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
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 |
’ .' ■ |
* - |
|
|
|
|
|
||||
|
(У |
> 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
\