

152

 

ров ...........................

ПРИЛОЖЕНИЯ

I.Порядок градуировки детек­ торных головок и калибров­ ка их в процессе измерений 158

II. Описание стандартной аппа­

ратуры .................................

 

 

159

§ 1. Генераторы . .

. .

159

1.

Генератор

Г4-9

.

. 159

2.

Генератор

ГЗ-26

.

.161

3.

Генератор

ГЗ-22

.

. 164

4.

Генератор ГЗ-36

.

. 165

5.

Генератор

Г4-54

.

. 167


6. Генератор Г4-18А

. .

170

7. Генератор Г5-15 .

. .

172

§ 2. Частотомеры . .

.

.174

1.

Частотомер

Ч2-9А .

174

2. Частотомер 42-32

.

. 175

3.

Высокодобротный

пере­

 

 

страиваемый

резонатор

178

 

ЭК-20

. . . .

 

.

4. Частотомер ЧКЗ-4А

 

.

179

5.

Комплект

приборов для

184

 

измерения частоты ЧО-7

§3. Измерительные линии и панорамные измерители

КСВ

.

.

. . .

 

187

1.

Измерительная

волно-

187

2.

водная

линия

Р1-4

.

Измерительная

волно-

 

3.

водная

линия

Р1-7

.189

Панорамный измеритель

 

 

КСВ

Р2-23А

. .

. 190

§ 4. Измерители

мощности

.

194

Измеритель

малой

мощно­

 

 

сти МЗ-10 .

. .

.194

§ 5. Приемники СВЧ-сигналов 195 Измерительный приемник

П5 - 7 Б ........................... 195

§6. Осциллографы и анализа­

торы спектра

. . .198

1.Осциллограф С1-54 . . 198

2.Анализатор спектра С4-5 201

§7. Усилители . . . . 203

Усилитель широкополосный

УЗ-7А с комплектом ВЧдетекторных головок . 203

§ 8. Источники

питания .

.

206

1.

Источник

стабилизиро­

206

2.

ванный Б1-3

. .

Источник

питания

по­

207

 

стоянного

тока

БГ7

.

§9. Функциональные узлы и модули коаксиальных и

 

волноводных трактов

из­

 

1.

мерительных

приборов 208

Развязывающие

волно-

 

 

водные

аттенюаторы

 

2.

Д5-1, Д5-21,

Д5-24

.

208

Развязывающий

коак­

 

 

сиальный

.

аттенюатор

208

3.

Д5-17

. . .

Поляризационный волно-

 

4.

водный аттенюатор Д5-33 209

Волноводная

поглощаю­

 

5.

щая нагрузка Э9-21

. 210

Коаксиальная поглощаю­

210

 

щая нагрузка Э9-13/2

.

6.Резистор волноводный нагрузочный реактивный

39 - 2 4 ...............................210

7.Фазовращатель волно-

водный

Э4-3

.

.

-211

8.

Волноводный

феррито­

 

вый

вентиль

Э8-24

. 214

9. Коаксиально-волновод­

 

ные

переходы

 

Э2-43А,

211

Э2-48

 

 

 

транс­

10.

Согласующий

 

212

форматор Э1-11

.

.

11.

Трансформатор

полных

 

 

резисторов

(из ком­

212

12.

плекта Д5-1)

.

.

.

Направленные ответви­

 

тели Э5-9 и Э5-12

.

.213'

13.

Двойной волноводный

 

тройник

(из

комплекта

213

Д5-9)

 

. .

.

. .

 

14.Коаксиальный тройник АПФ-1-30 . . . .213

15.Детекторная головка

ДГ-1

. .

. . .

213

16. Детекторные

головки

Э7-6 и Э7-11

. .

.214

17. Термисторные

головки

М5-20 и М5-30

. .

. 214

18. Волноводный

переклю­

чатель

ЭЗ-4А

. .

. 214

19.Антенна рупорная

П6-23

. . . . 215

III.Описание нестандартной

аппаратуры

 

. .

. 215;

1. Резонатор

из

закорочен­

 

 

ного

отрезка

круглого

 

 

диафрагмированного вол­

215

2.

новода

 

.

. . .

 

Резонатор

призматиче­

215

3.

ский на волне Нюі

.

Резонатор

генератора на

 

4.

ЛПД

. . . .

. 217

Реактивные волноводные

217

5.

диафрагмы

и штыри

.

Опорная

линия .

. 218

6.

Подвижная

рассогласо­

 

7.

ванная

нагрузка .

. 218

Y-циркулятор . .

.

219

8.

Зажимный

станок .

.

219

9.

Цилиндрический резона­

220

 

тор с

образцом .

.

10.Криостат и резонатор 220

11.Импульсный модулятор

магнетрона МИ-501 . 221

IV. Графические • обозначения 223>

Список литературы

. . . 230’


ПРЕДИСЛОВИЕ

В данном учебном пособии сделана попытка более или ме­ нее равномерно охватить в относительно небольшом числе работ все основные разделы курса техники сверхвысоких частот, акцентируя внимание на выполнении радиоизмерений. При со­ ставлении пособия учтено, что сначала студентам читается курс лекций по основам техники СВЧ, а затем уже они прохо­ дят практикум.

Описание каждой лабораторной работы построено по оди­ наковой схеме. Дается краткое теоретическое введение и изла­ гается содержание работы. Далее сформулировано предвари­ тельное задание, выполнение которого позволит студенту подготовиться к работе в лаборатории. Затем приведены опи­ сание экспериментальной схемы, задание и порядок выполнения работы, требования к оформлению отчета, контрольные вопро­ сы и перечень рекомендуемой аппаратуры. В большинстве работ дается факультативное задание, которое можно предло­ жить наиболее сильным студентам.

Практикум рассчитан на широкий круг студентов старших курсов и специалистов, изучающих СВЧ с целью использова­ ния аппаратуры этого диапазона в различных научных и прак­ тических целях. В связи с этим используется только стандарт­ ная аппаратура, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью.

Современные приборы являются сложными электронными комплексами, требующими внимательного и квалифицирован­ ного обращения. Поэтому цель выполняемых студентами ра­ бот— не только практическое ознакомление с основными раз­ делами курса техники СВЧ и освоение принципов проведения измерений, но и овладение приемами использования новых приборов. Необходимо, чтобы будущие инженеры привыкли к тенденции, имеющей место в развитии СВЧ-аппаратуры, кото­ рая сводится к тому, что усложнение схемы приборов позволяет существенно упростить процесс измерений и повысить их точ­ ность. Кроме того, знакомство с промышленными образцами приборов облегчает молодым специалистам за короткий срок

5

адаптироваться к производственной работе после окончания вуза.

Учебная лаборатория по технике СВЧ составлена на основе опыта создания и проведения соответствующего практикума в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженернофизическом институте.

Аналогичные сборники лабораторных работ издавались не­ которыми высшими учебными заведениями для своих студен­ тов, однако большинство таких пособий имеет явный уклон в какой-либо специальный раздел курса (генераторы, антенны и т. д.). Тем не менее этот опыт был в определенной степени учтен при составлении настоящего сборника.

Авторы признательны И. С. Щедрину, принявшему участие в написании лабораторной работы 19. Авторы выражают ис­ креннюю благодарность докт. техн. наук Б. П. Мурину и докт. техн. наук Г. М. Герштейну и Э. А. Ли за ряд ценных замеча­ ний, сделанных при просмотре рукописи.

Все пожелания и критика по данному учебному пособию будут приняты авторами с признательностью.


ВВ Е Д Е Н И Е

Кдиапазону СВЧ относят широкую полосу частот, пере­ крывающую пять порядков частот — от 30 Мгц до 3 Тгц, т. е.

электромагнитные колебания с длиной волны от 0,1 мм до 10 м. Рассмотрению техники, охватывающей указанную область частот, посвящено значительное число монографий, статей и учебных пособий. Как правило, в большинстве из этих изданий излагается какая-либо одна проблема всего комплекса, в кото­ рый входят как вопросы генерации и канализации электромаг­ нитных колебаний и сигналов, так и вопросы приема и исполь­ зования высокочастотной энергии. Наконец, следует выделить в самостоятельную проблему технику радиоизмерений на сверх­ высоких частотах.

Из обзора опубликованной литературы, на наш взгляд, мож­ но сделать по крайней мере два вывода:

первый заключается в том, что при обилии литературы по отдельным вопросам явно недостаточно работ, в том числе и учебных пособий, охватывающих в одном издании основы всех перечисленных разделов техники СВЧ;

второй сводится к тому, что по технике радиоизмерений учебных пособий практически нет.

Вместе с тем роль измерений в современной радиотехнике и электронике не только весьма значительна, но и продолжает неуклонно возрастать. Это связано с бурно растущим внедре­ нием аппаратуры СВЧ в военную и космическую технику, фи­ зику, астрономию, различные производства и т. д. В соответст­ вии с этим резко возросли требования, предъявляемые к при­ борам СВЧ, как с точки зрения надежности и стабильности работы, так и с "точки зрения обеспечения высокой, часто уни­ кальной точности рабочих параметров. Все это стимулирует совершенствование измерительной техники и измерительной

7

аппаратуры, а также значительное увеличение числа сотрудни­ ков, занимающихся радиоизмерениями. Одновременно возра­ стает объем работ, связанный с измерениями при различного рода исследованиях, разработке и проектировании высокоча­ стотных узлов, приборов и элементов техники СВЧ. Совершен­ но очевидно, что при изучении курса техники сверхвысоких частот нельзя обойтись без практических работ по радиоизме­ рениям. Кроме того, такие работы закладывают основу для инженерного понимания всей проблемы в целом.

Впособии описано 19 лабораторных работ, которые разбиты на три группы. Темы работ подобраны таким образом, чтобы дать представление об основных свойствах и характеристиках различных высокочастотных устройств, а также о типичных методиках при измерении наиболее фундаментальных величин и параметров в диапазоне СВЧ.

Впервую группу входят работы, связанные с измерениями мощности, частоты и коэффициента стоячей волны. Очевидно, что выполнение этих работ должно быть рекомендовано всему контингенту студентов, изучающих технику СВЧ независимо от специализации.

Во второй группе работ изучаются генераторы и усилители СВЧ. Из этих работ можно выбрать для практикума лишь не­ которые, однако желательно включить работу по ознакомлению с твердотельным генератором.

Наконец, работы третьей группы могут быть предложены

или студентам соответствующих специализаций,

или

для фа­

культативного выполнения другими студентами.

 

 

В настоящее время

принята следующая классификация

высокочастотной аппаратуры:

 

 

 

 

группа В — приборы

для

измерения

напряжения;

группа М — приборы для

измерения

мощности;

 

 

группа Р — приборы

для

измерения параметров

устройств с

распределенными постоянными;

 

 

группа Ч — приборы для измерения частоты;

 

 

группа С — приборы для наблюдения и исследования формы

сигналов и спектра;

 

 

 

группа У — измерительные усилители;

 

 

 

группа П — приборы

для

измерения

напряженности

поля и

радиопомех;

8

\