книги из ГПНТБ / Вальднер, О. А. Техника сверхвысоких частот. Учебная лаборатория учеб. пособие

ТЕХНИКА

СВЕРХВЫСОКИХ

ЧАСТОТ

А Т О М И 3 Д А Т - 1 Э 7 4

О. А. ВАЛЬДНЕР, О. С. МИЛОВАНОВ, Н. П. СОБЕНИН

ТЕХНИКА

СВЕРХВЫСОКИХ

ЧАСТОТ

Учебная лаборатория

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1974

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

В данном учебном пособии сделана попытка более или ме­ нее равномерно охватить в относительно небольшом числе работ все основные разделы курса техники сверхвысоких частот, акцентируя внимание на выполнении радиоизмерений. При со­ ставлении пособия учтено, что сначала студентам читается курс лекций по основам техники СВЧ, а затем уже они прохо­ дят практикум.

Описание каждой лабораторной работы построено по оди­ наковой схеме. Дается краткое теоретическое введение и изла­ гается содержание работы. Далее сформулировано предвари­ тельное задание, выполнение которого позволит студенту подготовиться к работе в лаборатории. Затем приведены опи­ сание экспериментальной схемы, задание и порядок выполнения работы, требования к оформлению отчета, контрольные вопро­ сы и перечень рекомендуемой аппаратуры. В большинстве работ дается факультативное задание, которое можно предло­ жить наиболее сильным студентам.

Практикум рассчитан на широкий круг студентов старших курсов и специалистов, изучающих СВЧ с целью использова­ ния аппаратуры этого диапазона в различных научных и прак­ тических целях. В связи с этим используется только стандарт­ ная аппаратура, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью.

Современные приборы являются сложными электронными комплексами, требующими внимательного и квалифицирован­ ного обращения. Поэтому цель выполняемых студентами ра­ бот— не только практическое ознакомление с основными раз­ делами курса техники СВЧ и освоение принципов проведения измерений, но и овладение приемами использования новых приборов. Необходимо, чтобы будущие инженеры привыкли к тенденции, имеющей место в развитии СВЧ-аппаратуры, кото­ рая сводится к тому, что усложнение схемы приборов позволяет существенно упростить процесс измерений и повысить их точ­ ность. Кроме того, знакомство с промышленными образцами приборов облегчает молодым специалистам за короткий срок

5

ВВ Е Д Е Н И Е

Кдиапазону СВЧ относят широкую полосу частот, пере­ крывающую пять порядков частот — от 30 Мгц до 3 Тгц, т. е.

электромагнитные колебания с длиной волны от 0,1 мм до 10 м. Рассмотрению техники, охватывающей указанную область частот, посвящено значительное число монографий, статей и учебных пособий. Как правило, в большинстве из этих изданий излагается какая-либо одна проблема всего комплекса, в кото­ рый входят как вопросы генерации и канализации электромаг­ нитных колебаний и сигналов, так и вопросы приема и исполь­ зования высокочастотной энергии. Наконец, следует выделить в самостоятельную проблему технику радиоизмерений на сверх­ высоких частотах.

Из обзора опубликованной литературы, на наш взгляд, мож­ но сделать по крайней мере два вывода:

первый заключается в том, что при обилии литературы по отдельным вопросам явно недостаточно работ, в том числе и учебных пособий, охватывающих в одном издании основы всех перечисленных разделов техники СВЧ;

второй сводится к тому, что по технике радиоизмерений учебных пособий практически нет.

Вместе с тем роль измерений в современной радиотехнике и электронике не только весьма значительна, но и продолжает неуклонно возрастать. Это связано с бурно растущим внедре­ нием аппаратуры СВЧ в военную и космическую технику, фи­ зику, астрономию, различные производства и т. д. В соответст­ вии с этим резко возросли требования, предъявляемые к при­ борам СВЧ, как с точки зрения надежности и стабильности работы, так и с "точки зрения обеспечения высокой, часто уни­ кальной точности рабочих параметров. Все это стимулирует совершенствование измерительной техники и измерительной

7

аппаратуры, а также значительное увеличение числа сотрудни­ ков, занимающихся радиоизмерениями. Одновременно возра­ стает объем работ, связанный с измерениями при различного рода исследованиях, разработке и проектировании высокоча­ стотных узлов, приборов и элементов техники СВЧ. Совершен­ но очевидно, что при изучении курса техники сверхвысоких частот нельзя обойтись без практических работ по радиоизме­ рениям. Кроме того, такие работы закладывают основу для инженерного понимания всей проблемы в целом.

Впособии описано 19 лабораторных работ, которые разбиты на три группы. Темы работ подобраны таким образом, чтобы дать представление об основных свойствах и характеристиках различных высокочастотных устройств, а также о типичных методиках при измерении наиболее фундаментальных величин и параметров в диапазоне СВЧ.

Впервую группу входят работы, связанные с измерениями мощности, частоты и коэффициента стоячей волны. Очевидно, что выполнение этих работ должно быть рекомендовано всему контингенту студентов, изучающих технику СВЧ независимо от специализации.

Во второй группе работ изучаются генераторы и усилители СВЧ. Из этих работ можно выбрать для практикума лишь не­ которые, однако желательно включить работу по ознакомлению с твердотельным генератором.

Наконец, работы третьей группы могут быть предложены

радиопомех;

8

\

группа Д — аттенюаторы и приборы для измерения ослаб­ лений;

группа Э — функциональные устройства коаксиальных и волноводных трактов;

группа Г — генераторы измерительные; группа Б — источники питания.

К каждой работе рекомендуется перечень необходимых при­ боров в соответствии с последними каталогами. Краткое описа­ ние этих приборов, а также инструкции по работе с ними даются в приложении. В некоторых работах используется и несколько нестандартных узлов. Описание и схемы этих узлов также при­ водятся в приложении, что, вероятно, может помочь их изготов­ лению. Частоты, указанные для каждой из работ, относятся к наиболее характерной части диапазона СВЧ, т. е. к его середи­ не, что соответствует волнам от 3 до 10 см. Использование аппаратуры с длиной волны колебаний в указанных пределах наиболее целесообразно и с организационной точки зрения, так как различные узлы и устройства не так громоздки и не очень миниатюрны.

Однако содержание работ и задания к ним сформулированы в достаточно общем виде, с тем чтобы при необходимости можно было их использовать для какой-либо иной части изучаемого диапазона. Схемы установок выполнены в соответствии

сГОСТ 2.721.68—2.748.68; 2.750.68, 2.751.68.

Взависимости от будущей специальности студента, а также от объема академических часов, выделенных для прохождения практикума СВЧ, из представленных работ выбираются наи­ более подходящие.

Время выполнения каждой лабораторной работы рассчитано на три учебных часа. При этом значительная часть выделенного времени предназначена для подробного ознакомления с прибо­ рами. Студенты должны четко представлять, что аппаратура, используемая в лаборатории, имеет весьма значительную стои­ мость и требует очень аккуратного отношения к ней.

Перед прохождением лаборатории каждый студент обязан сдать минимум по технике безопасности, который должен вклю­

чать правила работы с общеэлектротехнической аппаратурой и специфические вопросы, касающиеся высокочастотных прибо­ ров и трактов СВЧ в целом. Следует обращать особое внимание на электрогерметичность высокочастотных трактов и при

9