 |
Электронные и квантовые приборы СВЧ
|
|
|
|
Порядок работы
1. Установить переключатель POWER в положение OFF.
2. Вставить вилку шнура питания в розетку.
3. Проверить полярность подключения.
4. Установить переключатель POWER в положение ON.
5. Включить переключатель VOLTS/AMPS в положение VOLTS.
6. Регуляторами VOLTAGE установить требуемое значение выходного напряжения (Во избежание перегрева и перегорания нити накала строго запрещается подавать напряжение выше заданных в лабораторных работах значений!).
7. В случае если при выполнении пункта 6 загорится индикатор C.C., необходимо увеличить допустимый ток с помощью регулятора CURRENT и продолжить выполнение пункта 6.
8. По окончанию работы установить переключатель POWER в положение OFF.
Источник постоянного напряжения GPR‑50H15/ GPR‑60H15
Предельные значения выходных параметров GPR-50H15 ‑ напряжение 500 В, сила тока 1.5 А, GPR-60H15 ‑ напряжение 600 В, сила тока 1.5 А. На рис. П2 представлен внешний вид источника питания GPR-60H15, который внешне не отличается от GPR-50H15.
Рис. П2. Передняя панель источника питания GPR-60H15
Органы управления и индикации (рис. П2):
| № | Наименование | Назначение |
| Индикатор C.V. | Индикатор горит при включении питания и при работе прибора в режиме стабилизации выходного напряжения. | |
| Индикатор C.C. | Индикатор горит при работе прибора в режиме стабилизации выходного тока. | |
| VOLTAGE | Ручка регулировки выходного напряжения с механическим фиксатором. | |
| CURRENT | Ручка регулировки выходного тока с механическим фиксатором. | |
| «+» | Выходная клемма положительной полярности (красная). | |
| GND | Клемма заземления корпуса прибора (зеленая). | |
| «-» | Выходная клемма отрицательной полярности (черная). | |
| V | Цифровой вольтметр для индикации выходного напряжения. | |
| A | Цифровой амперметр для индикации выходного тока. | |
| POWER | Тумблер включения/выключения питания. Безинерционное исполнительное устройство схемы защиты от перенапряжения и перегрузки. | |
| CURRENT LIMIT | Кнопка включения амперметра в режиме установки предела по току. | |
| O.V.P. | Кнопка включения вольтметра в режиме установки порогового напряжения. | |
| O.V.P. | Потенциометр для установки порогового значения напряжения. | |
| OUTPUT ON | Кнопка включения/выключения выходного напряжения. | |
| OUTPUT ON | Индикатор горит при включении выходного напряжения. |
|
|
|
Порядок работы
1. Установить переключатель POWER в положение OFF.
2. Проверить соответствие напряжения сети питания и номинального значения напряжения питания прибора.
3. Вставить вилку шнура питания в розетку.
4. Установить переключатель POWER в положение ON.
5. Выход прибора должен быть отключен (светодиод OUTPUT ON выключен). В противном случае, используя кнопку OUTPUT ON, отключить выход прибора.
6. Проверить полярность подключения нагрузки.
7. Регулятором VOLTAGE установить требуемое значение выходного напряжения (Во избежание выхода приборов из строя запрещается подавать напряжение выше заданных в лабораторных работах значений!).
8. Используя кнопку OUTPUT ON, подать напряжение на выход (светодиод OUTPUT ON должен светиться).
9. В случае если при выполнении пунктов 7,8 загорится индикатор C.C., необходимо увеличить допустимый ток с помощью регулятора CURRENT до значения, не превышающего установленным лабораторной работой.
10. По окончанию работы выключить кнопку OUTPUT ON и установить переключатель POWER в положение OFF.
П.2 Измеритель мощности М3-51
Ваттметр поглощаемой мощности МЗ-51 предназначен для измерения мощности синусоидальных СВЧ-сигналов и среднего значения мощности импульсно-модулированных СВЧ-сигналов в коаксиальных трактах 7×3. Диапазон частот: 0.02-17.85 ГГц. Пределы измерений мощности синусоидальных СВЧ-сигналов и среднего значения мощности импульсно-модулированных сигналов при импульсной мощности до 1 Вт, длительности импульсов до 10 мкс 10-6‑10-2 Вт. Конечные значения пределов: 0.3 ‑ 10 мВт.
|
|
|
Ваттметр состоит из измерительного блока Я2М-66 и измерительного термоэлектрического преобразователя 4.681.471. Внешний вид измерительного блока Я2М-66 показан на рис. П3.
Рис. П3. Передняя панель измерительного блока Я2М-66
В основу работы ваттметра положен принцип преобразования мощности СВЧ в тепловой вид энергии и измерения образуемой на выходе измерительного преобразователя термо-ЭДС, которая пропорциональна подведенной к нему мощности СВЧ.
Органы управления и индикации (рис. П3):
| № | Наименование | Назначение |
| СЕТЬ ВКЛ | Тумблер включения прибора. | |
| 2,3 | ГРУБО  ТОЧНО
| Потенциометры для грубой и точной установки нуля. |
| ▼ | Потенциометр для регулировки усиления в процессе калибровки. | |
| ВХОД | Разъем для присоединения измерительного термоэлектрического преобразователя. | |
| РЕЖИМ РАБОТЫ | Переключатель для переключения режимов работы. | |
| 800 mW | Разъем для присоединения измерительных калориметрических преобразователей среднего и большого уровней мощности при калибровке ваттметра на постоянном токе. | |
| Цифровой дисплей. | Цифровой индикатор уровня СВЧ-мощности. | |
| μW, mW, W | Единица измерения индикатора уровня мощности ‑ мкВт, мВт, Вт. |
Порядок работы
1. Тумблер СЕТЬ ВКЛ на измерительном блоке переводят в верхнее положение. При этом должны загореться цифры на табло и лампочка подсвета условного обозначения единицы измерений.
2. До проведения измерений ваттметр прогревают в течение 30 мин.
3. После прогрева устанавливают нуль на пределе РУЧ 1, поворачивая, вправо (влево) ручки установки нуля ГРУБО и ТОЧНО.
4. Производят опробование ваттметра. При отсутствии на входе преобразователя мощности и нормальной работе измерительного блока с помощью ручек установки нуля ГРУБО и ТОЧНО на табло должно устанавливаться показание
000,0 μW на пределе РУЧ 1;
0000 μW на пределе РУЧ 2;
00,00 mW на пределе РУЧ 3.
|
|
|
5. Осуществляют калибровку ваттметра. Для этого следует:
‑ перевести переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение 800 μW и, поворачивая ручку потенциометра ▼, установить на табло показание 800 мкВт;
‑ перевести переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение АВТ.
6. Ваттметр обеспечивает измерение мощности в следующих режимах:
‑ ручное переключение пределов измерений (положение переключателя РЕЖИМ РАБОТЫ ‑ РУЧ 1, РУЧ 2, РУЧ 3); соответственно конечные значения пределов: 300 мкВт ‑ 3 мВт ‑ 10 мВт;
- автоматическое переключение пределов (положение переключателя РЕЖИМ РАБОТЫ ‑ АВТ);
- дистанционное управление (положение переключателя РЕЖИМ РАБОТЫ ‑ ДИСТ).
Примечание. Во избежание вывода измерительного преобразователя из строя при измерении средней мощности импульсно-модулированных сигналов оператору следует помнить, что импульсная мощность не должна превышать 1 Вт при средней мощности не более 10 мВт.
П.3 Частотомер ЧЗ-68
Частотомер электронно-счетный ЧЗ-68 предназначен для измерения частоты непрерывных синусоидальных (НГ) и несущей частоты импульсно-модулированных (ИМ) сигналов и выдачи сигнала опорной частоты. Диапазон измеряемых частот по входу А 10 кГц–100 МГц, по входу Б 0.1 ГГц–12 ГГц.
Внешний вид частотомера ЧЗ-68 показан на рис. П4.
Рис. П4. Передняя панель частотомера ЧЗ-68
Принцип действия прибора в диапазоне 0.1 ГГц–12 ГГц основан на стробоскопическом преобразовании частоты, при котором происходит сравнение частоты измеряемого сигнала с частотой гармоник сигнала гетеродина. Номер гармоники N вычисляется по двум настройкам f гет1, f гет2 с последующим автоматическим вычислением N встроенным микропроцессорным контролером и рассчитывается по следующей формуле
N = f гет1/׀ f гет1- f гет2׀,
где
f гет1 – значение частоты гетеродина при первой настройке гармоники сигнала гетеродина на частоту измеряемго сигнала;
f гет2 – значение частоты гетеродина при настройке соседней гармоники сигнала гетеродина на частоту измеряемого сигнала.
|
|
|
Значение измеряемой частоты определяется по формуле f x= N × f гет2.
Органы управления и индикации (рис. П4):
| № | Наименование | Назначение |
| СЕТЬ | Тумблер включения прибора. | |
| А (10 kHz–100 MHz) | Предназначен для подачи входного измеряемого сигнала с частотой 10 кГц–100 МГц. | |
| Б (0.1 GHz–12 GHz) | Предназначен для подачи входного измеряемого сигнала с частотой 0.1 ГГц–12 ГГц. | |
| КОНТР ИНД. | Кнопка предназначена для контроля работоспособности цифровых, точечных и шкального индикаторов. | |
| ▲ (КОНТРОЛЬ) | Кнопка предназначена для включения режима самоконтроля (во включенном состоянии ‑ подсвечивается). | |
| ×(СБРОС) | Кнопка предназначена для осуществления ручного сброс-пуска прибора, в режиме Б подготавливает его к новому вычислению N. | |
| А | Кнопка предназначена для включения прибора в режим измерения по каналу А (во включенном состоянии — подсвечивается). | |
| Б | Кнопка предназначена для включения прибора в режим измерения по каналу Б (во включенном состоянии — подсвечивается). | |
 (ПАМЯТЬ)
| Кнопка предназначена для записи значения частоты гетеродина в память микропроцессорного контроллера (во включенном состоянии — подсвечивается). | |
| N | Кнопка предназначена для отображения номера гармоники. | |
| Ручка
| Ручка предназначена для установки в нуль шкального индикатора. | |
Ручка 
| Ручка предназначена для изменения коэффициента усиления усилителя постоянного тока (УПТ). | |
Ручка 
| Ручка предназначена для перестройки частоты гетеродина ГРУБО. | |
Ручка 
| Ручка предназначена для подстройки частоты гетеродина ПЛАВНО. | |
| Кнопка II – I | Кнопка предназначена для переключения поддиапазонов гетеродина. | |
| Кнопка
| Кнопка предназначена для переключения грубой и точной шкал шкального индикатора. | |
| НГ и ИМ | Индикаторы индицируют непрерывный и импульсный режим работы соответственно. | |
| Цифровое табло | Цифровое табло, состоящее из сети цифровых семисегментных индикаторов. | |
| MHz, GHz, kHz | Индикаторы индицируют размерность измеряемой величины. | |
| ׀ 000 ׀ (СЧЕТ) | Индикатор засвечивается во время счета прибора. | |
| Шкальный индикатор | Шкальный индикатор предназначен для индицирования синхронизации гармоники частоты гетеродина на измеряемый сигнал. | |
| Индикатор засвечивается при появлении нулевых биений на выходе УПТ. | |
| АТТЕН 1:10 | индикатор индицирует включение аттенюатора в режиме работы прибора по каналу А. |
Порядок работы
1. Подготовка к проведению измерений.
1.1. Для подготовки прибора к проведению измерений произведите следующие операции:
|
|
|
- при работе с внутренним кварцевым генератором переключатель ВНЕШН-ВНУТР (на боковой панели) установите в положение ВНУТР;
- при работе от внешнего опорного сигнала частотой 5 МГц установите этот переключатель в положение ВНЕШН и подключите источник внешнего опорного сигнала к разъему 5 MHz;
- включите питание прибора;
- для проведения измерений при работе от внешнего опорного сигнала прогрейте прибор в течение 15 мин.
1.2. Произведите проверку работоспособности прибора в режиме ▲ (КОНТРОЛЬ) следующим образом:
- нажмите кнопку ▲ на передней панели прибора, при этом прибор измеряет собственный опорный сигнал частотой 5 МГц. Результаты измерений могут отличаться от 5.000 000 МГц не более чем на ±1 последнего разряда;
- нажмите кнопку КОНТР ИНД, при этом на световом табло должны засветиться:
а) цифра 8 на всех цифровых индикаторах и пять старших запятых;
б) индикаторы GHz, MHz, kHz, НГ, ИМ, ׀ 000 ׀, 
, все кнопки и шкальный индикатор кроме кнопки × и КОНТР ИНД.
1.3. Проверьте диапазон перестройки частоты гетеродина. Для этого ручку установите в среднее положение, а ручку установите в крайнее правое положение. При этом при нажатой кнопке II – I на табло будет индицироваться нижняя граница перестройки, при отжатой ‑ верхняя, которые должны быть не более 69.9 МГц и не менее 140.1 МГц соответственно.
2. Измерение частоты непрерывных синусоидальных сигналов по каналу Б.
2.1. Выполните требования раздела 1.
2.2. Нажмите кнопку Б, при этом должен засветиться индикатор НГ на световом табло. Если засветился индикатор ИМ, необходимо еще раз нажать кнопку Б.
2.3. Подключите источник измеряемого сигнала ко входу Б (0.1 GHz – 12 GHz).
2.4. Ручку десятиоборотного потенциометра точной подстройки гетеродина установите в среднее положение.
2.5. Ручку установите в крайнее правое положение (максимум усиления УПТ).
2.6. Кнопку отожмите.
2.7. Ручкой установите шкальный индикатор на нуль. При вращении ручки значение частоты сигнала гетеродина на цифровом табло прибора будет изменяться.
2.8. Ручкой плавно перестраивайте частоту гетеродина, при этом на цифровом табло прибора будет индицироваться ее значение. При достижении потенциометром крайнего левого положения кнопкой II ‑ I переключите поддиапазон гетеродина.
2.9. При настройке (N±1) гармоники сигнала гетеродина на частоту измеряемого сигнала возникает сигнал рассогласования в кольце фазовой автоподстройки часты (ФАПЧ), величина которого в относительных единицах отображается на шкальном индикаторе. При подходе к режиму синхронизации системы ФАПЧ возникают нулевые биения, наличие которых индицируется индикатором . При наличии шумовой дорожки на сигнале рассогласования системы ФАПЧ индикатор также может светиться.
2.10. Убедитесь, что отклонение шкального индикатора вызвано сигналом рассогласования кольца ФАПЧ. При уходе нуля вращение ручки не вызовет заметных изменений на шкальном индикаторе. Уход нуля скомпенсируйте ручкой и вновь плавно перестраивайте частоту гетеродина ручкой .
В режиме же синхронизации вращение ручки вправо и влево будет отслеживаться шкальным индикатором, а частота гетеродина на цифровом табло прибора будет синхронизирована измеряемым сигналом. При срыве синхронизации отклонение шкального индикатора уменьшается скачком. Максимальные отклонения шкального индикатора в режиме синхронизации на соседних гармониках примерно одинаковы и превышают 1/2 шкалы.
2.11. В режиме синхронизации нажмите кнопку (ПАМЯТЬ). При этом значение частоты сигнала гетеродина запишется в памяти МПК как f гет и засветится кнопка .
2.12. Затем вновь ручкой плавно перестройте частоту гетеродина и аналогичным образом настройтесь на соседнюю гармонику сигнала гетеродина.
2.13. Вторично нажмите на кнопку , при этом значение частоты сигнала гетеродина запишется в памяти МПК, как f гет2.
На цифровом табло прибора проиндицируется номер гармоники гетеродина N, на который осуществлена синхронизация. После этого на табло прибора будет индицироваться семиразрядное значение N × f гет2, что соответствует частоте измеряемого сигнала в режиме синхронизации.
2.14. По окончанию работы выключите прибор.
Учебное издание
Изотов Андрей Викторович,
Сержантов Алексей Михайлович,
Волошин Александр Сергеевич
Электронные и квантовые приборы СВЧ
Лабораторный практикум
Подготовлено к изданию РИО БИК СФУ
Подписано в печать 14.05.2012 г. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Печать плоская.
Усл. печ. л. 3,4. Уч.-изд. л. 2,4.
Тираж 100 экз. Заказ 7659.
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391) 206-21-49. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu-kras.ru
Отпечатано Полиграфическим центром
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
Тел. (391) 206-21-49
[1] Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и νe, и её направление определяется с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по направлению движения положительного заряда (в противоположном направлении в случае электронов), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца Fм.
[2] В отличие от динамического режима работы магнетрона, при котором помимо постоянного электрического и магнитного поля присутствует высокочастотное переменное поле. В этом случае анодный ток в закритическом режиме работы магнетрона обусловлен электронами, которые передают свою потенциальную энергию в энергию высокочастотного поля.
[3] Кинетическая энергия, теряемая электроном в тормозящем поле волны, передается СВЧ полю, но эта потеря восполняется за счет уменьшения потенциальной энергии электрона при его смещении вверх под действием E 0. Поэтому говорят, что в приборах типа «M» в энергию СВЧ поля преобразуется потенциальная энергия электронов. Кинетическая энергия участвует в процессе взаимодействия, но она служит лишь посредником, так как ее значение периодически восстанавливается.
|
|
|
