POLITECHNIKA WROCA
AWSKA - INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI,
TELEINFORMATYKI I AKUSTYKI
ZAKA
AD TEORII I TECHNIKI MIKROFALOWEJ
LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ
LABORATORIUM TECHNIKI MIKROFALOWEJ
Ćwiczenie 1, 2, 3 Pomiar częstotliwości i długości fali
Rok akademicki: 2006 / 2007 Semestr: letni
Data wykonania ćwiczenia: 6. 03. 2007
GRUPA 1
Data oddania sprawozdania: 20. 03. 2007
ProwadzÄ…cy: prof. Krzysztof SACHSE
Ćwiczenie wykonali Ocena
1. Cel ćwiczenia
Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się z metodami pomiaru częstotliwości
i długości fali w prowadnicach falowodowych oraz zapoznanie się z metodami pomiaru
współczynnika fali stojącej (WFS) i współczynnika odbicia.
2. Schemat pomiarowy
Poni\
ej przedstawiono schemat pomiarowy, który wykorzystywano podczas wykonywania
tego ćwiczenia.
Rysunek 1 Schemat pomiarowy
3. Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie składało się z kilku części.
3.1 Pomiary częstotliwości i długości fali
Pierwszym punktem ćwiczenia było wyznaczenie krzywej skalowania falomierza. Wyniki
pomiarów przedstawiono poni\
ej. Z otrzymanych wartości wyznaczono krzywą skalowania
falomierza.
Tab.1
f[GHz] 10 9,9 9,8 9,7 9,6 9,5 9,4 9,3 9,2 9,1 9,0
L[mm] 7,92 8,35 8,81 9,28 9,79 10,32 10,89 11,48 12,13 12,80 13,55
Wynik pomiarów będący krzywą skalowania falomierza przedstawiono poni\
ej
(rys. 1).
Krzywa skalowania falomierza
10
9,9
9,8
9,7
9,6
9,5
9,4
9,3
9,2
9,1
9
7 8 9 10 11 12 13 14
L[mm]
Rysunek 2 Krzywa skalowania falomierza
Kolejnym zadaniem było wyznaczenie częstotliwości i długości fali. Pomiary
wykonano dla częstotliwości 9,4 oraz 10 [GHz]. Za ka\
dym razem zestrojono klistron do
wybranej częstotliwości. Klistron był modulowany falą prostokątną 1[kHz]. Pomiary
wykonano dwiema metodami: metodÄ… magiczne T (zwieracz falowodowy oraz  wolna
przestrzeń ) oraz metodą szczelinowej linii pomiarowej. Poszukiwano dwóch kolejnych
minimów amplitudy fali stojącej  długość fali jest to (w tym przypadku) podwojony
otrzymany wynik. Natomiast obliczenie częstotliwości jest uzale\
nione od ośrodka, w którym
fala jest wytwarzana.
Pomiary dla f=9,4[GHz]. Pierwsze pomiary wykonano dla układu magiczne T dla fali
w falowodzie, dwa kolejne minima fali stojącej otrzymano dla długości śruby
cz
Ä™
stotliwo
ść
[GHz]
mikrometrycznej: 1,15 oraz 23,28[mm]. Wobec czego długość fali wynosi 44,26[mm].
Do obliczenia częstotliwości wymagana była znajomość rozmiarów falowodu.
Rysunek 3 Uproszczony model falowodu
Linia szczelinowa została wykonana z falowodu prostokątnego, którego wymiary wynoszą:
a=22.86[mm]
b=10.16[mm]
Maksymalna długość fali, która mo\
e być prowadzona tym falowodem wynosi:
2Ä„
gymn = = 2a = 45.72[mm]
2 2
mĄ nĄ
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
+
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
a b
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
gdzie: m=1; n=0
Długość fali w wolnej przestrzeni wyznaczono ze wzoru:
0
 = = 31.80[mm]
f
2
ëÅ‚ öÅ‚
0
ìÅ‚ ÷Å‚
1+
ìÅ‚ ÷Å‚
gymn
íÅ‚ Å‚Å‚
Częstotliwość sygnału wynosi:
m
3Å"108 îÅ‚ Å‚Å‚
ïÅ‚ śł
c s
ðÅ‚ ûÅ‚
f = = = 9.428[GHz]
0 31.80[mm]
Następnie wykonano pomiary dwóch kolejnych maksimów fali stojącej dla fali
w wolnej przestrzeni. Otrzymano wyniki: 17,05 oraz 100,47[mm]. Wobec czego długość fali
wynosi 31,96[mm]. Ze wzoru:
c
f = ,

obliczono częstotliwość fali: 9,380[GHz].
Następnie wykonano pomiary metodą szczelinowej linii pomiarowej. Odczytano dwa
kolejne maksima fali stojącej: 78,07 oraz 100,47[mm]. Wobec czego długość fali wynosi
44,80[mm]. Analogicznie jak poprzednio wyznaczono długość fali w wolnej przestrzeni
równą 31.99[mm]. Co daje częstotliwość sygnału równą 9.369[GHz].
 Taki sam komplet pomiarów wykonano dla częstotliwości 10[GHz]. Dla układu
magiczne T dla fali w falowodzie uzyskano wyniki: 21,00 oraz 1,15[mm], co daje długość fali
39,70[mm]. Korzystając z podanego wcześniej wzoru obliczono długość fali w wolnej
przestrzeni: 29,97[mm], co daje częstotliwość równą 10.001[GHz].
Następnie mierzono długość fali w wolnej przestrzeni. Otrzymano wyniki: 48,47 oraz
33,48[mm], co daje długość fali: 29,98[mm]. Obliczona częstotliwość fali: 10[GHz].
Następnie wykonano pomiary metodą szczelinowej linii pomiarowej. Odczytano dwa
kolejne maksima fali stojącej: 93,13 oraz 73,43[mm]. Wobec czego długość fali wynosi
39,40[mm]. Następnie obliczono długość fali w wolnej przestrzeni: 29,85[mm], co daje
częstotliwość równą 10.045[GHz].
Poni\
sza tabela przedstawia zestawienie otrzymanych wyników.
Tab.2
f=9.4[GHz] f=10[GHz]
Obliczona częstotliwość [GHz] Obliczona częstotliwość [GHz]
Zwieracz falowodowy 9.428 10.001
Wolna przestrzeń 9.380 10.000
Szczelinowa linia
9.369 10.045
pomiarowa
3.2 Pomiary współczynnika fali stojącej
W tym zadaniu mierzono współczynnik fali stojącej na wejściu regulowanego tłumika
obrotowego ustawionego na ró\
ne wartości tłumienia. Współczynnik fali stojącej jest równy
stosunkowi maksymalnej do minimalnej wartości napięcia fali stojącej. Wyniki pomiaru WFS
w zale\
ności od wartości tłumienia przedstawiono poni\
ej.
Tab. 3
TÅ‚umienie[dB] 20 10 6 3 1
WFS 7,2 2,8 1,6 1,22 1,12
Następnie obliczono współczynniki odbicia oraz straty powrotu. Moduł
współczynnika odbicia i wartość WFS jest powiązana zale\
nością:
Á -1
| “ |= ,
Á +1
gdzie:
Á-WFS.
Poni\
ej w tabeli przedstawiono współczynniki odbicia oraz straty powrotu (RL=-20log(|r|)).
Tab. 4
TÅ‚umienie[dB] 20 10 6 3 1
wsp. Odbicia 0,76 0,47 0,23 0,099 0,057
Straty odbicia 2,43[dB] 6,49[dB] 12,74[dB] 20,08[dB] 24,94[dB]
Ostatnim punktem było wyznaczenie WFS, współczynnika odbicia oraz strat powrotu
dla układu z tłumikiem (ustawionym na tłumienie 1[dB]) oraz dołączonym odcią\
eniem
bezodbiciowym. Odczytano WFS=1,18, wobec czego współczynnik odbicia wynosi 0,083,
a straty odbicia 21,66[dB].
4. Wnioski
W ćwiczeniu nale\
ało zmierzyć długość fali i na tej podstawie obliczyć częstotliwość.
Pierwszym zadaniem było skalowanie falomierza absorpcyjnego, osiągnięta krzywa pokrywa
siÄ™ z teoretycznÄ….
Następnie wykonano pomiar częstotliwości fali w sposób pośredni, tzn. przez pomiar
długości fali. Nale\
ało przesuwać detektor tak, aby znalez
ć minimum fali, następnie
znajdywano kolejne minimum. AnalizujÄ…c pomiary mo\
na stwierdzić, \
e najdokładniejszy
pomiar osiągnięto dla zwieracza falowodowego dla częstotliwości 10[GHz]. Na błąd pomiaru
miał najprawdopodobniej największy wpływ niedokładny odczyt ze śruby mikrometrycznej.
Wyniki obliczeń i pomiarów wykazały, \
e długość fali zale\
y od ośrodka, oraz od
wymiarów falowodu.