Описание экспериментальной установки

Для исследования вынужденных колебаний в объемном резонаторе необходимо следующее оборудование (см. рис.4):

1) генератор сигналов СВЧ Г4-83;

2) измерительная линия волноводная Р1-28;

3) объемный резонатор;

4) коаксиальная детекторная секция;

5) микроамперметр.

Рис. 4. Схема лабораторной установки

Наиболее простой метод определения добротности резонатора – метод передачи основан на снятии вблизи резонанса частотной зависимости сигнала, наведенного во встроенном в резонатор зонде. Этот сигнал выпрямляется детекторной секцией и измеряется микроамперметром. Резонатор возбуждается сигналом другого зонда, соединенного с генератором СВЧ.

Из-за наличия устройств связи резонатора с внешними структурами его резонансная частота и добротность изменятся. Убывание электромагнитной энергии в резонаторе будет обусловлено его собственными потерями и потерями в связанных с ним устройствах. Этот процесс характеризуется нагруженной добротностью резонатора Q_H. Если известен коэффициент связи резонатора в зондом ή, то нагруженную добротность можно выразить через собственную добротность резонатора Q₀:

. (1)

Перепишем это выражение в виде

,

где введено обозначение Q_вн ⁼ - внешняя добротность резонатора.

Из этого равенства можно заключить, что Q_bh описывает потери во внешних устройствах, связанных с резонатором, Q_o - собственные потери резонатора.

Метод передачи позволяет определить нагруженную добротность резонатора, однако при слабой связи η ≈ 0 из (1) следует, что Q_H ≈ Q_o. По снятой вблизи резонанса зависимости мощности от частоты (при квадратичном детекторе его сигнал пропорционален мощности в резонаторе) определяются частоты f₁, f₂, соответствующие расстройкам при половинной мощности (рис. 5).

Нагруженная добротность рассчитывается по формуле

. (2)

Рис. 5. Определение Q_H

Порядок выполнения работы

Для выполнения данной работы необходимо собрать лабораторную установку. Схема лабораторной установки представлена на рис. 4.

1. Произвести подготовку приборов к работе включением кнопок Сеть.

2. Последовательно произвести следующие измерения:

2.1. Изменяя частоту генератора, определить резонансную частоту f_o по максимуму показаний микроамперметра.

2.2.Снять частотную зависимость мощности в генераторе вблизи резонансной частоты. При этом максимальная расстройка должна соответствовать уменьшению мощности в 10 раз.

3. По полученным результатам построить графики зависимостей мощности в генераторе от частоты при разных добротностях.

4. В соответствии с рис. 5 определить частоты расстроек при половинной мощности и рассчитать нагруженные добротности по формуле (2).

Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен включать следующие пункты:

1. Название и цель работы.

2. Краткое описание и схему эксперимента.

3. Таблица результатов эксперимента.

4. Графики экспериментальной зависимостей мощности в генераторе от частоты с необходимыми построениями для расчетов нагруженной добротности.

5. Расчеты нагруженных добротностей резонатора.