Узбекистон Алока ва ахборотлаштириш агентлиги

Тошкент ахборот технологиялари университети

Антенна-фидер курилмалари кафедраси

ТУлкин Утказгич импедометр курилмаси билан танишиш ва тУлкин Утказгичлар юкламаси импедансини

Хисоблаш

Электромагнит тулкинлар ва майдонлар фанидан 5-лаборатория иши

тавсифи

Тошкент – 2002

Иш максади

Тулкин утказгич импедометр курилмаси билан танишиш ва тулкин утказгичлар юкламаси импедансини ҳисоблаш усуллари.

Ишни бажариш учун топширик

Тулкин утказгич диафрагмаларининг импедансини ҳисоблаш.

Кискача назарий маълумот

Ута юкори частоталар техникасида, купинча, тулкин утказгичнинг геометрик улчовлари шундай олинадики, ундан факатгина бир турдаги тулкин таркалиш имкониятига эга булади.

Бир турдаги тулкинли тулкин утказгичнинг эквивалент схемаси сифатида 2 симли линия олиниши мумкин. Унда таркалишининг фазавий доимийси тулкин утказгичдаги таркалишнинг фазавий доимийсига тенг.

Ҳаво билан туйдирилган туғри бурчакли тулкин утказгичда Н₁₀ тулкин таркалганда, эквивалент линиянинг тулкин каршилиги (1) формуладан топилади

                           (1)

бу ерда а,b – тулкин утказгичнинг кенглиги ва баландлиги.

Юкламадан  масофадан каттарок булган масофадаги майдон, асосан, куйи турдаги тушаётган ва кайтаётган тулкинлар билан аникланади.

Бирон-бир кесимдаги кайтаётган тулкиннинг электр майдон кучланганлигининг шу кесимдаги тушаётган тулкин электр майдон кучланганлигига нисбати кайтаришнинг комплекс коэффициенти дейилади.

                                             (2)

Юкланган тулкин утказгичнинг эквивалент схемаси сифатида каршилигида юкланган тулкин утказгичдаги каби  кайтариш коэффициентини таъминлаб берувчи 2 симли линияни олиш мумкин. Юкланган тулкин утказгичнинг импеданси учун 1- ва 2- формулаларни ёзиш мумкин:

                            (3)

1-расмда юкланган тулкин утказгичнинг эквивалент схемаси ва кучланиш амплитудасининг чизик буйлаб таксимланиши келти

рилган. Координата боши

                                 (4)

юклама  куйилган кесимда ётибди. Бу ерда - тулкин таркалишининг фазавий доимийси,  – юкламадан кайтишнинг комплекс коэффициенти. У куйидаги формула ёрдамида аникланади:  

                                     (5)

бу ерда |Г_н| - юкламадан кайтиш коэффициентининг модули,– юкламадан кайтиш коэффициентининг фазаси ва модули.

Кайтишнинг комплекс коэффициенти Z координатада ётувчи, даври га тенг булган даврий функция ҳисобланади, бунга кура, кириш каршилиги Z_вх(z) ҳам даврий функциядир.

Юклама импедансни топиш учун юкламадан ярим тулкин узунлигининг (z=n, n-бутун сон) бутун кисмига тенг булган масофада ётувчи кесимдаги кайтиш коэффициенти (модули ва фазаси) ни ҳисоблаш кифоя.

                       (6)

                              (7)

Кайтиш коэффициентини тулкин импедометри ёрдамида ҳисоблаш жуда кулай.

Тулкин утказгичли импедометр кисмларининг тузилиши ва бажарадиган вазифаси

Тулкин утказгичли импедометр тулкин утказгич юкламасининг импеданси (комплекс каршилик)ни ҳисоблаш учун ишлатилади. Курилманинг структуравий схемаси 2- расмда келтирилган.

Импедометр 2 кисмдан: рефлектометр ва фазаметрдан иборат.

РЕФЛЕКТОМЕТР икки бир-бирига карама-карши йуналган тармоклагичлар куринишида булиб, улар кайтиш коэффициентини ҳисоблаш учун хизмат килади.

Тузилиши жихатдан тармоклагич икки булак тулкин утказгич (1,2) дан иборат булиб, уларнинг улчовлари, асосий тулкин утказгич улчовларига тенг.  Бу икки булак тулкин утказгичлар асосий тулкин утказгич билан умумий деворга эга булиб, улар бир-бирига  тешиклар тизими (3) оркали боғланган.

1- ва 2- тулкин утказгичларнинг охирларида Z_o келишилган юклама мавжуд. Биринчи тулкин утказгичнинг чикишига факат тушаётган тулкин, иккинчи тулкин утказгичнинг чикишига эса кайтаётган тулкин тармокланади. Йуналтирилган тармоклагичлар туғрисида тулик маълумотни /1-,3-/ дан олишингиз мумкин.

1- ва 2- тулкин утказгичлардаги сунишни тенглаштириш учун уларнинг чикишига узгарувчан сусайтирувчи-аттенюаторлар уланади. Юкори сифатли кайта улагич ёрдамида 1- ва 2- тулкин утказгичлар детектор ва индикаторга уланади. Индикатор детекторнинг квадратик тавсифида тушаётган ва кайтаётган тулкинлар электр майдонларининг кучланиши квадратига  пропорционал булган  ва  даражаларни кайд килади.

Кайтариш коэффициентининг модули формуласи куйидагича аникланади:

                                            (8)

4- формуладан куриниб турибдики, кайтариш коэффициентининг модули ҳар кандай кесимда бир хил ва юкламадан олинган кайтариш коэффициентининг модулига тенг:

                                          (8А)

ФАЗАМЕТР фаза-айлантиргич (5) ҳамда кузғалмас детекторли каллак (6) дан ташкил топади. У кайтариш коэффициенти фазасини улчаш учун хизмат килади. Детекторли каллак тулкин утказгич ҳамда детектор ичига урнатилган металли штирь зонддан ташкил топади ва электр майдон кучланганлигини кайд килиш учун ишлатилади. Зонд коаксиал резонатор билан уланган булиб, уни тулкин

утказгич ичидаги тулкинлари частотаси резонансига мос узгартирган ҳолда улчов асбобининг сезгирлигини максимал кийматгача ошириш мумкин. Резонатордаги юкори частотали майдон улчов асбоби занжирига уланган кристалл диод ёрдамида детекторланади.

Фаза-айлантиргич (5) бу тулкин утказгич булиб, унинг кундаланг кесими асосий тулкин утказгич кундаланг кесимига тенг, унинг ичида тор деворларга параллель равишда юпка диэлектрик пластина ҳаракатланиши мумкин. Умуман олганда, тулкин утказгичда тушаётган ва кайтаётган тулкинлар мавжуд булиб, ихтиёрий Z₁ кесимдаги майдон, шу тулкинларнинг суперпозицияси билан аникланади. Агар кайтган тулкин тушаётган тулкин билан бир фазада келса, умумий майдон максимал ва аксинча, карама-карши фазада келса, минимал булади. Агар кандайдир йул билан кайтган тулкин фазаси узгартирилса, унда Z₁ кесимдаги майдон минимумдан максимумга караб узгаради. Фаза-айлантиргичдан утаётган тулкин фазаси диэлектрик пластинани силжитиб узгартирилади. Буни батафсил куриб чикамиз. Параметрлари  булган диэлектрик билан тулдирилган тулкин утказгичдаги тулкиннинг фазавий тезлиги куйидагига тенг:

                     (9)

Бу ерда  - мухитнинг абсолют диэлектрик ва магнит сингдирувчанлиги;

f – электромагнит майдон частотаси;

f_кр – тулкин утказгичдаги тулкиннинг критик частотаси.

Тулкин утказгичдаги тулкиннинг узунлиги куйидагича аникланади:

         (9А)

9- формула шуни курсатадики, диэлектрик сингдирувчанлик ошиши билан, тулкиннинг фазавий тезлиги камаяди, яъни  у секинлашади.  Агар тулкин утказгич кисман диэлектрик билан тулдирилган булса, унда 9- ва 9А- формуладаги абсолют диэлектрик сингдирувчанлик _а урнига эффектив диэлектрик сингдирувчанлик _эф куйилади. Эффектив сингдирувчанлик _эф пластинанинг абсолют диэлектрик сингдирувчанлиги ва улчамига боғлик. Шунингдек, электр майдон кенг девор буйлаб бир текис таксимланмаганлиги сабабли (3-расм), _эф пластинанинг тулкин утказгич ичида жойлашишига ҳам боғлик экан.

 Агар пластина электр майдон   кучланганлиги ва _эф кам  булган  тор деворга якин жойлашса,  унинг тулкин таркалиш тезлиги ва фазасига таъсири сезиларсиз ва аксинча, агар пластина кучланганлик максимал булган тулкин утказгич марказида жойлашса,    _эф    юкори    ҳамда пластинанинг таъсири

катта ва секинлашуви эса максимал булади. Шундай килиб, пластинани тор девор якинидан тулкин утказгичнинг марказига суриб, тулкин фазасини бошкариш мумкин. Электромагнит энергиясининг ютилиши кам булиши учун пластина етарлича юпка, кайтиш кам булиши учун эса призма куринишида олинади.

Ихтиёрий юкламадан кайтиш коэффициенти фазасини маълум бир киска туташувчи пластинадан кайтиш коэффициенти фазаси билан солиштириб топиш мумкин. Шуни эслатиб утамизки, киска туташувчи пластинадаги кайтиш коэффициенти фазаси га тенг. Фараз киламиз, тулкин утказгичга киска туташган пластиналарни улаганимизда, детектор зонди каллаги жойлашган кесимда электр майдон кучланганлиги тугуни ҳосил булди. Куриниб турибдики, эркин юкламада _н кайтиш коэффициенти фазаси билан тугун ҳосил килиш учун фаза-айлантиргич ёрдамида  кушимча силжишни амалга ошириш керак: . Бу шартдан _н ни топамиз:

                                        (10)

Фаза-айлантиргич 0 дан 250 гача даражаланган айлана куринишида булади. Юкламанинг импедансини 3- формула билан ҳисоблаш нокулайлиги сабабли, уни тулик каршиликлар диаграммаси ёрдамида ҳисобланади. Бунда фаза-айлантиргичнинг даражалаш шкаласини булакларга булиш керак. Бунинг учун кискартирилган тулкин утказгичда ҳосил булувчи турғун тулкинлардан фойдаланамиз. Турғун тулкиннинг электр майдон кучланганлиги абсолют киймати куйидаги формуладан топилади:

                             (11)

Бу боғланишнинг графиги 4- расмда келтирилган:

Зонд

Z ни ҳисоблашни детекторли каллакнинг зонди жойлашган кесим (Z=0) дан бошлаймиз. Бунда нисбий силжиш мусбат ёки манфий булиши мумкин. Агар детектор квадратик тавсифга эга булса, у холда детекторнинг курсаткичи  электр майдон кучланганлиги квадратига пропорционал булади:

                                                 (12)

Фаза-айлантиргич дастагини бураш билан m₁, m₂, …, m_n – шкала курсаткичлари ва индикатор курсаткичлари ₁, ₂, …, _n – ни аниклаймиз. 11- ва 12- формулалар ёрдамида силжишнинг куйидаги кийматларини топишимиз мумкин: , , …, .

Фаза-айлантиргич шкаласи курсаткичи m ва силжиш курсаткичлари оркали график тузиб, фазаметрнинг даражали эгри чизиғини ҳосил киламиз.

Бу эгри чизиғидан фойдаланиб, фаза-айлантиргич томонидан, детекторли зонд каллаги жойлашган кесимда минимум электр майдон кучланганлигини олиш учун киритилган кушимча силжишни топишимиз мумкин.

Сунгра 10- формула  ёрдамида юкламадан кайтиш коэффициенти фазасини аниклаш мумкин.

Ишни бажариш тартиби:

1. Генераторни ёкиб, 5-10 минут киздиринг.

2. Бу ишда индикатор вазифасни бажарувчи баллистик гальванометрни ёкинг, бунда гальванометр шкаласида ёруғлик нури пайдо булади. Булиш ручкасини «100 или 500» га куйинг.

3. Рефлектометр калибровкасини утказамиз. Бунинг учун куйидагилар керак: а) винт билан кикса туташувчи пластинани тулкин утказгичнинг очик учига котириш; б) тушувчи ва кайтувчи тулкинлар кайта улагичидан келувчи чикишга улчаш асбобини улаш. Рефлектометр аттенюаторининг дастагини бураш билан улчаш асбобидаги ВЧ-кайта улагичнинг «Падающая» ва «Отраженная» курсаткичларини тенглаштириш.

4. Фазаметрни даражалаш. Бунинг улчаш асбобига детекторли каллакнинг кабелини улаш керак, бунда тулкин утказгич кискартирилган булиши шарт.

Фаза-айлантиригич шкаласини нолинчи булимга куйинг. Шкала дастагини айлантириб, улчаш асбобининг максимал курсаткичи  ни топинг (4-расм, I нукта) ва m₁ фаза айлантиргич шкаласи курсаткичини ёзиб олинг. Шкала дастагини айлантириб асбобнинг куйидаги курсаткичларини ёзиб олинг: 0,9, 0,67, 0,344, 0,095, 0. Бу кийматларга мос келувчи m₂, m₃, m₄, m₅, m₆ курсаткичларни ёзиб олинг. Охирги нукта тугун майдони билан устма-уст тушиши шарт. Шкала дастагини айлантиришда давом этиб, улчаш асбобининг 0,095, 0,344, 0,67, 0,9,  курсаткичларини олинг ва m₇, m₈, m₉, m₁₀, m₁₁ кийматларни ёзиб олинг.

Юкорида олинган улчаш асбобининг курсаткчилари 1-жадвалдаги кийматларига мос келади.

	1,000	0,900	0,670	0,344	0,095	0	0,099	0,344	0,670	0,900	1,000
m
	-0,25	-0,20	-0,15	-0,10	-0,05	0	0,05	0,10	0,15	0,20	0,25

1-жавдал асосида фаза-айлантиргичнинг шкаласи курсаткичлари m ва нисбий силжишлар  орасидаги боғланишни ифодаловчи даражалаш графигини ясанг.

5. Укитувчи томонидан берилган юкламадан кайтиш коэффициенти модули |Г_н| ва юклама учун электр майдон кучланганликларининг нисбий силжиши ни аникланг. Юкламалар тулкин утказгичнинг охирига уланган диафрагмалар куринишида булади. Тулкин утказгичга киска туташтирилган пластина урнига изланаётган юкламани уланг. Фаза-айлантиргич шкаласидаги m_o булинмани кискартирилган тулкин утказгичдаги улчаш асбобининг нолинчи курсаткичига туғриланг. Фаза-айлантиргич дастагини чапга-унгга бураб, электр майдон кучланганлигинг энг якин минимумини топинг. Фаза-айлантиргич курсаткичи m_o ни  ёзиб олинг ва даражалаш графигидан фойдаланиб,  минимумининг силжишини топинг.

Улчаш асбобини ВЧ-кайта улагич кабелига уланг, кайта улагични «Падающая» ва «Отраженная» га кетма-кет утказиб, тушаётган ₁ ва кайтаётган ₂ тулкинлар даражаларини ёзиб олинг. 8- формула ёрдамида кайтиш коэффициенти модулини ҳисобланг. Юкоридаги ҳаракатларни бошка юкламалар учун ҳам кайтаринг.

6. Кайтиш коэффициенти модули |Г|, нисбий силжиш ва тулик каршилик диаграммаси ёрдамида юкламанинг нормалланган импедансини ҳисобланг. Тулик каршиликлар диаграммаси хакида маълумот учун /1/ га каранг. Агар  мусбат булса, диаграмма айлантиргичини юкламага, манфий булса, генераторга караб айлантириш керак.

Ҳисобот

Ҳисобот уз ичига куйидагиларни олиши керак:

1. 1-жадвал учун чизилган даражаланган график.

2. Барча юкламалар учун топилган минимумларнинг нисбий силжиши.

3. Юкламадан кайтишнинг комплекс коэффициентлари.

4. Юкламаларнинг нормалланган импеданси.

5. Хулоса.

Тайёрланиш учун саволлар

1. Тулкин утказгичнинг бир тулкинли режими шартини айтинг.

2. Икки симли линия ва тулкин утказгич тулкин каршиликларини топишдаги фарк.

3. Турли юкламаларда (актив, реактив, комплекс) тулкин утказгичдаги кундаланг электр майдонлар амплитудалари таркалиши графигини чизиб курсатинг.

4. Тулкин утказгичнинг кайтариш коэффициенти ва кириш каршиликларига таъриф беринг.

5. Фазаметрнинг иш принципи ва тузилишини тушунтириб беринг.

6. Рефлектометрнинг иш принципи ва тузилишини тушунтириб беринг.

7. Фазаметрни даражалаш.

8. Тулик каршиликлар диаграммаси ёрдамида юкламалар импеданси кандай ҳисобланади?

Адабиётлар

1. Лебедев И.Б. Техника и приборы СВЧ, том 1, §§ 5.5, 7.1, 7.2, 7.4(в). М:, Высшая школа, 1970.

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

3. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика, §§ 15.1, 16.1-16.4, 17.5., М:, Связь, 1971.

АФК кафедрасининг мажлисида

куриб чикилган «____»_____200__й

ва купайтиришга тасдикланган

(___ - баённома).

Тузувчилар: асс. Еремина М.А.

                           асс. Губенко В. А.

Масъул муҳаррир: доц. Габзалилов Г.Ф.

Муҳаррир: Парпиева К.