Коммерциялық емес акционерлік қоғам
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Радиотехника кафедрасы

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ТОЛҚЫНДАРДЫ ТАРАТУ ТЕОРИЯСЫ
5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығының
студенттері үшін зертханалық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқау

 

Алматы 2013

Құрастырушылар: Сүйеубаев О.Б., Накисбекова Б.Р. Электромагниттік толқындарды тарату теориясы. 5В071900 - Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының барлық оқу түрінің студенттері үшін зертханалық жұмысты орындауға арналған тапсырмалар мен әдістемелік нұсқаулар. - Алматы: АЭжБУ, 2013. – 23б.

Әдістемелік нұсқауда барлық  зертханалық  жұмыстарды жүргізу және дайындалу, жұмысқа байланысты сипаттамалар, эксперименталды қондырғылар, тәжірибелі өңдеу мәліметтері және жүргізілу әдістері, қолданылатын әдебиеттер тізімі мен бақылау сұрақтары енгізілген.

Әдістемелік нұсқаулар радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған.

Сурет 5, әдеб.көрсеткіштері – 6 атау.

Пікір беруші: физ.-мат.ғыл.канд., доцент А.А. Аманбаев

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2013 ж. басылым жоспары бойынша басылады.

ã «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2013 ж.

Әдістемелік нұсқау «Электромагниттік толқындарды тарату теориясы» пәні бойынша 5В071900 - Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығының барлық оқу бөлімінің студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған.

Бұл әдістемелік нұсқау электромагниттік толқындарды байланыс желісімен тарату ерекшеліктері, желінің режімдері  мен келісім сұрақтары бойынша зертханалық жұмыс тапсырмаларын толық әрі дұрыс орындау үшін қажет.

Бұл жинақта кейбір байланыс желісінің құрылымы, электромагниттік толқындардың таралу ерекшеліктері, желідегі электромагнит өрісінің  параметрлері және негізгі сипаттамаларын меңгеру мақсатында зертханалық жұмыстар  енгізілген. Жинақтағы әрбір зертханалық жұмыс  мақсаты, зертханалық қондырғының қысқаша сипаттамасы, өзіндік жұмыс, жұмысты орындауға нұсқаулар, есеп берудің мазмұны және бақылау сұрақтарынан тұрады.

Әрбір зертханалық жұмыс  4 сағатта орындалады.

Зертханалық  жұмысты 3-4 адамнан тұратын бригада бойынша орындау керек. Орындалатын істің суреттемесі дәріс курсы немесе тиісті әдебиеттерден оқытылуы керек. Сабақ  жүргізетін оқытушы студентті тексеріп, жұмысты орындауға рұхсаттама береді.

Барлық  сипаттамалардағы айнымалы мәні орнында * таңбасы берілсе, жұмысты орындауға қажетті параметр мәнін оқытушы береді.

Әрбір студенттің орындаған зертханалық жұмысының есебі бөлек парақтарға жазылады. Графиктер масштабының көрсетілуі миллиметрлі қағазға немесе компьютерлі техникамен құрылуы керек. Есептің соңында орындалған жұмыс бойынша қысқаша қорытынды және алынған нәтижені теориялық мәліметтерге сәйкес бағалау көрсетілуі тиіс.

Зертханалық жұмысты бастау алдында студент техника қауіпсіздігінің ережесімен танысуы тиіс.

 

НАЗАР АУДАРЫҢЫЗ! Элементті генераторға қосқанда немесе ажыратқанда оны өшіру керек. Генераторды тек қана өлшеу барысында қосу керек. Техника қауіпсіздігінің  ережесімен талап етіледі.

 

          1 Зертханалық жұмыс №1. Радиотаратқыштың дисперсионды қасиеттерін зерттеу

 

Жұмыстың мақсаты: радиотаратқыштың дисперсионды қасиеттерін зерттеу, толқынжол өлшеуіш сызығының құрылғысын өлшеуді үйрену, өлшегіш құрылғымен жұмыс істеу ілімін алу.

 

1.1Зерттелінетін толқынжол мен зертханалық қондырғылардың қысқаша сипаттамасы

 

Тікбұрышты қималы  радиотаратқыштың дисперсионды қасиетін зерттеуге арналған қондырғының құрылымдық сызба нұсқасы 1.1 - суретте берілген.

Қондырғы құрылымы: жоғары жиілікті генератор (1), толқынжол өткелі (2); өлшеуіш толқынжол желісі (3); өлшеу құрылғысы (4), айнымалы реактивті жүктеме (5). Жоғары жиілікті генератор сантиметрлі диапазон ішінде  тербелісті қоздыруға арналған. Зерттелетін толқынжол үзіндісі ретінде Р1-27 желісіне  мүмкіндігі бойынша ұқсас, сигнал генераторының жиіліктік диапазонына сәйкес желідегі толқынжолды аламыз.  Өлшеуіш құрылғы қызметін микроамперметр атқара алады, мұндағы микроамперметр кірісіне өлшеуіш сызық детекторынан сигнал түседі. Толқынжол өткелі генератор мен өлшеуіш сызықтың толқынжол секциясын сәйкестендіру үшін қолданылады.

 

1.1 сурет - Зертханалық қондырғының блок-сұлбасы

 

1.2 Үй тапсырмасы

 

1.2.1 Жұмыстың сипаттамасын оқу және қолданылатын құралдарды қолдану ережесімен танысу (Б қосымша);

1.2.2 Зерттелетін толқынжол Н₁₀ типтес толқыны бар біртолқындық режимдегі жұмыс істей алатын жиілік диапазонын бағалау;

1.2.3 Бір толқындық режимге сәйкес жиілік диапазонында Н₁₀ типті толқын үшін генератордағы толқын ұзындығы λ* мен толқынжолдағы λ_в толқын ұзындығының тәуелділік графигін тұрғызу;

1.2.4 Н₁₀ толқыны үшін V_ф фазалық жылдамдығы мен  V_гр  топтық жылдамдығының генератордағы толқын ұзындығына тәуелділік графигін құрастыру;

1.2.5 Үлестік h толқын санын және Н₁₀ типтес толқын үшін  Z_H  толқынжолының сипаттамалық кедергісін есептеп, олардың генератордағы толқын ұзындығына тәуелділік графигін тұрғызу.

 

1.3 Жұмыс тапсырмасы мен әдістемелік нұсқаулар

 

1.3.1 Зертханалық қондырғыны өлшеуге дайындау.

1.3.2 Бір толқындық режимге сәйкес жиілік диапазонында Н₁₀ типті толқын үшін генератордағы толқын ұзындығы λ* мен толқынжолдағы λ_в толқын ұзындығының тәуелділік графигін тұрғызу (кемінде бір модты аралықта 5 нүкте). Өлшеудің нақтылығын жоғарылату үшін "Вилка" әдісін қолдану ұсынылады (А қосымша).

1.3.3 Толқынжолдағы толқын ұзындығын жүктеме кедергі поршенін жылжыта отырып анықтау. Алдындағы тапсырманың нәтижесімен салыстыру.

1.3.4 1.3.2-пункттегі тәжірибе  нәтижелерін қолдана отырып, топтық және фазалық жылдамдықты, үлестік толқын санын және толқынжолдың салыстырмалы кедергісін есептеу және олардың генератордағы толқын ұзындығына тәуелділік графигін тұрғызу.  

1.3.5 Детектор градуировкасын орындау. Детектордың градуировкалы қисығын құрастыру (А қосымша).

1.3.6 Реактивті жүктемеде кезіндегі үлестік қимадағы электр өрісі кернеулігін анықтау. Қума толқынды есептеп, график тұрғызу. Тапсырманы орындау барысында өлшеуіш желі қадамын 0.1×l_В  - мәнінен артық алмаған жөн.

 

1.5 Есеп беру

 

1.5.1 Жұмыс мақсаты мен зертханалық құрылғының сызбасы.

1.5.2 Есептеу формуласы және тапсырманың есептік нәтижесі: бір модты жұмыстың аралық шекарасы, кестелер.

1.5.3 Тәжірибе нәтижелерінің кестесі, графиктер.

1.5.4 Тәжірибелік нәтижелерді есептеу нәтижелерімен салыстырудан тұратын жұмыс қорытындысы және мүмкін болатын айырмашылықтарға түсіндірме жасау.

 

1.6 Бақылау сұрақтары

 

1.6.1 Тікбұрышты қималы  толқынжолға толқынның қандай түрлері таралуы мүмкін?

1.6.2 Тікбұрышты қималы  толқынжолда қандай толқын негізгі болып табылады?

1.6.3 Шектік толқын ұзындығы деген не және оның толқынжолдың геометриялық параметрлеріне тәуелділігі?

1.6.4 Фазалық және топтық жылдамдық деген не?

1.6.5 Электромагниттік тербелістің бірқалыпты жиілігі кезінде фазалық жиілікке толқынжол өлшемдерінің әсері.

1.6.6 а) Н₁₀, б) Н₀₁, в) Н₂₀, г) Н₀₂, д) Н₁₁, е) Е₁₁, ж) Е₂₁ тікбұрышты толқынжолдағы толқын өріс кескінін бейнелеңіз.

1.6.7 Өлшеу желісінде детектор градуировкасы не үшін жүргізіледі?

1.6.8 Өлшеу желісі құрылымы және жұмыс істеу принципі.

1.6.9 Дисперсия деген не және толқынжолдағы дисперсиялық қасиет неге алып келеді?

1.6.10 Тікбұрышты толқынжолдағы Н_mn және Е_mn толқыны үшін n және m индекстерінің физикалық мағынасын түсіндіріңіз.

1.6.11 Н₁₀ фазалық жылдамдығының жиілікке тәуелділік графигін тұрғызыңыз;  

1.6.12 Е₁₁ топтық жылдамдығының жиілікке тәуелділік графигін тұрғызыңыз;  

1.6.13 Е₁₁ сипаттамалық кедергісінің жиілікке тәуелділік графигін тұрғызыңыз;

1.6.14 Толқынжолды толтыратын ортаның салыстырмалы диэлектрлік өткізгіштігі артқан кезде Н₁₀ фазалық жылдамдығының жиілікке тәуелділігі қалай өзгереді?

1.6.15 Толқынжол арқылы берілетін электрмагниттік энергияның жіберілетін шектік қуат мөлшері неге тәуелді?

1.6.16 Бір сызбада фазалық жылдамдықтың толқын ұзындығына тәуелділігін бейнелеңіз: а) Н₁₀; б) Н₀₁; в) Н_{20 ;} г) Е₁₁.

1.6.17 Бір сызбада топтық жылдамдықтың толқын ұзындығына тәуелділігін бейнелеңіз: а) Н₁₀; б) Н₀₁; в) Н_{20 ;} г) Е₁₁.

1.6.18 Бір сызбада сипаттамалы толқын кедергісінің толқын ұзындығына тәуелділігін бейнелеңіз: а) Н₁₀; б) Н₀₁; в) Н₂₀; г) Е₁₁.

 

2 Зертханалық жұмыс №2. Жолақты желіні зерттеу

 

Жұмыстың мақсаты: симметриялық жолақ желісіндегі электромагнит өрісінің құрылымын зерттеу.

 

2.1 Зертханалық қондырғыны сипаттау

 

2.1 - суретте симметриялық жолақ желісіндегі электромагнит өрісінің құрылымын зерттеуге арналған зертханалық қондырғының құрылымдық сұлбасы берліген. Қондырғы құрылымы: жоғары жиілікті генератор (1), Р1-3 желісіне мүмкіндіктері бойынша ұқсас келетін өлшеуіш жолақты желі (2), өлшеулі  қондырғы (3) және жүктемелер: қысқа тұйықтауыш (4),  реактивті жүктеме (5), келісілген жүктеме немесе жиіліктік арақашықтыққа сәйкес келетін антенна (6).

Жоғары жиілікті генератор сантиметрлі диапазон ішінде  тербелісті қоздыруға арналған. Өлшеуіш жолақты желі кірісіне коаксиалды кабель арқылы ЖЖ тербелістер келеді. Ал өлшеуіш желісінің келесі айырғышына зерттеліп отырған жүктеме жалғанады. Өлшеуіш қондырғыға өлшеуіш желінің зондты басының ТЖ айырғышынан сигнал келіп түсіеді.

 

2.1 сурет - Зертханалық қондырғының құрылымдық сұлбасы

 

2.2 Үй тапсырмасы

 

2.2.1 Жоғарғы типті бірінші толқынның критикалық толқын ұзындығы   болған жағдайдағы біртолқындық режимдегі жиілік диапазонын анықтау қажет. Мұндағы b=6 мм – желідегі ішкі өткізгіштің көлденең өлшемі.

2.2.2 Симметриялы жолақты желісіндегі көлденең толқын өрісін бейнелеу.

          2.2.3 Бос жүріс, қысқа тұйықталу және келісілген жүктеме кезіндегі уақыттың екі моментіндегі сызық бойымен электр өрісі кернеулігінің таралу графигін тұрғызу.

 

          2.3  Жұмыс тапсырмасы мен әдістемелік нұсқаулар

 

2.3.1 Зертханалық қондырғыны өлшеуге дайындау.

2.3.2 Жолақты желідегі  толқын ұзындығының генератордағы  толқынұзындығына тәуелділік графигін тұрғызыңыз. Өлшеудің нақтылығын жоғарылату үшін «Вилка» әдісін қолдану ұсынылады (А қосымша).

2.3.3 Өлшеуіш жолақты желідегі детектордың градуировкалық сипаттамасын анықтап, графигін тұрғызыңыз (А қосымша).

          2.3.4 Реактивті  жүктемедегі (ЭРСК-III -ке ұқсас)  жолақты желі бойымен электр өрісі кернеулігінің таралу графигін тұрғызу және қума толқын  коэффициентін мына формула арқылы анықтаңыз:

мұндағы  жєне  сәйкесінше өлшеу аспабының максималды және минималды мәні.

          2.3.5 2.3.4 тапсырмасын келісілген жүктеме үшін қайталаңыз (ЭРК-III ұқсас).

          2.3.6 Ашық шығыс кезіндегі жолақты желі бойымен электр өрісі кернеулігінің таралуын анықтаңыз.

          Жолақты желінің ашық шығысындағы қуат бойынша шағылысу коэффициентін келесі формуламен анықтаңыз:

Жолақты желінің ашық шығысында қуаттың қай бөлігі шағылысатынын анықтаңыз.

          2.3.7    2.3.6-тапсырманы жүктеме ретінде антеннаны алып, қайталаңыз.

 

          2.4 Есеп беру

 

2.4.1 Жұмыс мақсаты мен зертханалық құрылғының сызбасы.

2.4.2 Есептеу формуласы және тапсырманың есептік нәтижесі: бірмодты жұмыстың аралық шекарасы, кестелер.

2.4.3 Тәжірибе нәтижелерінің кестесі, графиктер.

2.4.4 Тәжірибелік нәтижелерді есептеу нәтижелерімен салыстырудан тұратын жұмыс қорытындысы және мүмкін болатын айырмашылықтарға түсіндірме.

 

          2.5 Бақылау  сұрақтары

 

2.5.1 Жолақты желіде  қандай толқын түрі таралуы мүмкін?

2.5.2 Жолақты желіде қандай толқын негізгі болып табылады?

          2.5.3 Коаксиалды желіні деформациялау  жолымен симметриялы жолақты  желіні қалай алуға болады?

          2.5.4 Қандай жиілік диапазонында жолақты желі арнасы қолданылады?

          2.5.5 Жолақты желіде біртолқынды режим қай жиілік диапазонында жұмыс істейді?

2.5.6 Жолақты желінің артықшылықтары мен кемшіліктерін атап өтіңіз.

          2.5.7 Симметриялы жолақты желіде квази-көлденең толқын үшін электр өрісінің сызықтарын бейнелеңіз.

2.5.8 Т типті толқынның қасиеттеріне физикалық сипаттама беріңіз.

2.5.9 Жолақты желіде өріс құрылымы калай өлшенеді?

          2.5.10 Жолақты желінің ашық жағынан (конца) шағылысқан толық қуаты қалай анықталады?

          2.5.11 Симметриалы жолақты желінің толқындық кедергісі неге тәуелді?

 

 

3 Зертханалық жұмыс №3. Тікбұрышты көлемді резонаторды зерттеу

 

Жұмыстың мақсаты: тікбұрышты көлемді резонаторлардағы электромагниттік өрісінің құрылымын, сонымен қатар олардың қозу тәсілдерін зерттеу. 

 

3.1 Зертханалық қондырғыны сипаттау

 

Тікбұрышты көлемді резонаторды зерттеуге арналған зертханалық құрылғының құрылымдық сұлбасы 3.1 суретте бейнеленген. Тербеліс көзі ретінде аса жоғары жиілікті генератор жұмыс жасайды (1), және содан таралатын сигнал коаксиалды кабелі көмегімен және толқынжолды-коаксиалды өткел арқылы келіп түсетін өлшеуіш толқынжол желісіне негізделіп орындалған тікбұрышты көлемді резонатордан (4) тұрады.

Зерттеу объектісі болып тікбұрышты көлемді резонатор табылады (2) және оның параметрлері поршен (7) көмегімен ауысып тұрады. Көлемді резонатордағы өрісті тарату үшін өлшеу зондын (5) пайдаланамыз. Зондтағы сигнал детекторға (3) келіп түседі және детекторға түскеннен кейін – индикаторлы қондырғыға барады (6). 

 

 

3.1 сурет - Зертханалық қондырғының құрылымдық сызба нұсқасы

 3.2 Үй тапсырмасы

 

3.2.1  жиілігіндегі Н₁₀₂ және Н₁₀₃ типті тербеліс үшін ауамен толтырылған тікбұрышты көлемді резонатордың L резонанстық ұзындығын анықтау. Резонатордың ішкі көлденең қимасының өлшемдері: а=28,5 мм; b=12,6 мм;

3.2.2 Н₁₀₂ және Н₁₀₃* типтес тербелістер үшін тікбұрышты  резонатордың ішіндегі электромагниттік өріс компоненттерін  есептеу керек және қалыпты масштабта графигін тұрғызу керек.

3.2.3 Тікбұрышты резонатордағы электр және магнит өрісінің  желісін және осы типті тербелістер үшін жазықтықты токтарды бейнелеу керек.

3.2.4 Н₁₀₂ және Н₁₀₃  тербелістер жағдайындағы   жиілікке бағытталған тікбұрышты резонатордың беріктігін есептеу керек. Резонатор қабырғасындағы материалдың өткізгіштігі .

 

3.3 Жұмыс тапсырмасы мен әдістемелік нұсқаулар

 

3.3.1 Н₁₀₃ типі тербелісте жұмыс істейтін тікбұрышты резонаторды қоздырушы тербеліс жиілігі бар резонансқа бағыттап резонатор ұзындығы бойынша электр өрісін тарату. Резонансты жиіліктің резонанстың геометриялық өлшемдеріне критикалық жағдайы есебінен  микрометрлі винті бар жылжымалы поршень көмегімен резонаторды бағыттау керек. Поршеннің бастапқы калпы резонатордың өлшеуіш ұзындығы бойынша анықталады.  Өлшеу нәтижелерін алу барысында детектордың квадраттық сипаттамасы есебінен құрылғы көрсеткіштері Е²-қа тура пропорционал екенін естен шығармау керек.

3.3.2 Н₁₀₃ тербеліс жағдайы үшін генератордың жиілігін өзгерту әдісімен резонатордың беріктігін (добротность) анықтау қажет. Бұл үшін резонаторды поршенді жылжыту әдісімен бағыттау қажет. Ары қарай генератордың тербеліс жиілігін өзгерте отырып, индикаторлық аспаптың максималды мәні көрсеткішінен 0,5 деңгейінде резонансты қисықтың  енін анықтау керек. Резонатордың беріктік көлемін келесі формула бойынша анықтаңыз: 

.

3.3.3 Н₁₀₂  тербелісінде жұмыс істейтін тікбұрышты резонаторды зерттеу. Ол үшін  1,2 пункттегі тәжірибе тапсырмаларын қайталау керек.

 

          3.4 Есеп беру

 

3.4.1 Жұмыс мақсаты мен зертханалық құрылғының сызбасы.

3.4.2 Есептеу формуласы және тапсырманың есептік нәтижесі: бірмодты жұмыстың аралық шекарасы, кестелер.

3.4.3 Тәжірибе нәтижелері кестесі, графиктер.

3.4.4 Тәжірибелік нәтижелерді есептеу нәтижелерімен салыстырудан тұратын жұмыс қорытындысы және мүмкін болатын айырмашылықтарға түсіндірме.

 

3.5 Бақылау сұрақтары

 

3.5.1 Неліктен АЖЖ-те қарапайым тербеліс контурлары емес, көлемді резонаторлар қолданылады?

3.5.2 Көлемді резонаторлардың қолданылу аймағын атаңыз.

3.5.3 Тікбұрышты резонаторда төменгі типті тербелістердің қай түрлері қолданылады?

3.5.4 Көлемді резонатордың жеке дара резонанстық жиіліктерінің көпшілігін қалай түсіндіруге болады?

3.5.5 Резонатордағы қандай тербеліс туынды деп аталады?

3.5.6 Н_mnp және Е_mnр тербелістері үшін m, n және р индекстерінің физикалық мағынасын түсіндіріңіз.

3.5.7 Көлемді резонатор беріктігінің физикалық мағынасы.

3.5.8 Көлемді резонатор беріктігінің мәндері қандай тәсілмен анықталады?

3.5.9 Резонатор беріктігін арттыру әдістері.

3.5.10 Резонатор беріктігі тікбұрышты көлемді резонаторда қай параметрлерге тәуелді: а) Н₀₁₁; б) Н₀₁₂; в) Н₁₀₁; г) Н₁₀₂; д) Е₁₁₀?

3.5.11 Қандай тербелістер үшін көлемді резонатордың резонансты жиілігі резонатор ұзындығына тәуелді емес?

3.5.12 Егер, көлемді резонаторды диэлектрлік өткізгіштігі  болатын диэлектрлікпен  толтырса, оның  резонанстық жиілігі қалай өзгереді?

3.5.13 Н₁₀₃ және Е₁₁₀ тікбұрышты резонаторда тербелісті қалай қоздыруға болады?

3.5.14 Тікбұрышты көлемді резонаторда Н₁₀₂ тербелісін туындату үшін штырдың (штырь) оңтайлы орналасуын көрсетіңіз.

3.5.15 Тікбұрышты резонаторда тербеліс өрісін түсіндіріп, суретін салыңыз а) Н₁₀₁; б) Н₁₀₂; в) Н₁₀₁; г)Н₁₀₂, д)Е₁₁₀.

3.5.16 Тікбұрышты резонаторда тербелістің кеңістіктік тогын бейнелеңіз а) Н₁₀₁; б) Н₁₀₂; в)Н₀₁₁; г)Н₁₁₂; д) Е₁₁₀.

3.5.17 Заттың параметрлерін анықтауға арналған тікбұрышты көлемді резонатор ажыратқышты болуы тиіс. Резонатордың параметрлеріне байланыстың кемшіліктері әсер етпеу үшін ток желісімен түйіс (стык) қиылыспауы қажет. Тербелістің негізгі режимінде жұмыс істей отырып осы талаптарды қанағаттандыруға болады ма? Егер болса, резонатор бөліктері арқылы түйіс сызығы калай өтуі тиіс?  

 

          4 Зертханалық жұмыс №4. Жүктемелік кедергіні өлшеу және толқынжол тракттағы элементтерін келістіру әдістерін меңгеру

 

Жұмыстың мақсаты: толық кедергіні өлшеу әдістері мен таратқыш желісінің толқындық кедергісі бар жүктеме кедергісінің кең жолақты және тар жолақты келісімдерінің әдістерін меңгеру.

 

4.1 Зертханалық қондырғыны сипаттау

 

4.1.1 4.1 - суретте зертханалық қондырғының сұлбасы берілген. Жүктеменің кіріс кедергісін толқын ұзындығының сантиметрлі диапазонында анықтауға арналған зертханалық қондырғы АЖЖ тербеліс генераторынан (1), Р1-28-ке мүмкіндіктері бойынша ұқсас және генератордың жиілік диапазонына сәйкес өлшеуіш желіден (2) және зерттелетін жүктеме кедергіден (3) тұрады.     

4.1 сурет - Зертханалық қондырғының сұлбасы

 

4.1.2 Толқынның дециметрлі диапазонында жүктеменің параметрлерін өлшеу үшін 4.2 суретте сұлба нұсқасы келтірілген қондырғы қолданылады. Қондырғы генератордан (1), Р3-35-ке мүмкіндігі бойынша ұқсас толық кедергі өлшеуішінен (3), диапазонға сәйкес жолақты сүзгіден (Р3-35 комплектіге кіреді) (2) және зерттелетін жүктемеден (4) тұрады.  

4.2 сурет - Зертханалық қондырғының сұлбасы

 

 

4.2 Үй тапсырмасына дайындық

 

4.2.1 Бірмодты f* жұмыс диапазонындағы орталық жиілігінде жұмыс істейтін тікбұрышты қимадағы толқынжолдың ашық кеңістіктегі біріншілік жақындауындағы ЖТК анықтау қажет.

4.2.2 f* жиілігіндегі толқындық кедергісі 50 Ом, ұзындығы 9 м коаксиалды таратқыш желісінің соңында ажыратылған кіріс кедергіні анықтау қажет.  

 

4.3 Жұмыс тапсырмасы мен әдістемелік нұсқаулар

 

4.3.1 Жұмыстың сипатын және жұмыс барысында пайдаланылатын құрал-жабдықтармен жұмыс істеу ережелерімен танысу (Б қосымша);

4.3.2 4.1 - суретке сәйкес зертханалық қондырғыны жинау. Жүктеме ретінде келістірілген жүктеме немесе рупорлық антеннаны қолдану керек.

НАЗАР АУДАРЫҢЫЗ! Өлшеуді бастамас бұрын төменде берілген –пункттермен соңына дейін танысу керек.

(f_min-f_max)* жиілік диапазонындағы таратқыш желінің ТТК анықтау. Төмендегі формула арқылы толық кедергіні есептеу керек:

 

,              (4.1)

 

мұндағы R_H – жүктеменің кіріс кедергісінің активті бөлігі;

          X_H – жүктеменің кіріс кедергісінің реактивті бөлігі;

           - тарату коэффициенті;

          Z_B – толқынжолдың сипаттамалық кедергісі;

L₀ –жүктемелі желідегі өріс кернеулігінің таралуының минималдар жүктемесі мен қысқа тұйықталу режимі арасындағы айырмашылық.

L₀ анықтау үшін өлшеуіш желіні қысқа тұйықтайды; желіде тура толқын пайда болады, қысқатұйықтағыш маңында өріс кернеулігінің бірінші түйінінің қимасына зонд орнатады. Бұл қиманың қалпын арақашықтықтың есептік шкаласы бойынша белгілеп алады да, арақашықтықтары l/2 болатын түйіндер бойына генераторға қарай жылжытып отырады. Ары қарай қысқатұйықтағыш орнына зерттелген жүктемені қою керек; желіде аралас толқындар режимі орнатылады. Желі бойында өріс таралуы максималды және минималды мәндер қабылдайды; қысқа тұйықталу кезінде минимумдар түйіндерге қатысты жылжытылады. Зондты анықталған түйінге жақын минимумның қалпына орнатады да қашықтық шкаласы бойынша мәндер есепке алынады. 

4.3.3 Жүктеме кедергі және толқынжолдың сипаттамалық кедергісі арқылы берілетін шағылысу коэффициентін анықтау керек:

                                                 (4.2)

Жүктеменің активті  және реактивті құраушыларының жиілікке тәуелділік графигін тұрғызу қажет.

 Резонансты құраушының жиілігінен жоғары және төмен мәндерінде жүктеме кедергінің реактивті құраушысының қасиетін анықтау.

4.3.4 4.2 - суретке сәйкес зертханалық қондырғыны жинау. Оқытушы берген жиілік диапазонында ТТК анықтау. Егер Р3-35-ке мүмкіндіктері бойынша ұқсас толық кедергі өлшеуішін пайдаланылса, есептеулер үшін өлшеуіш құрамына кіретін кедергі диаграммасын қолдану керек. 

4.3.5 Жүктеме кедергісі және желінің толқын кедергісі бойынша шағылысу коэффициентін анықтау керек. Жүктеме кедергінің жиілікке тәуелділік графигін тұрғызу қажет. Есептелінген барлық жиілік мәндері үшін кедергінің векторлық диаграммасын тұрғызу керек. Диаграммада қума толқын режиміне сәйкес векторды көрсету қажет.

Резонансты жиілік мәндерінен жоғары және төмен жиілікте реактивті құраушының қасиетін анықтау керек.

 

4.4 Есеп беру

 

4.4.1 Жұмыс мақсаты мен зертханалық құрылғының сызбасы.

4.4.2 Есептеу формуласы және тапсырманың есептік нәтижесі: бір модты жұмыстың аралық шекарасы, кестелер.

4.4.3 Тәжірибе нәтижелерінің кестесі, графиктер;

4.4.4 Тәжірибелік нәтижелерді есептеу нәтижелерімен салыстырудан тұратын жұмыс қорытындысы және мүмкін болатын айырмашылықтарға түсіндірме.

 

4.5 Бақылау сұрақтары

 

4.5.1 ТТК (ЖТК) және шағылысу коэффициенті бір-бірімен қалай байланысады?

4.5.2 Не үшін таратқыш желіні жүктемемен сәйкестендіру керек?

4.5.3 Таратқыш желінің толқын - ширегінің негізгі қасиеті қандай?

4.5.4 Кешенді жүктемемен таратқыш желіні кеңжолақты сәйкестендіруінің принципі.

4.5.5 Бір реактивті шлейф көмегімен таржолақты сәйкестендірудің принципі.

4.5.6 Бірдеңгейлі ауысуға қарағанда көпдеңгейлі ауысу неге кеңжолақты болып табылады?

4.5.7 Егер шлейфтің толқындық кедергісінің мәні желі кедергісіне тең болмаса, бір реактивті шлейфпен сәйкестендіру әдісі қалай өзгереді?

4.5.8 Шығыны бар тарату желісіндегі  сәйкестендіру деңгейі осы желі бойынша үздіксіздік тербеліс режимінде АЖЖ максималды қуат деңгейіндегі тарату қабілеттілігіне қалай әсер етеді?

4.5.9. Белгілі өшулері бар тарату желісіндегі ПӘК жүктеме сәйкестендіруінің сапасына қалай тәуелді?

4.5.10 Дөңгелек диаграмма көмегімен берілген ұзындықтағы қысқатұйықталған шлейфтің өткізгіштігін қалай анықтауға болады?

4.5.11 Таржолақты сәйкестендіру кезінде трансформатордың толқын ширегінің қосылу орнын қалай анықтауға болады?

4.5.12 Кеңжолақты сәйкестендіру кезінде компенсациаланған контурдың толқындық кедергісі қалай таңдап алынады?

4.5.13 Толқын-ширекті трансформатордың және параллельді шлейф көмегімен резонансты жүктемені кеңжолақты сәйкестендіру әдісі қалай орындалады?

4.5.14 Желінің кіріс кедергісінің активті және реактивті бөлімінің қысқатұйықталу режиміндегі толқын ұзындығына тәуелділік графигін тұрғызыңыз.

4.5.15 Желінің кіріс кедергісінің активті және реактивті бөлімінің активті жүктеме режиміндегі толқын ұзындығына тәуелділік графигін тұрғызыңыз.

4.5.16 Желінің кіріс кедергісінің активті және реактивті бөлімінің бос жүріс режиміндегі толқын ұзындығына тәуелділік графигін тұрғызыңыз.

4.5.17 Желінің кіріс кедергісінің активті және реактивті бөлімінің реактивті жүктеме режиміндегі толқын ұзындығына тәуелділік графигін тұрғызыңыз.

 

А қосымшасы

 

Өлшемдерді жүргізу әдістемесі бойынша нұсқау

 

А.1 «Вилка» әдісі бойынша толқын ұзындығын өлшеу.

 

Сызық шолғысын (зонд) индикаторлық аспаптың минималды көрсеткішіне сәйкес келетін күйіне орнатыңыз. Содан соң сызық шолғысын минимумға жақын күйде келтіріп, индикаторлық аспаптың α көрсеткішін белгілеп алыңыз. Шолғы күйі бойынша өлшеуіш сызықтың есептік шкаласы l₁ арқылы есеп беріңіз, содан соң индикаторлық аспаптың белгіленген минималды α көрсеткішінің келесі бетіне шолғыны ауыстырып, шолғының l₂ күйі бойынша есеп беріңіз. Минималды l₀ күйін келесі формуламен анықтаймыз:

                                                   (А.1)

Келтірілген әдісті пайдалана отырып, есептелінген минимумға жақын мәнді анықтап, толқын ұзындығын осы минимумдардың екі еселенген аралығы ретінде табу керек.

 

А.2 Детектор градуировкасы.

Өлшеуіш сызықта сипаттамалары сызықты емес  детекторлы диодтар қолданылады. Бұл өлшемдерді жүзеге асыру үшін алдымен қума толқын коэффиценті өлшемі ретінде детектор градуировкасын орындау қажет.

Детектор гадуировкасы процесі бір шығысы қысқа тұйықталған өлшеуіш сызықта  толқындар пайда болуында негізделеді. Осыған байланысты сызық бойында электр өрісі кернеулігі синусоидалы заңмен өзгереді

 

Е=Е_msin(2∙π∙z/ λ_в) ,                                           (А.2)

 

мұндағы, z – координата;

Е_m - электр өрісі кернеулігінің максималды мәні;

λ_в - сызықтағы толқын ұзындығы.

 

Детектор градуировкасы келесі ретпен орындалады:

а) өлшеуіш сызыққа қысқа тұйықталған жүктемені жалғау;

б) сызықтағы λ_в толқын ұзындығын өлшеу («вилка» әдісін қолдану ұсынылады);

в) өлшеуіш сызық шұлғысын электр өрісінің максималды күйіне сәйкес орнатыңыз. Сызықтағы қуат деңгейін индикаторлық аспаптың тілі бүкіл шкалаға қисайып немесе мүмкін болатын максималды мәнге дейін баратындай етіп реттеу;

г) содан кейін шұлғыны электр өрісі кернеулігінің минимумына сәйкес орнатамыз;

д) кезекпенен шұлғыны z_n=0,0025∙n∙ λ_в (n=0,1,2,...) аралығында электр өрісі минимумынан бастап орнатыңыз. Шұлғының z_n күйіне сәйкес индикаторлық аспаптың α_n көрсеткіштерін жазып алыңыз;

е) шұлғының әрбір z_n күйі үшін тура толқынның электр өрісі кернеулігінің мәнін келесі формуламен есептеңіз:

 

Е=Е_msin(2∙π∙z_n/ λ_в) .                                      (А.3)

 

Есептеу кезінде электр өрісі кернеулігінің максималды мәнін 100-ге тең деп алыңыз;

ж) Детектордың градуировкалық қисығын тұрғызыңыз. Абсцисса осіне электр өрісі кергеулігінің мәндерін, ордината осіне сәйкесінше индикаторлық аспаптың көрсеткіштерін α_n бірлігінде  алыңыз.

А.3 Шағын шағылысуларды «Түйіндерді жылжыту» әдісімен есептеу.

АЖЖ техникасында қолданылатын байланыс элементтері (бүгілулер, бұрылыстар, айналмалы байланыстар және т.с.с.) бағыттау жүйелеріне аз да болсын шағылыстарға әкеп соғады. Келтірілген элементтердің  шағылысуларының кіші мәндерін есептеу түйіндерді жылжыту әдісімен есептеледі. Зерттеліп отырған элемент өлшеуіш сызық пен қысқа тұйықталған жылжымалы жүктеме аралығында қосылады.

Қысқа тұйықталған жүктеменің поршенін жылжыту кезінде сол бағытта электр өрісі кернеулігінің минимумдары (түйіндері) да жылжиды. Егер зерттеліп отырған элемент шағылысуға әкелмесе, электр өрісі кернеулігі түйінінің күйінің жылжуы поршень орын ауыстыру шамасына тең. Егер шағылысу болса, электр өрісі кернеулігі түйінінің күйінің жылжуы поршень орын ауыстыру шамасынан артық немесе кем болады. Олардың айырмашылығы қысқа тұйықталған жүктемедегі шағылысқан толқын мен зерттеліп отырған элементтегі шағылысқан толқынның ара қашықтығына байланысты болады.

Поршень мен  өлшеуіш сызықтың өріс түйінінің жылжуы мен поршеннің жылжу көлемі арасындағы айырмашылық графигі синусоидалы қисықты береді. Синусоида А (серпу жартысы) амплитудасы зерттеліп отырған элементтің R шағылысу коэффицентімен байланысты:

 

                   |R|≈A∙(2π/λ_B).                                                (А.4)

 

Бұл әдістегі шағылысу коэффициентін есептеу қателігі өлшеуіш сызықтағы өріс түйіні мен қысқа тұйықталған жүктеме күйінің есептік дәлдігіне байланысты. Сондықтан дәлдікті жоғарылату үшін өріс түйіні күйін есептеу шкаласы бойынша есептеу керек. Поршень күйін есептеу қысқа тұйықталған жүктеме бойынша жүзеге асады.

 

Өлшеулер келесі ретпен орындалады:

а) сызықтағы λ_в толқын ұзындығын өлшеу;

б) қысқа тұйықталған жүктемедегі поршеннің бастапқы күйі х₀ мен өлшеуіш сызықтағы қандай да бір түйіннің бастапқы у₀ күйін белгілеп алу;

в) қысқа тұйықталған жүктеменің поршенін бастапқы х₀ күйінен мына арақашықтықта жылжытады:

       d₁=0.1∙λ_{B .}                                                  (А.5)

 

Өлшеуіш сызықтағы электр өрісі түйіндері де сол бағытта жылжиды. Есеп шкаласы және өлшеуіш сызғышы бойынша таңдалған өріс түйінінің жаңа у₁ күйіне есеп беру жүргізіледі. Ары қарай сәйкесінше поршенді бастапқы х₀ күйінен d_n=0.1∙n∙λ_B  (n=2,3,...11)  арақашықтықта орнатып, таңдалған өріс түйінінің сәйкес  у_n күйін белгілеп алу;

г) z_n=(y_n-y₀)-d_n мәнін есептеп, жазып алу;

д) z_n=f(d_n) тәуелділік графигін тұрғызу;

е) график бойынша синусоида А.2 ауытқуын анықтау және зерттеліп отырған элементтің шағылысу коэффиценті R көлемін анықтау.

 

Б қосымшасы

 

Тәжірибелер жүргізу кезінде қолданылатын аспаптардың техникалық сипаттамасы мен  оларды пайдалану

 

Б.1 Сигнал генераторлары: Г4-79, Г4-82, Г4-83.

 

Г4-79, Г4-82, Г4-83 сигнал генераторлары жабық жерде жұмысқа арналған ауыспалы зертханалық аспаптар болып табылады.

Генерацияланатын жиілік диапазондары:

Г4-79       1,78 - 2,56 ГГц;

Г4-82       5,6 - 7,5 ГГц;

Г4-83       7,5 - 10,5 ГГц.

Аспапты жұмысқа дайындау: СЕТЬ тумблерімен аспапты іске қосу, кем дегенде 15 мин аспапты қыздыру. Талап етілген жиілікті МГц тұтқасымен орнату, ал ауыстырып-қосқышты НГ күйіне орнату.

 

Б.2 Сигнал генераторлары: Г4-37 А, Г4-76 А.

 

Жоғарғы жиілікті ауытқуларды 400-1200 МГц диапазонында генерациялауға арналған. Өлшеуді орындау үшін генераторды әзірлеу:

- генератор өшірулі екеніне көз жеткізу немесе өшіру;

- шығыс қуатының басқару құрылғысын сол жағындағы шеткі күйге орнату;

-СЕТЬ тумблерін қосу;

-ГЕНЕРАТОР ВЧ тумблерін қосу;

-талап етілген жиілікті МГц тұтқасымен орнату;

-шығыс қуатының басқару құрылғысымен қажетті ВЧ ауытқу деңгейін қою.

Б.3 Р1-3 өлшеуіш коаксиалды сызығы.

 

Р1-3 өлшеуіш коаксиалды сызығы тура толқындардың параметрлерін коаксиалды тракттарда өлшеуге арналған.

Жиілік диапазоны: 2-10,35 ГГц.

ТТК өлшеу:

Сызық бойымен шолғы мен жылжымалы бөлікті жылжыта отырып, индикаторлық аспап көмегімен индикатордың максималды α_макс және минималды α_мин мәндерін анықтайды да ТТК келесі формула бойынша есептейді:

                          ТТК= .                                             (Б.1)      

 

Б.4 Р1-28 Өлшеуіш толқынжол сызығы.

 

Сызық қума толқынның коэффициентін, толқынжолда толқын ұзындығын және екі полюстің шағылысу коэффициентін анықтау үшін қолданылады.

Сызықтың әрекет принципі тікбұрышты толқын таратқышта электр өрісінің құрылымын зерттеуге негізделеді. Толқынжол бойымен өлшеуіш зонд басы орналасқан жылжымалы бөлік механикалық жолмен орын ауыстырады. Толқынжолдың кең қабырғасына саңылау жасалған. Толқынжолдың ішкі жолағына саңылау арқылы өтетін зонд басымен байланысқан. Зондтың толқынжол бойындағы күйі есеп лимбасы және корпустағы есеп шкаласы бойынша анықталады. Зонд басының резонанстық жүйесі ЖЖ детектормен байланысты. Детектормен түзетілген ток өлшеуіш аспаптың зонд басының ТЖ тіркеуішіне жалғанатын  индикаторлық аспап тізбегіне келеді. Сызық бойымен зондтың орын ауыстыруы толқын таратқыш ішінде электр өрісі кернеулігін таратуды орнатуға мүмкіндік береді.

 

ҚТК өлшеу.

Сызық бойымен жылжымалы бөлік пен зондты жылжыта отырып, индикаторлы аспап көмегімен дециметрлі және метрлі толқын диапазондарында коаксиалды кірісі бар әр түрлі радиоқұрылғылардың толық кедергісін анықтауға болады.

ҚТК= .                                                  (Б.2)

 

   ТТК өлшеу.

Өлшеуіш элементті өлшеуіштің «нагрузка» тіркеуішіне жалғап, генераторда толқын өлшеуіш арқылы жұмыс жиілігін орнатаңыз. Үлгіге берілген конденсатор шкаласында негератор жиілігін орнатаңыз. Өлшеуіштің қабылдағыш басын айналдыра отырып, индикаторлық аспап арқылы индикатордың максималды және минималды мәндерін анықтап, ТТК келесі формула бойынша есептейді:

 

ТТК=  ,                                                  (Б.3)

мұндағы α_max  - өріс максимумындағы индикаторлық аспап көрсеткіші;

α_min  - өріс минимумындағы индикаторлық аспап көрсеткіші, яғни ТТК есебі дәл өлшеуіш аспаппен жұмыс істегендей табылады.

Б.5 Я2М-64 қуат өлшеуіші.

 

Я2М-64 термисторлы жұтылған қуат ваттметрі ЖЖ ауыстырып-қосқышы 1 және 100 деген мәнге ие болған жағдайда сәйкесінше  қуаты 10 мВт және 1 мВт аспайтын  коаксиалды тракттарда үздіксіз АЖЖ тербелістердегі орташа қуат мәнін табуға арналған. «СЕТЬ» тумблерін қосу алдында «ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИИ» қосқышын «ВЫКЛ» қалпына, «ВЧ» тұтқасын «0» қалпына қою керек.

-«СЕТЬ» тумблерін қосу;

-«ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИИ» қосқышын 10 мВТ қалпына қою;

-аспапты 15 мин. қыздыру;

-        «УСТАНОВКА НУЛЯ» тұтқасымен мост келістіру, ваттметр шкаласына нөлді орнату.

Өлшеуіш қуат көзін ЖЖ қосқышының кірісіне жалғау, ЖЖ қосқышын 1 қалпына орнату. Өлшеуіш қуат ретін анықтап, талап етілетін «ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ» қосқышының күйін орнатыңыз. Қуат келесі формуламен анықталады:

Р_өлш=                                     (Б.4)

 

мұндағы Р_өлш - өлшеуіш қуат;

 - ваттметр шкаласы бойынша есептелетін қуат;

 - ЖЖ кабельдермен жұмыс уақытында 0,02 - 1 ГГц диапазонында кем дегенде 0,9, ал, 1-5 ГГц диапазонында 0,8 мәнді қабылдайтын ЖЖ ауыстырып - қосқышының тиімді коэффициенті.

 

Әдебиеттер тізімі

 

1.Пименов Ю.В. и др. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 2000.-536 с.

2.Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Высш. школа, 1992.-416 с.

3.Федоров Н.Н. Основы электродинамики. - М.: Высшая школа, 1980.-399 с.

4. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн.-М.:Наука, 1978.-543 с.

 

Мазмұны

 

Кіріспе

1 Зертханалық жұмыс №1. Радиотаратқыштың дисперсионды

қасиеттерін зерттеу           

2 Зертханалық жұмыс №2. Жолақты желіні зерттеу 

3 Зертханалық жұмыс №3. Тікбұрышты көлемді резонаторды зерттеу        

4 Зертханалық жұмыс №4. Жүктемелік кедергіні өлшеу және толқынжол тракттағы элементтерін келістіру әдістерін меңгеру 

А қосымшасы                                                                                                     

Б қосымшасы                                                                                                      

Әдебиеттер тізімі                                                                                             

 

Жинақтық жоспар 2013 ж., реті. 108

 

Сүйеубаев Олжас Біләлұлы
Накисбекова Балауса Рысхожаевна

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ТОЛҚЫНДАРДЫ ТАРАТУ ТЕОРИЯСЫ
5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығының
студенттері үшін зертханалық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Редактор Б.С. Қасымжанова
Стандарттау жөніндегі маман Н.Қ. Молдабекова

 

______басуға
қол қойылды
Пішіні  60х84 1/16
Таралымы_50_дана
Баспаханалық қағаз №1

Көлемі  1,4 оқу.бас.әд.                            
Тапсырыс _____ Бағасы 140 тг.

 

Коммерциялық емес акционерлік қоғамының
Алматы энергетика және байланыс университетінің
көшірмелі-көбейткіш бюросы
050013, Алматы, Байтұрсынұлы, 126