Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Исследование побочных каналов приёма и технических характеристик радиоприёмников прямого усиления



 

3.1 Цель работы

Изучение методов определения технических характеристик приемников прямого усиления .

 

3.2 Подготовка к выполнению лабораторной работы

Изучить конспект лекций и приложение к лабораторной работе.

3.3 Описание лабораторной установки

 

Лабораторная установка состоит из :

1. Макета приёмника прямого усиления

2.Генератора Г4-58.

3.Осциллографа С1-73.

4.Вольтметра В6-36.

3.4 Порядок выполнения работы

 

3.4.1. Измерить частоту настройки основного канала приёма радиоприёмника ( в районе 10 МГц).

3.4.2. Рассчитать частоты побочных каналов приёма ( первые 10).

3.4.3. Измерить частоты побочных каналов приёма.

3.4.4. Измерить полосу пропускания радиоприёмника.

Полоса пропускания высокочастотной части приёмника – интервал частот, на границах которого чувствительность приёмника ухудшается на 3 дБ по сравнению с резонансной частотой.

Сначала измеряют чувствительность приёмника на заданной частоте, потом, не изменяя настройки приёмника и положений регуляторов, увеличивают выходное напряжение генератора на 3 дБ и расстраивают его в обе стороны от частоты точного резонанса до тех пор, пока на нагрузке приёмника не восстановится нормальное выходное напряжение. Разность найденных таким образом частот расстройки показывает полосу пропускания высокочастотного тракта.

3.4.5. Найти крутизну скатов характеристики частотной избирательности радиоприемника S как отношение между разностью ослабления двух частот, расположенных за пределами полосы пропускания

Xm - Xa, и разностью двумя этими частотами fn-fa:

Sn=( Xm - Xa)/( fn-fa),

где Sn - крутизна скатов участка односигнальной характеристики частотной избирательности радиоприемника, дБ/кГц .

Xa--3 дБ ,

Xm30 дБ .

3.4.6. Найти коэффициент прямоугольности участка односигнальной характеристики частотной избирательности радиоприемника ОКП.

Коэффициент прямоугольности определяется отношением ширины полосы частот на уровне Х дБ к ширине полосы пропускания Ва: Кпрх+аа, где Кпр - коэффициент прямоугольности для Х=30 дБ.

 

 

3.4.7.Измерить предельную чувствительность радиоприёмника.

3.4.8. Измерить динамический диапазон приёмного устройства.

 

 

3.5 .Содержание отчёта.

Отчёт по выполненной лабораторной работе должен содержать:

· структурную схему аппаратуры рабочего места;

· результаты измерений характеристик радиоприёмника.

 

3.6 Контрольные вопросы:

 

  1. Как измерить полосу пропускания радиоприёмника ?
  2. Как измерить реальную чувствительность радиоприёмника ?
  3. Как измерить предельную чувствительность радиоприёмника ?
  4. Как определить коэффициент прямоугольности радиоприёмника ?
  5. Как измерить динамический диапазон радиоприёмника ?

 

3.7 Перечень ссылок

3.1. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств/ М.К.Белкин и др.- Киев: Выща школа, 1988.- 472 с.

3.2. Проектирование радиоприемных устройств/ Под ред. Сиверса А.П. – М.: Сов. Радио, 1976. – 486 с.

3.3 Владимиров В.И., Докторов А.А., Елизаров Ф.В. Под редакцией Царькова Н.М. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем. - М.: Радио и связь, 1985.

3.4Егоров Е.И., Калашников Н.И., Михайлов А.С. Использование радиочастотного спектра и радиопомехи. - М.: Радио и связь,1986, 301с.

 

 

 

Лабораторная работа № 4

 

 

4 Исследование прохождения электромагнитных волн через экраны

 

4.1 Цель работы

Закрепление и углубление знаний о принципах построения и экспериментальное исследование экранирующих устройств .

4.2 Подготовка к выполнению лабораторной работы

Изучить конспект лекций , литературу 1-5 и приложение 1.

4.3 Описание лабораторной установки

 

Лабораторная установка содержит генератор миллиметрового диапазона, две рупорные антенны, волноводную детекторную головку, цифровой вольтметр и набор экранов.

Основу лабораторной установки составляет приемник и передатчик работающие на частоте 20 ГГц. Передатчик имеет выходную мощность равную 20 мВт. В качестве приемной и передающей антенн применяются волноводные пирамидальные рупорные антенны.

 

 

 

 


Функциональная схема лабораторной установки

 

 

В качестве генератора СВЧ колебаний в лабораторной установке используется волноводный автогенератор на диоде Ганна типа АА718Б. Диод помещен внутри замкнутого на конце волновода.

 

 
 

 


 

Вентили в передатчике и приемнике используются для согласования антенн со входами генератора на диоде Ганна волноводной конструкции и детекторной камерой диода VD2 приемника соответственно.

 

 

 

Детекторный диод VD2 типа 2А101Б помещен в камеру показанную на рисунке 1 пунктиром. Гнездо XS1 в схеме передатчика через соединительный кабель подсоединяется к лабораторному блоку. Фильтр питания (ФП) необходим для предотвращения попадания СВЧ колебаний в цепи лабораторного блока. Гнездо XW1 через радиочастотный коаксиальный кабель соединяется со входом измерительного усилителя с помощью которого можно измерять и контролировать уровень выходного сигнала приемника Лабораторный блок для исследования экранов представляет блок питающих напряжений для диода Ганна VD1. Для получения амплитудной модуляции СВЧ колебаний генерируемых генератором на диоде Ганна используется импульсное напряжения питания диода.

Электрическая структурная схема лабораторного блока изображена на рисунке .Генератор прямоугольных импульсов, питаемый от источника питания стабилизированного напряжения величиной 5 В, генерирует колебания ("меандр") последовательность прямоугольных импульсов с частотой 1КГц. Усилитель тока служит для повышения нагрузочной способности генератора прямоугольных импульсов, либо внешнего модулятора.

Расположение органов управления на лицевой панели лабораторного блока показано на рисунке .

 

4.4 Порядок выполнения работы

 

4.4 .1. Собрать рабочее место по приведенной схеме

 


ЭКРАН

 

 

 
 

 

 

Схема соединений для проведения лабораторной работы.

 

4.4.2. Подсоединить к сети все измерительные приборы и лабораторный блок, включить их питание.

 

Положение переключателей на лицевой панели лабораторного блока :

- Переключатель " Вид мод." (SA1) в положении "внутр."

- Переключатель "модул." (SA3) в положении "вкл."

- Переключатель "изм." (SA4) в любом положении.

- Переключатель "напр." (SA2) в положении "ном."

 

4.4.3.

· Рассчитать расстояние между срезами рупоров, соответствующее дальней зоне.

– диаметр раскрыва антенны, , .

· Совместить оси передающего и приемного рупоров, для чего перемещая приемную антенну в ортогональных плоскостях добиться максимального показания измерителя уровня сигнала

4.4.4 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн через диєлектрический конверт, экран № К0.

, дБ.

4.4.5 Измерить коэффициент дифракционного прохождения электромагнитных волн через сплошной металлический экран № К1.

, дБ.

4.4.6 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн поляризованных паралельно и перпендикулярно стержням для проволочной решетки, диаметр d=0.8 мм , шаг b=(3, 8 , 16, 24) мм, экраны № ПРР1, № ПРР2, № ПРР3, № ПРР4, найти теоретические значения коэффициента прохождения по графикам представленных на рис. 1.8 , 1.9 . Результаты занести в таблицу.

Построить зависимость экспериментального коэффициента прохождения от относительного шага решетки.

 

 

  b=3 мм b= 8 мм b=16 мм b=24мм
Uсвоб        
Uпарал        
Uперпен        
       
       
d/λ        
b/λ        
(теория)        
(теория)        

4.4.7 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн поляризованных паралельно и перпендикулярно стержням для проволочной решетки, диаметр d=(0.8 , 2.0) мм , шаг b= 8 мм, экраны № ПРР2, № ПРР5 найти теоретические значения коэффициента прохождения по графикам представленных на рис. 1.8 , 1.9 . Результаты занести в таблицу. Построить зависимость экспериментального коэффициента прохождения от относительного диаметра стержня.

4.4.8 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн через проволочные сетки , экраны № ПРС1, № ПРС2, № ПРС3, найти теоретические значения коэффициента прохождения для одной составляющей по графикам представленных на рис. 1.8 , 1.9 . Построить зависимость экспериментального коэффициента прохождения от относительного шага сетки.

4.4.9 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн поляризованных паралельно и перпендикулярно стержням для плоской решетки, ширина d=6 мм , шаг b=(10, 15, 20, 25) мм, экраны № ПЛР1, № ПЛР2, № ПЛР3, № ПЛР4, найти теоретические значения коэффициента прохождения по графикам представленных на рис. 1.8 , 1.9 . Результаты занести в таблицу. Построить зависимость экспериментального коэффициента прохождения от относительного шага плоской решетки.

4.4.10 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн поляризованных паралельно и перпендикулярно стержням для плоской сетки, экраны № ПЛС1, № ПЛС2, № ПЛС3, найти теоретические значения коэффициента прохождения для каждой составляющей по графикам представленных на рис. 1.8 , 1.9 . Результаты занести в таблицу. Построить зависимость экспериментального коэффициента прохождения от относительного шага плоской сетки.

4.4.11 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн ориентированніх под углом 45° стержням для плоской решетки, экран № ПЛР1-45, найти теоретические значения коэффициента прохождения по формуле 2 приложение 1.

4.4.12 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн для двух ортогональных ориентаций перфорированных поверхностей , экраны № ПРП1, № ПРП2, № ПРП3, № ПРП4 , найти теоретические значения коэффициента прохождения по формуле 3 приложения 1 . Результаты занести в таблицу. Построить зависимость экспериментального коэффициента прохождения от коэффициента заполнения перфорированной поверхности.

4.4.13 Рассчитать глубину проникновения поля в металл (формула 1 приложение 1) для меди и аллюминия на рабочей частоте измерительной установки.

4.4.14 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн через пленочное покрытие, экран № ПП1.

4.4.15 Измерить коэффициент прохождения электромагнитных волн через поглощающий материал , экран № ПМ1.

 

4.5 Содержание отчёта

 

Отчёт должен содержать:

 

1. Схему измерения коэффициента прохождения экрана.

2.Таблицы с результатами измерений.

3.Графики зависимости коэффициента прохождения исследованных экранов от их геометрических параметров.

 

4.6 Контрольные вопросы

1. Что понимается под экранированием электромагнитного поля?

2. Как определяется коэффициент экранирования?

3. Как определяется коэффициент реакции экрана?

4. Чем определяется электрическая проводимость ?

5. Чем определяется магнитная проводимость ?

6. Какие вещества носят название бикомплексных?

7. Чем определяется глубина проникновения поля в металл?

8. Какой металлический слой называется толстым ?

9. Какой металлический слой называют тонкой пленкой?

10. Как определяются коэффициенты отражения и прохождения?

11. Как зависят коэффициенты отражения и прохождения решетки от длины волны?

12. Как зависят коэффициенты отражения и прохождения сетки от длины волны?

13. Как зависят коэффициенты отражения и прохождения решетки шага и диаметра стержней?

14. Как зависят коэффициенты отражения и прохождения сетки от шага и диаметра стержней?

15. Как зависят коэффициенты отражения и прохождения решетки от поляризации падающего поля ?

 

4.7 Перечень ссылок

1. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Сов. Радио»,1975,248 с.

  1. Рогинский В.Ю. Экранирование в радиоустройствах. Энергия,1970, 109с
  2. Конструкции СВЧ устройств и экранов Под ред. А.М. Чернушенко,

1983 г.,400 с.

  1. Воробьев В. Д. Экранирование СВЧ конструкций. 1979 г.,134 с.
  2. Шапиро Д.Н. Основы теории электромагнитного экранирования.,1975 г.,

109 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ЭКРАНИРОВАНИЕ.

 

Экранирование является средством ослабления электромагнитного поля помех в пределах определенного пространства и предназначено для повышения помехозащищенности и обеспечения ЭМС. Конструкции, реализующие указанные требования, называются экранами. Экраны применяются как для отдельных элементов, узлов, блоков, так и для РЭС в целом. Необходимость экранирования должна быть обоснована и рассматриваться только после того, как полностью исчерпаны методы оптимальной компоновки аппаратуры.

В общем случае, действие электромагнитного экрана, как линейной системы характеризуется следующими основными параметрами и характеристиками:

Коэффициент экранирования – отношение напряженности электрического или магнитного поля в какой-либо точке защищаемого пространства при наличии экрана к напряженности Е или Н воздействующего поля при отсутствии экрана:

или

 

На практике действие экрана принято оценивать эффективностью экранирования (экранным затуханием), дБ:

 

Эффективность экрана как линейной системы остается неизменной независимо от расположения помехонесущего электромагнитного поля внутри или вне экрана, что позволяет в случае необходимости менять местами источник и рецептор электромагнитного поля. Электромагнитный экран одновременно с ослаблением поля помех оказывает воздействие на собственные параметры цепей и контуров экранируемого объекта, что связано с перераспределением электромагнитного поля при установке экрана. Это влияние оценивается с помощью коэффициента реакции экрана, под которым понимается отношение напряженности электрического или магнитного отраженного поля в какой-либо точке пространства помехонесущего поля при наличии экрана к напряженности воздействующего поля в той же точке при отсутствии экрана:

или

 

Номинальное значение эффективности экранирования рассчитывается исходя из требуемого подавления электромагнитных помех и определяется конкретными условиями проектирования аппаратуры. По найденному значению эффективности экранирования определяются материальные геометрические размеры экрана и условия размещения элементов внутри него. Экраном может быть внешний корпус прибора, либо экранируются отдельные узлы, элементы.

Экран может проектироваться как самостоятельное сооружение для защиты от внешних полей или локализации целого радиотехнического комплекса, проведения радиотехнических измерений, а также для настройки и регулировки аппаратуры.

 

Свойства среды. Особенности распространения радиоволн в веществе определяются его электромагнитными характеристиками: диэлектрической и магнитной проницаемостями и величиной удельных потерь энергии. Удельные потери в общем случае складываются из электрических и магнитных потерь. При математическом описании волн в веществе вводятся понятия комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей

,

,

где – электрическая , – магнитная удельные проводимости вещества на частоте .

Проводимость определяется потерями за счет токов проводимости, а также потерями из-за поляризации диэлектрика или, иначе, диэлектрического гистерезиса.

Проводимость определяется потерями за счет магнитной вязкости ферромагнитного вещества или, иначе, магнитного гистерезиса . Вещества которые обладают одновременно электрическими и магнитными потерями, носят название бикомплексных.

 

 

ЭКРАНИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ.

 

Аналитический метод расчета эффективности экранирования основывается на решении уравнений Максвелла для гармонических колебаний.

Рассматривают эффективность экранирования металлического экрана при нормальном падении на него плоской электромагнитной волны. Волна распространяется вдоль оси Y.

Считают экран линейной системой с большой протяженностью (последнее для исключения краевого эффекта). Случай нормального падения – это самый неблагоприятный. При наклонном падении электромагнитная волна частично отражается от стенки экрана (угол падения равен углу отражения, а преломленная волна практически распространяется в направлении нормали к границе – закон Снеллиуса).

Расчет сводится к определению составляющих электромагнитного поля, проникающего в экранированную область пространства (y ³ t), при известных параметрах воздействующего поля электрофизических и геометрических параметрах экрана (m, s, t) и электрофизических параметрах среды (mо, eо). Для рассматриваемого случая основные уравнения электродинамики имеют следующий вид:

 

 
 

 

 


Для диэлектрика области источника помех s=0, e=eо, m=mо, решая систему уравнений, получают характеристическое сопротивление диэлектрика, которое для падающей и отраженной волны отличается лишь знаком, т. е. модуль характеристического сопротивления диэлектрика:

 
 


 

 

Токи проводимости в металле много больше токов смещения, т. е. s>>we. Решение

системы уравнений позволяет оценить характеристическое сопротивление металла, абсолютное значение которого:

 

 

Вводя коэффициент экранировки и решая систему уравнений для y ³ t, получают выражение для расчета коэффициента экранирования:

 
 

 


k – коэффициент распространения – волновое число в металле.

 
 

и коэффициента реакции экрана:

При этом эффективность экранирования:

В области низких частот:

 
 

 

Эффективность экранирования электромагнитного поля зависит как от материала, толщины экрана, так и частоты. С повышением частоты эффективность возрастает, причем эффективность экранов из магнитных материалов выше по сравнению с немагнитными, т. к. в области высоких частот появляется поглощение.

В табл. 1 приведены значения удельной проводимости на постоянном токе (статической удельной проводимости) глубины проникновения поля в металл, которая выражается формулой:

, (1)

а также величины

,

где – скорость света в вакууме.

Таблица 1

Электромагнитные характеристики некоторых металлов при температуре Т=200 С

 

Металл              
Серебро Ag 5,6 0,85 1,2 1,3 0,64
Медь Cu 5,2 0,92 1,2 1,4 0,66
Золото Au 3,8 1,3 1,4 1,6 0,78
Алюминий Al 3,2 1,5 1,5 1,8 0,84
Железо Fe 0,90 5,3 2,9 3,3 1,6

 

Из таблицы можно заключить, что все металлы при нормальном падении волн радио- и инфракрасного диапазонов имеют коэффициент отражения, практически не отличающийся от –1. Это означает, что фаза отраженной от металла электромагнитной волны сдвигается на .

Металлический слой. Пусть слой I – это металл, для которого а среды II и III – это воздух или вакуум. В таких условиях имеем ,

.

Выражения для коэффициентов отражения и прохождения при нормальном падении на металлический слой в следующей компактной форме

.

Эти выражения справедливы при условии , которое выполняется для всех металлов (см. табл. 1). Металлический слой называется толстым, если . В этом случае слой ведет себя как сплошной металл, поскольку волна, прошедшая внутрь металла, не доходит до второй границы раздела и полностью поглощается.

Металлический слой называют тонкой пленкой когда его толщина меньше глубины проникновения поля в сплошной металл. Для тонкой пленки, на первый взгляд, следовало бы ожидать резкого уменьшения коэффициента отражения. Однако более детальный анализ показывает что это не так и что пленки сохраняют почти идеальную отражательную способность вплоть до очень малых толщин, составляющих десятые и даже сотые доли толщины скин-слоя. Такое явление наблюдается при условии, если пленка плоская или слабоизогнутая. Если же радиус кривизны пленки сравним с длиной волны падающего поля, то коэффициент отражения резко падает. Для тонкой пленки при полагая гиперболические синусы равными своим аргументам, получаем

,

.

Заметим, что в эти выражения не входит частота. Этого и следовало ожидать, поскольку на всех частотах, для которых соблюдаются условия , поле равномерно по всей толщине пленки независимо от частоты. Можно показать , что

где – средняя длина свободного пробега электронов в металле.

Для поглощающего слоя целесообразно ввести еще и понятие коэффициента поглощения, равного отношению удельной поглощенной слоем энергии к удельной падающей на него энергии. Очевидно, что он равен

,

где – коэффициенты отражения и прохождения по мощности. Для тонкой пленки получаем полезные соотношения

.

Для алюминия, обладающего удельной проводимостью при . При толщина скин-слоя составляет . Коэффициент отражения при и при порядка , практически не отличается от –1. Даже при коэффициент отражения уменьшается незначительно и составляет . На рис. 1.6 представлена зависимость коэффициентов отражения, прохождения и поглощения по мощности от толщины алюминиевой пленки . Из графиков рис. 1.6 следует, что при некоторой толщине коэффициенты отражения и прохождения равны 0,25, а коэффициент поглощения достигает максимального значения 0,5.

 

ПЛОСКИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ И СЕТКИ

 

Решеткой называют систему параллельных проводов или лент, расположенных вдоль плоскости на одинаковых расстояниях друг от друга (с постоянным шагом). Сеткой будем называть две решетки с взаимно перпендикулярными проводами, расположенными вдоль двух близких параллельных плоскостей.

Обратимся к простейшему случаю падения волны в направлении нормали к плоскости решетки. Коэффициент отражения мы определим как

где – комплексная амплитуда падающей волны в плоскости решетки, – комплексная амплитуда отраженной волны в дальней зоне, но пересчитанная в плоскость решетки.

Аналогично коэффициент прохождения мы определим как

где – комплексная амплитуда прошедшей волны в дальней зоне пересчитанная в плоскость решетки.

Кроме коэффициентов отражения и прохождения по напряженности поля и , в литературе часто используются коэффициенты отражения и прохождения по мощности (интенсивности), для которых имеем

Очевидно, что для решеток и сеток без потерь эти коэффициенты связаны соотношением

Все перечисленные коэффициенты зависят от поляризации поля. Введем понятия коэффициентов отражения и прохождения при параллельном и ортогональном приеме. Например, под будем понимать отношение компонент отраженного и падающего полей, поляризованных вдоль оси X, а под – отношение X- компоненты отраженного поля к Y-компоненте падающего поля.

Решетка из круглых стержней. Диаметр проводящих круглых стержней мал по сравнению с шагом решетки , т.е.

Пусть на решетку вдоль отрицательного направления оси Z падает плоская линейно-поляризованная волна. В случае так называемых индуктивных стержней, когда электрический вектор падающей волны параллелен стержням решетки , коэффициенты отражения . и прохождения . запишем в виде .

; .

 

. .

На рис. 1.8 представлена зависимость коэффициента прохождения по мощности от шага решетки и диаметра стержней . Для большей наглядности коэффициент прохождения отложен по оси ординат в логарифмическом масштабе. Область действия формулы располагается в верхнем левом углу графика. Ее границы отмечены штрихпунктиром. Пунктирные ветви кривых требуют уточнения, поскольку имеющиеся в литературе расчетные данные для этой области весьма скудны. Из графика видно, что индуктивная решетка, составленная их очень тонких стержней , пропускает около одного процента мощности при шаге порядка . Если шаг решетки приближается к длине волны, то коэффициент пропускания весьма быстро стремится к единице . С уменьшением шага решетки уменьшается коэффициент пропускания, причем .

В случае так называемых емкостных стержней, когда электрический вектор падающей волны перпендикулярен стержням решетки выражения для коэффициентов отражения и прохождения принимают вид

 

 

 

 

Точность этих формул и предыдущих совпадает. На рис. 1.9 представлена зависимость коэффициента прохождения по мощности от шага решетки и диаметра стержней.

Рис. 1.9 показывает, что решетка из емкостных стержней пропускает более 95% мощности при шаге если . Когда шаг решетки приближается к длине волны то коэффициент пропускания стремится к единице . Если же шаг решетки уменьшается, то, как и в предыдущем случае,

.

При падении на решетку волны, поляризованной под углом к оси Y коэффициенты отражения и прохождения при параллельном приеме равны

(2)

 

 

.

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.