рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Резонансний феритовий вентиль

Резонансний феритовий вентиль - раздел История, ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ХВИЛЬ І ПОВНИХ ОПОРІВ У ТРАКТАХ НВЧ ЗА ДОПОМОГОЮ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ЛІНІЇ. УЗГОДЖЕННЯ В ЛІНІЯХ ПЕРЕДАЧІ НВЧ   Феритами Називають Хімічні Сполуки Оксиду Заліза З Оксидами І...

 

Феритами називають хімічні сполуки оксиду заліза з оксидами інших, так званих характеризуючих металів.

Хімічний склад фериту визначається за формулою:

 

, (6.1)

 

де Me – характеризуючий метал;

k, n, km/2 – цілі числа.

 

Залежно від складу розрізняють ферошпінелі (Me = Ni, Co, Μη, Ζn та ін., k = 2, m = 1, n = 1), ферогранати ( Me = Іt, Ga та ін., де k = 3, m = 6, n = 5) i гексаферити (Me = Рb, Βa, де k = 2, m =1, n = 6). Щоб одержати необхідні властивості, до складу фериту вводять декілька характеризуючих металів у певних пропорціях.

Ферити являють собою тверді кристалічні речовини. Ферогранати і ферошпінелі мають кубічну елементарну комірку, а гексаферити – гексагональну.

Основну масу феритових виробів виготовляють методом опікання. Для цього тонко помолоті порошки оксидів відповідних металів змішують зі зв’язувальною речовиною і з одержаної маси пресують заготівки потрібної форми. Потім заготівки випалюють при високій температурі. При цьому зв’язувальна речовина вигоряє, а оксиди вступають в хімічні сполуки. Після випалювання заготівки за необхідності піддають механічній обробці – різанню та шліфуванню. Одержаний за такою технологією керамічний матеріал має полікристалічну структуру. Розмір її зернин (кристалітів) і число пор між зернинами (щільність) визначаються режимом пресування, температурою, тривалістю випалювання і деякими іншими факторами. Зерна в полі кристалічному фериті мають розмір 10-3...10-1 мм і являють собою монокристали, орієнтовані хаотично.

При спіканні фериту в постійному магнітному полі утворюються текстуровані ферити, зерна яких орієнтовані таким чином, що напрямок однієї з кристалографічних осей кристалітів збігається з напрямком магнітного поля. Тому текстуровані ферити мають анізотропнї властивості і після зняття зовнішнього поля.

Монокристалічні ферити виготовляють відомими методами вирощування монокристалів (витягуванням із розплаву, зонною плавкою та ін.). Для надання потрібної форми монокристали ріжуть, шліфують і полірують.

На якість фериту суттєво впливав його електропровідність яка визначається в основному вмістом заліза Fe, що виникає при відновленні оксиду Fe2O3 у процесі випалювання. Тому ви лювання ведуть в окислювальній атмосфері.

У ненамагніченому стані кожен кристаліт або монокристал фериту містить одну або декілька областей (доменів), в яких і магнітні моменти всіх атомів орієнтовані таким чином, що за наявності декількох доменів у зразку результуючий момент дорівнюе нулю. Такий стан відповідає мінімуму енергії внутрішньої магнітного поля.

Характерна властивість феритів – поєднання магнітних властивостей феромагнетика та електричних властивостей діелектрика (НВЧ ферити мають ε2 = 5...20, tgδ = 10-4). У постійна магнітному полі ферит є анізотропним середовищем. Ця особливість дозволяє використовувати їх у техніці НВЧ для створення невзаємних пристроїв.

Властивості феритів на НВЧ виявляються при взаємодії власного магнітного моменту електрона із зовнішнім полем постійного та змінного магнітних полів. Під дією постійного магнітного ля Но (рис. 6.1) спіни електронів намагаються орієнтуватись у напрямку прикладеного поля, прецесуючи, подібно до гіроскопа навколо осі, що збігається за напрямком з вектором Но і, утворюючи з ним правогвинтову систему. Частота вільної прецесії ωo = γНо, де γ = 2,21·105 м/А·с – гіромагнітне відношення.

Наявність магнітних втрат приводить до того, що кут Ψ (рис. 6.1) швидко зменшується, вектори магнітних моментів ус атомів орієнтуються у напрямку прикладеного постійного магнітного поля Но і ферит намагнічується до насичення.

Розглянемо випадок дії на намагнічений ферит високочастотного магнітного поля з круговою поляризацією (орієнтованого перпендикулярно до постійного поля Н0), кругова частота якого близька до частоти прецесії ω0 (див. рис. 6.1).

Якщо напрямок обертання вектора Н збігається з прецесією магнітного моменту Μ, то кут Ψ збільшується.

 

 

Рис. 6.1. Прецесія магнітного моменту електрона в постійному магнітному полі

 

Зростання кута обмежується магнітними втратами. У результаті цього настає режим ψ = const, при якому енергія високочастотного магнітного поля розсіюється у вигляді тепла в кристалічних ґратках фериту. Якщо частоти ω і ω0 не збігаються, то ефект взаємодії зменшується і втрати у фериті знижуються. У випадку протилежних напрямків обертання вектора Н~ і магнітного моменту Μ поглинання енергії у фериті практично не відбувається. Величина магнітної проникності – комплексна:

 

, (6.2)

 

На рис. 6.2 показано зміну відносної магнітної проникності Фериту для хвиль кругової поляризації правого (позитивного) μ+ і лівого (негативного) μ-напрямків обертання залежно від напруженості постійного магнітного поля Но при незмінній частоті ω. Легко бачити, що значення уявної частини магнітної. проникності μ+ для хвиль з позитивним напрямком обертання в точці Но = Нрез різко зростає, що свідчить про збільшення втрат енергії у фериті. Залежність втрат від Но носить резонансний характер, у зв'язку з чим розглядуване явище називають феромагнітним резонансом. Значення дійсної частини магнітної проникності для хвиль позитивного обертання також сильно змінюється.

 

 

Рис. 6.2. Характер залежності активної та реактивної складових μ магнітної проникності фериту для хвиль з лівої μ- і правою μ+ круговими поляризаціями від напруженості магнітного поля

 

Якщо змінне магнітне поле має лінійну поляризацію, то його можна подати як суму двох полів лівої та правої кругових поляризацій. За відсутності фериту в хвилеводі хвилі лівої та правої кругових поляризацій поширюються з однаковими фазовими швидкостями і в сумі дають хвилю з незмінним положенням площини полі ризації. Якщо ж у хвилеводі розмістити феритовий стержень, намагнічений у поздовжньому напрямку постійним магнітним полем Но, то при Но = Hрез хвилі кругової поляризації правого напрямку обертання поширюватимуться з більшою фазовою швидкістю ніх лівого:

 

, (6.3)

 

При цьому відбувається поворот площини поляризації хвилі Ефект обертання площини поляризації електромагнітної хвилі, що проходить через діелектрик (в нашому випадку – ферит) за наявності постійного поля, називається ефектом Фарадея.

Завдяки цим властивостям ферита використовуються для створення широкого класу невзаємних пристроїв, які вносять фазовий зсув обертання площини поляризації, невзаємні втрати і т.ін. Залежність параметрів феритів від напруженості зовнішнього магнітного поля дозволяє створювати на їх основі керовані НВЧ-пристрої і перемикачі, модулятори, перестроювані фільтри, регульовані фазообертачі, атенюатори тощо.

Хвилеводний пристрій, вносимо загасання якого залежить від напрямку руху хвилі через нього, називають феритовим вентилем. Основними його характеристиками є загасання хвиль у прямому і зворотному напрямках, смуга робочих частот, припустимий рівень потужності, коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ), тип і розміри хвилеводного тракту.

У прямокутному хвилеводі, що працює на хвилі Н10, існують дві поздовжні площини, паралельні вузькій стінці хвилеводу, де магнітне поле має кругову поляризацію. Ці площини знаходяться на відстані:

 

 

(рис. 6.3) від вузьких стінок хвилеводу. Напрямок обертання вектора Η у кожній зі вказаних поздовжніх площин взаємно протилежний і залежить від напрямку руху хвилі по хвилеводу. Розташуємо в одній із цих плошин хвилеводу феритову пластинку, намагнічену перпендикулярно до широкої стінки хвилеводу (рис. 6.4) при Но = Hpeз. У цьому випадку Ферит поглинатиме потужність хвилі, яка створює правополяризоване високочастотне магнітне поле.

 

 

Рис. 6.3. Характер поляризації хвилі Н10 у прямокутному хвилеводі

 

 

Рис. 6.4. Спрощена конструкція резонансного феритового вентиля: 1 – прямокутний хвилевід; 2 – постійний магніт; 3 – феритова пластина; 4 – діелектрична пластина

 

Хвиля, що поширюється вздовж хвилеводу в протилежному напрямку, майже не загасає. Серійно випускаються феритові вентилі, які в смузі частот 15...20% f0 забезпечують у прямому напрямку загасання не більш ніж 1,5 дБ, у зворотному – 30 дБ і КСХ = 1,1...1,3.

 

6.3. Опис вимірювальної установки. Методика вимірювання параметрів феритового резонансного вентиля

 

Функціональну схему вимірювальної установки для дослідження власти-

востей феритового резонансного вентиля зображено на рис. 6.5.

Вимірювальна установка містить генератор НВЧ трисантиметрового діапазону хвиль (хвилевід 23 х 10) з регульованою вихід ною потужністю і частотою, калібрований (в децибелах) вимірювальний атенюатор, вимірювальну лінію з детекторною секцією, підключену до вимірювального підсилювача, та навантаження у вигляді реактивного штиря із змінною глибиною занурення у хвилевід, узгоджене навантаження поглинаючого типу – ввімкнення 1.

Ввімкнення 2 складається із вентиля, неоднорідності, узгодженого навантаження, а при ввімкненні 3 замість узгодженого навантаження під'єднується детекторна секція, ввімкнена у вимірювальний підсилювач.

Зміною глибини занурення реактивного штиря в хвилеводі виситься неузгодженість між генератором і навантаженням. За допомогою вимірювальної лінії та підсилювача можна кількісно оцінити ступінь неузгодженості генератора і навантаження, вимірюючи значення КСХ.

Важливим параметром феритового вентиля є КСХ, що вноситься ним самим, і який прийнято вимірювати з боку входу або виходу вентиля. Для вимірювання КСХ феритового вентиля необхідно зібрати установку за схемою рис. 6.5 (ввімкнення 2).

Для вимірювання КСХ феритового вентиля з боку входу вентиль вмикають у прямому напрямку, а з боку виходу – в зворотному.

Ввімкнення 3 приладів дозволяє оцінити втрати вентиля в прямому (прямі втрати) і зворотному (зворотні втрати) напрямках.

При ввімкненні 5 прямі та зворотні втрати феритового вентиля можна виміряти двома способами.Перший спосіб полягає у вимі рянні прямих αпр і зворотних αзв втрат з наступним розрахунком за формулами:

 

, (6.4)

 

де α2 – показання індикатора вимірювального підсилювача за відсутності досліджуваного вентиля у вимірювальній схемі;

α1′, і α1" – відповідно показання індикатора вимірювального підсилив ча при ввімкненні вентиля у вимірювальну схему в прямому і зворотному напрямках.

 

Другий спосіб (заміщення) полягає у використанні вимірювального атенюатора, градуйованого в децибелах, при цьому прямі та зворотні втрати дорівнюють:

 

, , (6.5)

де β2 – показання шкали атенюатора за відсутності вентиля у вимірювальній схемі, дБ;

β1', і β1" – відповідно показання шкали вимірювального атенюатора при ввімкненні вентиля в прямому і зворотному напрямках.

 

Величину β2 визначають при максимальній вихідній потужності вимірювального генератора. При цьому загасання атенюатора збільшується до максимально можливого придушення потужності. ремикач вимірювального підсилювача "ВХ.УРОВЕНЬ. mV" встановлюється в положення 1,5...5, а стрілка приладу – на поділку 4 або 6. При визначенні прямих і зворотних втрат вентиля цим способом спочатку знаходять β2, а потім β'1 (прямі втрати). Зворотні втрати (β1") визначаються в останню чергу.

 

6.4. Завдання на експериментальну і розрахункову частини

 

1. Проведіть вимірювання залежності КСХ від глибина занурення у хвилевід реактивного штиря і положення поршня реактивного шлейфа (ввімкнення і ).

2. Виконайте п.1 для вентиля, ввімкненого в прямому напрямку (ввімкнення 2 ).

3. Виконайте вимірювання КСХ феритового вентиля, ввімкненого в прямому і зворотному напрямках (ввімкнення 2 ).

4. Визначіть втрати феритового вентиля, ввімкненого у прямому і зворотному напрямках (ввімкнення 3 ), у діапазоні частот 9,0...12,5 ГГц.

 

6.5. Порядок виконання роботи

 

1. Вимірювання КСХ залежно від положення реактивного штиря 1 поршня шлейфа виконати методом заміщення.

Каретку вимірювальної лінії встановити в мінімум поля, а стрілку індикатора – б полохання, зручне для спостереження. Вимірювальний атенюатор (на вході лінії) має бути в положенні "0" послаблення. Після запису показань індикатора пересунути каретку вимірювальної лінії в максимум поля, змінюючи загасання за допомогою вимірювального атенюатора до встановлення стрілки індикатора в початкове положення. Визначивши послаблення за шкалою атенюатора, обчислити КСХ за формулою:

 

, (6.6)

 

де N – послаблення атенюатора, дБ.

 

 

 

2. Вимірювання прямих і зворотних втрат вентиля також провести методом заміщення.

До вимірювальної лінії підключити детекторну секцію, вихід якої з'єднати зі входом підсилювача. При максимальних вихідній потужності та коефіцієнті підсилення вимірювального підсилювача ввести загасання в тракт за допомогою атенюатора, встановивши стрілку індикатора на одну з перших поділок. Записавши показання атенюатора та індикатора, ввімкнути вентиль у прямому напрямку 1, змінюючи загасання в тракті за допомогою атенюатора, встановити стрілку в попереднє положення. Втрати в прямому напрямку визначити як різницю показань за шкалою атенюатора до ввімкне вентиля 1 після. Ті ж самі операції виконати і при визначенні зворотних втрат.

 

6.6. Контрольні запитання

 

1. Які призначення феритового вентиля та області його за стосування?

2. Пояснити явище феромагнітного резонансу.

3. Які умови поглинання відбитої хвилі у хвилеводі?

4. Пояснити принцип дії феритового резонансного вентиля.

5. Яка методика вимірювання основних параметрів феритового вентиля?

6. Порівняти характеристики вентилів, що працюють на ефектах Фарадея і вміщення поля.

7. Якими основними параметрами характеризується феритовий вентиль?

 

6.7. Список використаної та рекомендованої літератури

 

Лебедев И.В. Техника и прибори СВЧ: В 2 т. М., 1970. Т.1.

Виноградов В.Е. Конструкции и техника СВЧ. Харьков, 1977.

Заикин И.П., Зеленоний А.А., Тоцкий А.В., Удачин В.Г. Конструкции и техника СВЧ. Харьков, 1988.

Конструирование СВЧ-устройств и экранов / Под ред. А.М. Чернушенко. Μ., 1990.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ХВИЛЬ І ПОВНИХ ОПОРІВ У ТРАКТАХ НВЧ ЗА ДОПОМОГОЮ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ЛІНІЇ. УЗГОДЖЕННЯ В ЛІНІЯХ ПЕРЕДАЧІ НВЧ

Пристрої i техніка НВЧ В Г Удачин І П Заїкiн Зеленський... С В Хуторненко Навч посібник до лаб практикуму Харків Держ...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Резонансний феритовий вентиль

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
  0.1. Правила виконання лабораторних робіт   Кожен студент допускається до виконання роботи тільки після опитування його викладачем на початку занять. Під час

Загальні відомості
  Хоча існує багато пристроїв для вимірювання основних параметрів трактів НВЧ (коефіцієнта стоячої хвилі, довжини хвилі в лінії передачі, повних опорів, коефіцієнта відбиття тошо), ви

ДОСЛІДЖЕННЯ ХВИЛЕВОДНИХ СМУГОВИХ ФІЛЬТРІВ
  Мета роботи – вивчення властивостей, конструкцій і xapaктеристик смугових фільтрів у сантиметровому діапазоні хвиль.   7.1. Загальні відомості

Параметри основного фільтра
  № варiанта   Кiлькiсть стержнiв у дiафрагмi   Радiус одного стержня r, мм Резонансна частота f0

Параметри основного фільтра
  № варiанта   Кiлькiсть стержнiв у дiафрагмi   Радiус одного стержня r, мм Резонансна частота f0

ДОСЛІДЖЕННЯ НАПРАВЛЕНОГО ВІДГАЛУЖУВАЧА
  Мета роботи – вивчення побудови направленого відгалужувача і його основних характеристик.   9.1. Загальні відомості   Направлени

А. Дослідження багатодіркового відгалужувача
  1. Зібрати схему за рис. 9.6. До плеча 4 направленого відгалужувача підключити узгоджене навантаження, до плеча 2 приєднати хвилеводно-коаксіальний перехід з детекторною секцією.

ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЛЬТРІВ НИЖНІХ ЧАСТОТ НА СМУЖКОВИХ ЛІНІЯХ
  Мета роботи – вивчення основних властивостей несиметричної смужкової лінії, а також фільтрів нижніх частот, що застосовуються в НВЧ діапазоні.   10.1.

Вихідні дані для розрахунку ФНЧ
  № п/п Пiдложка Форма АЧХ fn, МГц fз, МГц

Результати експерименту
  F, МГц KCX |Г| |T| Bф, dB     &n

Результати вимірювань
  № п/п L′1мм L″1мм L1=

Результати вимірювань
№ x′1, мм x′2a x′

Додаток 1
ВСТАНОВЛЕННЯ РЕЖИМУ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРА Г4-90 "ВНУТРІШНЯ МОДУЛЯЦІЯ МЕАНДРОМ"   1. Поставте перемикач "РЕЖИМ ГЕНЕРАТОРА" в положення "ВНУТР.", а пе

Д.2.3. Технічні дані
  Діапазон робочих частот вимірювача – 8,24...12,05 ГГц, переріз хвилеводного тракту – 23 Х 10 мм. Границі вимірювання КСХН і послаблення відповідають табл. Д.2.1., а допусти

Параметра панорамного вимірювача КСХН
  Дiапазон вимiрювання КСХН 1,05...5,00 послаблене, дБ 0...35 Межi при

Д.2.6.2. Встановлення рівня потужності ГХЧ
  1. Поставте тумблер СВЧ у верхнє положення (ввімкнено); 2. Встановіть ручкою "ОТСЧЕТ" візир за шкалою mV на 2 мВ; 3. Сумістіть ручками "УРОВЕНЬ ГКЧ&

Д.2.6.6. Панорамне вимірювання КСХН i послаблення в смузі частот
  Періоди перестроювання частоти 1, 10, 40 с і робота вимірювача з натиснутою кнопкою рекомендуються при вимірюванні малих КСХН і великих послаблень (перемикач "ПРЕДЕЛЫ" – в

Д.2.6.11. Вимірювання в логарифмічному режимі
  Підготуйте вимірювач до роботи. Увімкніть об'єкт вимірювання у вимірювальний тракт згідно з відповідною методикою вимірювання КСХН або послаблення (див. рис.Д.2.2, Д.2.3).

Д.3.1. Призначення
  1. Генератори сигналів високочастотні Г4-ІІІ, Г4-Ш/а, Г4-ІІІ/6 призначені для випробування різноманітних радіоелектронних пристроїв. 2. Генератори можуть працювати як в лаб

Д.3.2. Технічні дані
  1. Діапазон частот генераторів відповідає наведеному в табл. Д.3.1.   Таблиця Д.3.1 Тип приладу Дiапазон часто

Д.3.4.2. Проведення вимірювань
  1. Генератор забезпечує такі види робіт: - режим немодульованих коливань (безперервну генерацію – НГ); - внутрішню та зовнішню модуляції меандром; - зовні

Д.4.1. Призначення
  Підсилювач високочастотний широкосмуговий 73-29 з комплектом високочастотних детекторних головок здійснює: - детектування радіоімпульсів і підсилення до рівня, який забезпе

Д.4.2. Технічні дані
  Смуга пропускання підсилювача – 50 Гц...20 МГц. Нерівномірність амплітудно-частотної характеристики в межах смуги пропускання не перевищує 2 дБ із вхідним і вихідним кабелями при ро

Д.4.6.2. Проведення вимірювань
  При підсиленні синусоїдних та імпульсних сигналів ручку перемикача "РОД РАБОТЫ" встановіть у положення "ВИДЕОИМП", ручку перемикача "ВХ. УРОВЕНЬ mV" –

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги