ЎЗБЕКИСТОН АЛОҚА ВА АХБОРОТЛАШТИРИШ АГЕНТЛИГИ

ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ УНИВЕРСИТЕТИ

Радиотехника, радиоалоқа ва телерадиоэшиттириш факультети

Антенна-фидер қурилмалари кафедраси

ЛАБОРАТОРИЯ ИШЛАРИ БЎЙИЧА

УСЛУБИЙ ҚЎЛЛАНМАЛАР ТЎПЛАМИ

"Электромагнит майдонлар ва тўлқинлар",

"Электродинамика ва радиотўлқинларнинг тарқалиши",

"Антенналар ва ЎЮЧ қурилмалари"

фанлари учун мўлжалланган

Тошкент 2007

5-лаборатория иши

тӮлқинӮтказгичлар юкламаси импедансини импедометр қурилмаси ЁРДАМИДА ҳисоблаш

1. ИШНИНГ МАҚСАДИ

Тӯлқинӯтказгичли импедометр қурилмаси билан танишиш ва тӯлқинӯтказгичлар юкламаси импедансини (тўла қаршилигини) ҳисоблаш усулларини ўрганиш. Тӯлқинӯтказгичли диафрагмаларнинг импедансини ҳисоблаш.

2. ҚИСҚАЧА НАЗАРИЙ МАЪЛУМОТЛАР

Ӯта юқори частоталар (ЎЮЧ) техникасида кӯпинча тӯлқинӯтказгичнинг геометрик ӯлчамлари шундай олинадики, унда фақатгина бир турдаги тӯлқин тарқалиш имкониятига эга бӯлади. Тўғрибурчакли тўлқинўтказгич учун бу Н₁₀ тўлқиндир. Назарий томондан олиб қаралганда, бир тўлқинли режим ҳолатида тўғрибурчакли тӯлқинӯтказгични иккисимли линия сифатида таҳлил қилиш мумкин. Унда иккала тўлқинўтказгичда ҳам тарқалаётган тўлқиннинг фаза коэффициентлари ва қувватлари бир хил бўлади.

Ҳаво билан тӯлдирилган тӯғрибурчакли тӯлқинӯтказгичда Н₁₀ тӯлқин тарқалганда, эквивалент линиянинг тӯлқин қаршилиги қуйидагига тенг

бу ерда а, b – тӯлқин ӯтказгичнинг кенг ва тор деворлари ўлчамлари;

l -тўлқин узунлиги

Юкламадан тўлқинўтказгичдаги тўлқин узунлиги Λ дан каттароқ масофадаги майдон, асосан, қуйи турдаги тушаётган ва қайтаётган тӯлқинлар билан аниқланади.

Бирон-бир кесимдаги қайтаётган тӯлқин электр майдон кучланганлигининг шу кесимдаги тушаётган тӯлқин электр майдон кучланганлигига нисбати комплекс қайтариш коэффициенти дейилади.

Юкланган тӯлқинӯтказгичнинг эквивалент схемаси сифатида ҳудди шу қийматли қайтариш коэффициентига эга бўлган юкланган иккисимли линияни олиш мумкин. Эквививалент схемалар тўлқинўтказгичларга узун линиялар назариясини қўллаш имконини беради. Демак, юкланган тӯлқинӯтказгичнинг кириш импеданси учун қуйидагини келтириш мумкин [1]

2.1-расмда юкланган тӯлқинӯтказгичнинг эквивалент схемаси ва кучланиш амплитудасининг линия бӯйлаб тақсимланиши келтирилган. Координата боши юклама уланган кесимда жойлашган.

Бу ерда b=2p/λ тӯлқинўтказгичдаги тӯлқин тарқалишининг фазавий доимийси, – юкламадан қайтишнинг комплекс коэффициенти. У қуйидаги формула ёрдамида аниқланади:

, (2.5)

бу ерда |Г_ю| - юкламадан қайтиш коэффициентининг модули,

– юкламадан қайтиш коэффициентининг фазаси.

Қайтишнинг комплекс коэффициенти z координатасининг L/2 даврли даврий функцияси ҳисобланади. Демак, кириш қаршилиги Z_кир(z) ҳам даврий функциядир.

Юклама импедансни топиш учун юкламадан z=nL/2 масофада ётувчи кесимдаги қайтиш коэффициенти модули ва фазасини ҳисоблаш кифоя (n-бутун сон).

, (6)

. (7)

Қайтиш коэффициентини тӯлқинўтказгичли импедометр ёрдамида аниқлаш жуда қулай.

Тӯлқинӯтказгичли импедометр тӯлқинӯтказгич юкламасининг импедансини (комплекс қаршилигини) аниқлаш учун ишлатилади. Қурилманинг тузилиш схемаси 2.2- расмда келтирилган.

2.2-расм. Тўлқинўтказгичли импедометрнинг тузилиш схемаси

Импедометр 2 қисмдан: рефлектометр ва фаза-ўлчагичидан (фазометрдан) иборат.

РЕФЛЕКТОМЕТР икки бир-бирига қарама-қарши йӯналган тармоқлагичлар кӯринишида бӯлиб, улар қайтиш коэффициентини ҳисоблаш учун хизмат қилади.

Тузилиши жиҳатдан тармоқлагичлар ӯлчамлари бир ҳил иккита тӯлқинӯтказгич кесмаларидан (1,2) иборат бӯлиб, асосий тӯлқинӯтказгич билан туйнуклар (3) орқали боғланган. 1- ва 2- тӯлқинӯтказгичларнинг охирларида Z_o мослашган юклама мавжуд. Биринчи тӯлқинӯтказгичнинг чиқишига фақат тушаётган тӯлқин, иккинчи тӯлқин ӯтказгичнинг чиқишига эса қайтаётган тӯлқин тармоқланади.

1- ва 2- тӯлқинӯтказгичлардаги сӯнишни тенглаштириш учун уларнинг чиқишларига ӯзгарувчан сусайтирувчи аттенюаторлар уланган. Юқори частотали қайта улагич ёрдамида 1- ва 2- тӯлқинӯтказгичлар детектор ва индикаторга уланади. Индикатор тушаётган ва қайтаётган тӯлқинлар электр майдонларининг кучланганлиги квадратига пропорционал бӯлган ва даражаларни қайд қилади. Чунки детектор квадратик тавсифга эга. Демак, қайтариш коэффициентининг модули формуласи қуйидагича аниқланади:

2.4-формуладан кӯриниб турибдики, қайтариш коэффициентининг модули ихтиёрий кесимда бир хил ва юкламанинг қайтариш коэффициенти модулига тенг

.

ФАЗОМЕТР фаза айлантиргичи (5) ҳамда қӯзғалмас детекторли каллак (6) дан ташкил топган. У қайтариш коэффициентининг фазасини ӯлчаш учун хизмат қилади. Детекторли каллак тӯлқин ӯтказгич ҳамда детектор ичига ӯрнатилган метал штир (штырь) - зонддан ташкил топган ва электр майдон кучланганлигини қайд қилиш учун ишлатилади. Зонд коаксиал резонатор билан уланган бӯлиб, ӯлчов асбобининг максимал сезгирлигини олиш учун уни тӯлқинӯтказгичдаги тӯлқин частотаси резонансига созлаш лозим. Резонатордаги юқори частотали майдон ӯлчов асбоби занжирига уланган кристалли диод ёрдамида детекторланади.

Фаза айлантиргич (5) тӯлқинӯтказгич кесими бӯлиб, унинг ичида тор деворларга параллель равишда юпқа диэлектрик пластина ҳаракатланади. Фаза айлантиргич ўтаётган тўлқин фазасини ўзгартиради. Умуман олганда, тӯлқинӯтказгичда тушаётган ва қайтаётган тӯлқинлар мавжуд бӯлиб, ихтиёрий Z₁ кесимдаги майдон, шу тӯлқинларнинг суперпозицияси билан аниқланади. Агар қайтган тӯлқин тушаётган тӯлқин билан бир фазада келса, умумий майдон максимал ва аксинча, қарама-қарши фазада келса, минимал бӯлади. Агар қандайдир йӯл билан қайтган тӯлқин фазаси ӯзгартирилса, унда Z₁ кесимдаги майдон минимумдан максимумгача ӯзгартирилиши мумкин. Фаза айлантиргичдан ӯтаётган тӯлқин фазаси диэлектрик пластинани силжитиш орқали ӯзгартирилади. Буни батафсил кӯриб чиқамиз. Параметрлари бӯлган диэлектрик билан тӯлдирилган тӯлқин ӯтказгичдаги тӯлқиннинг фаза тезлиги қуйидагига тенг:

бу ерда: - мухитнинг абсолют диэлектрик ва магнит сингдирувчанлиги;

f – электромагнит майдон частотаси;

f_кр – тӯлқинӯтказгичдаги тӯлқиннинг критик частотаси.

Тӯлқин ӯтказгичдаги тӯлқиннинг узунлиги қуйидагича аниқланади:

2.9-формула шуни кӯрсатадики, диэлектрик сингдирувчанлик ошиши билан, тӯлқиннинг фаза тезлиги камаяди, яъни у секинлашади. Агар тӯлқинӯтказгич диэлектрик билан қисман тӯлдирилган бӯлса, унда 2.9- ва 2.9-а формуладаги абсолют диэлектрик сингдирувчанлик _а ни эффектив диэлектрик сингдирувчанлик _эф билан алмаштириш лозим. Эффектив диэлектрик сингдирувчанлик _эф пластинанинг абсолют диэлектрик сингдирувчанлиги ва ӯлчамига боғлиқ. Шунингдек, электр майдон кенг девор бӯйлаб бир текис тақсимланмаганлиги сабабли (2.3-расм), _эф пластинанинг тӯлқинӯтказгич ичида жойлашишига ҳам боғлиқ бўлади.

Агар пластина электр майдон кучланганлиги кам бӯлган тор деворга яқин жойда жойлашса, унинг тӯлқин тарқалиш тезлиги ва фазасига таъсири сезиларсиз ва аксинча, агар пластина кучланганлик максимал бӯлган тӯлқинӯтказгич марказида жойлашса, _эф юқори ҳамда пластинанинг таъсири катта ва секинлашув эса максимал бӯлади.

Шундай қилиб, пластинани тор девор яқинидан тӯлқинӯтказгичнинг марказига суриб, тӯлқин фазасини бошқариш мумкин. Электромагнит майдон энергиясининг ютилиши кам бӯлиши учун пластина имкон борича юпқа, қайтиш кам бӯлиши учун эса призма шаклида ясалади.

Ихтиёрий юкламадан қайтиш коэффициенти фазасини маълум қайтиш коэффициенти фазасига эга қисқа туташувчи пластинадан қайтган тўлқин билан солиштириб топиш мумкин. Шуни эслатиб ӯтиш керак, қисқа туташувчи пластинадаги қайтиш коэффициенти фазаси га тенг. Фараз қилинг, тӯлқинӯтказгичга қисқа туташган пластиналарни улаганимизда, детектор зонди каллаги жойлашган кесимда электр майдон кучланганлиги тугуни ҳосил бӯлди. Кӯриниб турибдики, ихтиёрий юкламада j_ю қайтиш коэффициенти фазаси билан тугун ҳосил қилиш учун фаза-айлантиргич ёрдамида қӯшимча Dj силжишни ҳосил қилишимиз керак, яъни, j_ю+Dj = p. Бу шартдан j_ю ни топамиз:

j_ю = p–Dj. (2.10)

Фаза айлантиргичи 0 дан 250 гача даражаланган айлана кӯринишида тайёрланган. Юкламанинг импедансини 2.3- формула билан ҳисоблаш ноқулайлиги сабабли, у тӯлиқ қаршиликлар диаграммаси ёрдамида ҳисобланади. Бунда фаза-айлантиргичнинг шкаласини Λ бӯлакларида даражалаш керак. Бунинг учун қисқа туташтирилган юкламада тӯлқинӯтказгичда ҳосил бӯлувчи турғун тӯлқин режимидан фойдаланамиз. Турғун тӯлқиннинг электр майдон кучланганлиги абсолют қиймати қуйидаги формуладан топилади:

Бу боғлиқлик графиги 2.4- расмда келтирилган.

Координата қиймати z ни ҳисоблашни детекторли каллакнинг зонди жойлашган кесим (z=0) дан бошлаймиз. Шунда Dz/L нисбий силжиш мусбат ёки манфий қийматга эга бӯлиши мумкин. Агар детектор квадратик тавсифга эга бӯлса, у холда детекторнинг кӯрсаткичи электр майдон кучланганлиги квадратига пропорционал бӯлади:

a~|E|². (2.12)

Фаза айлантиргич дастагини айлантириб m₁, m₂, …, m_n – шкала кӯрсаткичлари ва индикатор кӯрсаткичлари ₁, ₂, …, _n – ни аниқлаймиз. 2.11- ва 2.12-формулалар ёрдамида Dz₁/L, Dz₂/L,…,Dz_N/L силжишларни топишимиз мумкин. Фаза айлантиргич шкаласи кӯрсаткичи m ва Dz/L силжиш кӯрсаткичларининг боғлиқлик графигини чизиб, фазометрнинг даражаланган эгри чизиғини ҳосил қиламиз.

Бу эгри чизиқдан фойдаланиб, фаза-айлантиргич томонидан, детекторли зонд каллаги жойлашган кесимда электр майдон кучланганлиги тугунини олиш учун киритилган қӯшимча Dj силжишни топишимиз мумкин

Dj = –2bDz = –4pDz/L. (2.13)

Сӯнгра 2.10-формула ёрдамида юкламадан қайтиш коэффициенти фазасини аниқлаш мумкин.

Қуйида тўлқинўтказгичли импедометр қурилмаси ёрдамида юкламанинг импедансини аниқлаш услуби келтирилган.

3. ИШНИ БАЖАРИШ ТАРТИБИ

3.1. Генераторни ёқиб, 5-10 минут қиздиринг.

3.2. Рефлектометр калибровкасини ӯтказамиз. Бунинг учун қуйидагилар ни бажаринг:

а) қисқич (струбцина) билан қисқа туташтирувчи пластинани тӯлқинӯтказгичнинг очиқ учига маҳкамланг;

б) ЮЧ-қайта улагичи чиқишга ӯлчаш асбобини уланг. Рефлектометрнинг аттенюаторлари ёрдамида ЮЧ-қайта улагичнинг «Падающая» ва «Отраженная» ҳолатларидаги ӯлчаш асбобининг кӯрсаткичларини тенглаштиринг.

3.3. Фазометрни даражаланг. Бунинг учун индикаторга детекторли каллакнинг чиқишини уланг. Бунда тўлқинўтказгич қисқа туташтирилган бўлиши шарт.

Фаза айлантиригични 0 шкаласига қӯйинг. Шкала дастагини айлантириб, индикаторнинг максимал кӯрсаткичи a_m ни топинг (2.4-расм, 1-нуқта) ва фаза айлантиргич шкаласининг m₁ кӯрсаткичини ёзиб олинг. Кейинги қийматларни ҳисобланг (0,9a_m, 0,67a_m, 0,344a_m, 0,095a_m, 0) ва уларга мос келувчи m₂, m₃, m₄, m₅, m₆ кӯрсаткичларни ёзиб олинг. Охирги нуқта майдон тугунига мос келади. Шкала дастагини айлантиришда давом этиб, ӯлчаш асбобининг 0,095a_m, 0,344a_m, 0,67a_m, 0,9a_m ва a_m ларга мос келувчи m₇, m₈, m₉, m₁₀, ва m₁₁ қийматларини ёзиб олинг. Ўлчанган қийматларни 3.1-жадвалга киритинг.

3.1-жадвал

Фазометрни даражалаш натижалари

a/am	1,00	0,90	0,67	0,344	0,095	0	0,095	0,344	0,67	0,90	1,00
a
m
Dz/L	-0,25	-0,20	-0,15	-0,10	-0,05	0	0,05	0,10	0,15	0,20	0,25

3.1-жадвал асосида фаза айлантиргичнинг шкаласи кӯрсаткичлари m ва нисбий силжишлар Dz/L орасидаги боғланишни ифодаловчи даражалаш графигини чизинг (3.1-расм).

3.4. Ӯқитувчи томонидан берилган юкламадан қайтиш коэффициенти модули |Г_ю| ва юклама учун электр майдон кучланганликларининг нисбий силжиши Dz/L ни аниқланг. Юкламалар диафрагмалар кӯринишида бӯлади. Тӯлқинӯтказгичга қисқа туташтирилган пластина ӯрнига тадқиқ этилаётган юкламани уланг. Фаза айлантиргич шкаласини қисқа туташтирилган тӯлқинӯтказгичдаги ӯлчаш асбобининг нолли қиймати кузатилган m₆ кўрсаткичга ўрнатинг. Фаза айлантиргич дастагини чапга-ӯнгга бураб, электр майдон кучланганлигинг энг яқин минимумини топинг ва фаза айлантиргичнинг янги кӯрсаткичи m ни ёзиб олинг ҳамда даражалаш графигидан фойдаланиб, минимумнинг нисбий силжиши Dz/L ни топинг (3.1-расмдан фойдаланинг).

Ӯлчаш асбобини ЮЧ-қайта улагич кабелига уланг ва қайта улагични «Падающая» ва «Отраженная» холатларига кетма-кет ӯтказиб, тушаётган α₁ ва қайтаётган α₂ тӯлқинлар сатҳларини ёзиб олинг. 2.8- формула ёрдамида қайтиш коэффициентининг модулини ҳисобланг. Юқоридаги амалларни бошқа юкламалар учун ҳам қайтаринг.

Югурма тўлқин коэффициети (ЮТК) қайтиш коэффициенти модули |Г| билан қуйидаги ифода орқали боғлиқ

3.5. Қайтиш коэффициентининг модули |Г| (ёки ЮТК) ва нисбий силжиш Dz/L ёрдамида тӯлиқ қаршиликлар диаграммасидан юкламанинг меъёрланган импедансини аниқланг. Агар Dz/L мусбат бӯлса, диаграмма айлантиргичини юкламага, манфий бӯлса, генераторга қараб айлантириш керак. Ҳисоблашлар натижаларини 3.2-жадвалга киритинг.

3.2-расм. Тўлиқ қаршиликлар диаграммаси

3.2-жадвал

Экспериментал тадқиқот натижалари

т.р

Диафрагманинг номери ва ўлчамлари

m

Dz/L

aтуш

aқай

|Г|

ЮТК

Zю

Тўлиқ қаршиликлар диаграммаси ёрдамида юкламанинг импедансини аниқлаш услуби “Тўғрибурчакли ва коаксиал тўлқинўтказгичлар иш режимларини тадқиқ этиш” мавзуидаги лаборатория ишида батафсил келтирилган.

4. ҲИСОБОТ ТАРКИБИ

Ҳисобот ӯз ичига қуйидагиларни олиши керак:

4.1. Импедометрнинг структуравий схемаси.

4.2. Даражалаш жадвали ва графиги.

4.3. Экспериментал тадқиқотларнинг натижалари.

4.4. Хулоса.

5. НАЗОРАТ САВОЛЛАРИ

5.1. Тӯлқинӯтказгичнинг бир тӯлқинли режими шартини тушунтиринг ([1] §14.1, §15.1, [2] §3.7, §5.6, [3] §19.2, §19.12).

5.2. Турли юкламаларда (актив, реактив, комплекс) тӯлқинӯтказгичдаги кӯндаланг электр майдонлар амплитудалари тарқалиши графигини чизиб кӯрсатинг ([1] §16.2, [2] §7.1).

5.3. Қайтариш коэффициентини тушунтиринг. Қайтариш коэффициентининг модули ва фазаси нимани тавсифлайди? ([1] §16.2, [2] §7.1).

5.4. Тўғрибурчакли тўлқинўтказгичда Н₁₀ тўлқиннинг тузилишини чизинг ва тушунтиринг ([1] §14.1, [2] §3.5, [3] §19.6).

5.5. Тўғрибурчакли тўлқинўтказгичда Н₁₀ тўлқиннинг тўлқинўтказгич кенг девори бўйлаб электр майдон кучланганлиги амплитудаси ифодасини ёзинг ва Е=j(а) боғлиқлик графигини чизинг ([1] §14.1, [2] §3.5).

5.6. Тўлқинўтказгичдаги нобиржинсликларда қандай физик жараёнлар юзага келади? ([1] §16.1, [2] §6.9).

5.7. Йўналтирилган тармоқлагич деб нимага айтилади? ([1] §17.5, [2] §8.8, [3] §24.10).

5.8. Импедометр қурилмасининг вазифасини тушунтиринг. У қандай қисмлардан иборат? ([2] §8.9).

5.9. Рефлектометрнинг иш принципи ва тузилишини тушунтириб беринг.

5.10. Фазометрнинг иш принципи ва тузилишини тушунтириб беринг. ([2] §8.12, [3] §24.4).

5.11. Фаза айлантиргич нима? Унда тўлқин фазасини ўзгартириш қандай амалга оширилади? ([2] §5.5, §8.12, [3] §24.4).

5.12. Нима учун диэлектрик пластинанинг тўлқинўтказгичдаги жойлашувини ўзгартирсак ундаги тўлқин фазаси ўзгаради? ([2] §5.5).

5.13. Фазометр нима учун керак? Уни даражалаш услубини тушунтиринг.

5.14. Диафрагма деб нимага айтилади? Тўғрибуракли тўлқинўтказгичда индуктив ва сиғимли диафрагмаларни кўрсатинг ва тушунтиринг. ([1] §17.2, [2] §6.5).

5.15. Тўлиқ қаршиликлар диаграммасида қуйидаги қийматларнинг қайси чизиқларда жойлашишини кўрсатинг:

а) қайтиш коэффициентининг модули;

б) меъёрланган актив қаршилик қийматлари;

в) меъёрланган реактив қаршилик қийматлари.

5.16. Қайтиш коэффициенти фазаси ва модулини билган ҳолда, қандай қилиб Вольперт диаграммаси бўйича тўлиқ қаршилик аниқлаш мумкин? ([1] §16.4, [2] §7.4).

АДАБИЁТЛАР

1. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ, том 1. М.: Высшая школа, 1970.

2. Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. М.: Сов. радио, 1964.

3. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1971.

Лаборатория ишлари бўйича услубий қўлланмалар тўплами "Электромагнит майдонлар ва тўлқинлар", "Электродинамика ва радиотўлқинларнинг тарқалиши", "Антенналар ва ЎЮЧ қурилмалари" фанлари учун мўлжалланган

АФҚ кафедраси мажлисида кўриб чиқилган (12.06.2005 й. даги 30-баённома) ва нашрга тавсия этилган.

Тузувчилар:

асс. Шахобиддинов А.Ш. (1...7-ишлар)

доц. Ликонцев Д.Н. (1...7-ишлар)

асс. Расулев У.А. (1 ва 2-ишлар)

доц. Габзалилов Г.Ф. (6-иш)

катта ўқит. Кан В.С. (3-иш)

Масъул муҳаррир: доц. Ликонцев Д.Н.

Муҳаррир: Парпиева Қ.

Лаборатория ишлари бўйича услубий қўлланмалар тўплами РРТФ ИУК мажлиси 12.09.2005 й. 1-баённомаси асосида нашрга тавсия этилган.