Wnioski
Celem naszego ćwiczenia laboratoryjnego było zapoznanie się z parametrami linii przesyłowych oraz praktycznymi metodami ich pomiaru.
Linia przesyłowa jest to układ powierzchni granicznych różnych materiałów, umożliwiający skierowany przepływ energii pola elektromagnetycznego.
W punkcie pierwszym ćwiczenia mierzyliśmy długość fali za pomocą linii przesyłowej. Do wejścia linii podłączyliśmy generator mikrofalowy. Na wyjściu linii doprowadziliśmy do zwarcia. Następnie zmierzyliśmy dwa kolejne położenia minimum (zera) napięcia w linii l01 i l02 metodą widełkową. Stosuje się ją przy małych odbiciach gdzie minimum jest szerokie. Zwiększa ona dokładność wyznaczenia minimum. Polega ona na pomiarze szerokości minimum przez ustalenie położeń sond L1 i L2 z obu stron minimum napięcia, przy których wskazania woltomierza są jednakowe. Jest ono wówczas średnią arytmetyczną L1 i L2. Pierwsze minimum wyszło nam 41,5mm a drugie 91,35mm. W dalszej części tego punktu obliczyliśmy długość fali. Do tego celu wystarczy znać wartości dwóch pierwszych minimów λ=2(l02-l01) które obliczyliśmy metodą widełkową. Długość fali wyszła 99,7mm.
W drugim punkcie ćwiczenia zajęliśmy się skalowaniem detektora mikrofalowego. Należało to zrobić ponieważ, napięcie na wyj. detektora przy pomiarze napięcia minimalnego jest proporcjonalne do kwadratu tego napięcia a przy pomiarze max jest wprost proporcjonalne. Skalowanie ujednolica wobec tego pomiary. Przeprowadziliśmy je w takich samych warunkach jak w poprzednim ćwiczeniu czyli przy zwartej na końcu linii. Przesuwaliśmy sondę od pierwszego minimum l01=41,5mm (przy którym napięcie wyjściowe detektora U=0) aż do położenia lmax =66,5mm(przy którym napięcie wyjściowe U=13.4mV). Otrzymane wartości U należało unormować do Umax i wykreślić charakterystykę U/Umax=f(L/ λ). Na tym samym wykresie należało umieścić wykres funkcji sin(2πL\λ). Po przerzutowaniu punktów z charakterystyki pomiarowej otrzymaliśmy charakterystykę skalowania detektora. Charakterystyka ta służy do obliczenia rzeczywistych rozkładów napięć w linii.
W trzecim punkcie ćwiczenia przeprowadzaliśmy pomiar rozkładu napięcia w linii dla różnych obciążeń. Najpierw dokończyliśmy pomiar napięcia dla Zk=0. Otrzymana charakterystyka jest zbliżona do teoretycznej.
Następnie zmierzyliśmy rozkład napięcia w linii przy dwóch obciążeniach reaktancyjnych. Z charakterystyk można wywnioskować charakter obciążenia czy jest indukcyjne czy też pojemnościowe. Przy obciążeniu pojemnościowym wartość odległości pierwszego minimum jest mniejsze od 1/4λ a przy obciążeniu indukcyjnym wartość odległości pierwszego minimum jest pomiędzy 1/4λ a 1/2λ.. Zgadza się to z naszym pomiarem i jest widoczne na charakterystyce. Także to że nie schodza one do zera gdyż na końcu linii występuje reaktancja o charakterze rzeczywistm.
W czwartym punkcie ćwiczenia zmierzyliśmy rozkład napięcia w linii w zmodyfikowanym układzie pomiarowym ( zmieniliśmy położenie wrót wyjściowych) dla nieznanego obciążenia zespolonego. Otrzymana charakterystyka ma kształt sinusoidy. Dodatkowo obserwowaliśmy też wartości napięć przy dopasowaniu linii. Teoretycznie powinna to być linia prosta. W rzeczywistości zaś zaobserwowaliśmy pewne drobne odchylenia na plus jak i na minus.
Obliczana początkowo wartość długości fali potrzebna nam była do wyliczenia współczynnika odbicia a dokładniej jego argumentu. Następnie wykorzystując stosunek napięcia max do minimalnego mogliśmy wyznaczyć współczynnik fali stojącej a w konsekwencji moduł współczynnika odbicia. Najmniejszą wartość miał on dla obciążenia zespolonego(równy 0.49) a największą dla obciążenia pojemnościowego (równy 0.95). Parametry linii pozwoliły zaś obliczyć impedancję wejściowe badanych obciążeń. Dla obciążenia indukcyjnego i pojemnościowego obliczyliśmy też pojemność i indukcyjność a dla zespolonego rezystancję i indukcyjność. Impedancję wejściowa można było policzyć na dwa sposoby : analitycznie lub graficznie. Ja wykorzystałam tą druga metodę czyli odczytałam impedancję z wykresu Smitha (kołowego). Z wykresu tego można się zorientować w stopniu dopasowania. Im bliżej środka wykresu leży punkt(lub krzywa będąca wykresem impedancji w funkcji częstotliwości) tym dopasowanie impedancyjne jest lepsze.
Wykres składa się z okręgów, mających wspólny punkt po prawej stronie wykresu oraz łuków. Na okręgach zaznaczamy część rzeczywistą impedancji, a jej wartości są widoczne na osi poziomej. Łuki odpowiadają reaktancjom, przy czym reaktancja o charakterze indukcyjnym jest zaznaczana w górnej połowie, a o charakterze pojemnościowym w jego dolnej połowie.
Ćwiczenie to umożliwiło dość dokładny pomiar parametrów linii oraz długości fali. Świetna w tym celu okazała się metoda widełkowa - nie jest ona skomplikowana a pomogła dokładnie wyznaczyć długość fali. Błędy w charakterystykach wynikają z niedokładnego pomiaru napięcia ( do czego przyczynił się woltomierz analogowy). Także obliczone wartości impedancji są niedokładne. Wynika to z trudności w odczytywaniu dokładnych wartości z wykresu Smitha. Co za tym idzie także wartości indukcji, pojemności i rezystancji są niedokładne.