bài tập thí nghiệm chuyên môn mạch hồi tiếp mwt 530

Hướng dẫnsử dụng được viết đơn giản, tường minh và thiết bị phù hợp với kỹ thuật viêntừng cấp độ đào tạo và học tập.1.2 THIẾT BỊ Thiết bị bao gồm các thành phần dẫn sóng và một thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP Thí nghiệm chuyên môn

NĂM HỌC 2024-2025

Giảng viên bộ môn :

Sinh viên thực hiện :

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn

Lời nói đầu:

Mục lục :

GIỚI THIỆU VÀ MÔ TẢ

sử dụng được viết đơn giản, tường minh và thiết bị phù hợp với kỹ thuật viêntừng cấp độ đào tạo và học tập

1.3 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG

 Hệ thống dẫn sóng WG 16(WR 90) có những đặc tính kỹ thuật dưới đây:

 -Kích thước bên trong: 0,9" x0,4" hoặc 22,86x10,16mm

- Tần số cất và độ rộng bước sóng 6,56Ghz và 45,7mm

- Độ rộng băng tần hoạt động thông thường 8,2 ->12.4 Ghz



 B

Ống dẫn sóng có khe, cho dạng lấy mẫu của trường điện trong ống dẫn sóng;được sử dụng với bộ tách sóng diode để đo chiều dài ống dẫn sóng, vswr vàtrở kháng

 C

Nút điều chỉnh dòng dò, được sử dụng như một mạch phối hợp trở kháng

 D

Máy đo sóng hốc cộng hưởng Đường tròn mặt cắt ngang hốc cộng hưởng đohốc cộng hưởng trong chế độ Eoll và được thiết kế để đo tần số trong băng X

 E

Mặt phẳng ống dẫn sóng đấu nối chữ H hoặc chữ T shunt hoạt động như một

bộ chia công suất trong mặt phẳng chứa mặt phẳng tới H (trường từ)

 F

Bộ ghép trực tiếp( điều khiển bộ nối): có đặc tính bộ ghép nối trực tiếp, được

sử dụng điều chế công suất và đo vswr

 G

Mặt phẳng ống dẫn sóng loại E hoặc chuỗi T hoạt động như một bộ chia côngsuất trong mặt phẳng chứa mặt phẳng tới E

 H

Bộ lai ghép T cũng được biết tới như bộ dẫn sóng T, là một sự xếp chồng củađiện trở shunt và chuỗi chỗ nối chữ T được 4 dạng mối nối; được sử dụng đểtạo ảnh hưởng thống nhất đến anten phát hoặc anten thu hoạt động trongmạch trộn cân bằng

 J

Ống dẫn sóng tới các máy biến thế đồng trục được sử dụng để kết nối ốngdẫn sóng đến máy biến thế đồng trục

 K

Trở kháng của thiết bị đầu cuối, phần ống dẫn sóng chứa một phần đuôi(dạngtháp nhọn ) của vật liệu tổn hao để hấp thụ tín hiệu vi ba, theo lý tưởng nênhấp thụ hoàn toàn tín hiệu bên ngoài bất cứ sự phản xạ nào- tiếp đó nó hoạtđộng như một bộ phận tái kết hợp

 L

Điện trở loại vi nhiệt kế, một điện trở cảm biến nhiệt độ được thiết lập và sửdụng trong sự kết hợp với một mạch cầu Wheatstone để đo công suất vi ba



 R

Thiết bị đầu cuối ngắn mạch, là kim loại được sử dụng để ngắn mạch ống dẫnsóng, sử dụng ở trong phép đo trở kháng để xác định mặt phẳng tham chiếu.Thậm chí được sử dụng để đo bước sóng dẫn và luật tách sóng tinh thể trong

sự kết hợp với ống dẫn sóng có khe

 S

Diode cảm biến, diode tách sóng được thiết lập trong phần đồng trục hoạtđộng như một bộ cảm biến, sử dụng để đo đường dây và điều khiển bộ nối đểtách sóng vi ba

ASSIGNMENT 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐO LƯỜNG TẦN SỐ VÀ BƯỚC SÓNG Tiến trình thí nghiệm:

Cảnh báo!

Mặc dù mức công suất tạo ra bởi thiết bị khá thấp (10mW), thường là không gâynguy hiểm, nhưng mắt vẫn có thể bị ảnh hưởng khi nhìn thẳng vào bức xạ vi ba Do

đó không nhìn thẳng vào ống dẫn sóng đang mở

a/ Đo tần số sử dụng máy đo sóng dạng hốc

1 Thiết lập thiết bị như hình 2.1.7 với vị trí các công tắc như sau:

 Công tắc nguồn chính màu xanh: off

 Núm điều khiển độ nhạy thu và khuếch đại: tới vị trí chính giữ

 Đồng hồ đo: chuyển tới vị trí “detector output"

 Bộ tạo dao động băng X:

-Công tắc trái: chế độ “internal keying"

-Công tắc phải: off

-> Hình 2.1.7:

-> Thực hành:

-> Chỉnh bàn điều khiển:

2 Cần chắc chắn rằng các cáp đồng trục đã được dùng để nối nguồn cho bộ tạo daođộng băng X và cũng đã kết nối đầu ra bộ tách sóng diode tới đầu vào bộ khuếch đại

và tách sóng trên bàn điều khiển

3 Thiết lập vị trí của trắc vi kế của máy đo sóng dạng hốc ở thang > 21mm Ở vị trínày, pitton của mạch ngắn giới hạn đầu xa của hốc đồng thời đây cũng là vị trí màhốc có độ dài lớn nhất

-> Thiết lập trắc vi kế ở thang 21mm:

4 Lập vị trí góc của van điện trở cho cả hai bộ suy hao là 20 độ Tại đây các bộ suyhao giảm công suất sóng viba khoảng 10dB và tránh cho bộ tách sóng diode và đồng

hồ hiển thị bị quá tải khi ta bật nguồn

-> Thiết lập 2 bộ suy hao:

5 Bật công tắc nguồn chính màu xanh và công tắc nguồn tay phải để bộ tạo daođộng băng X hoạt động

6 Điều chỉnh bộ suy hao liền kề với bộ tách sóng diode để nhận được giá trị trênđồng hồ của bảng điều khiển khoảng 4mA Chú ý tăng độ sâu của van sẽ giảm côngsuất phát sóng vi ba trong hệ thống

7 Xác định tần số sử dụng đồng hồ đo sóng

Xoay vòng sắt của trắc vi kế của wavemeter thật chậm theo chiều kim đồng hồ để dichuyển pitton của mạch ngắn xuống phía dưới và do đó giảm chiều dài của hốc.Quan sát sự lệch hướng trên đông hồ trong khi làm việc này

Tìm một vị trí tại đó kim đồng hồ đột ngột giảm Đó là vị trí tương ứng với sự cộnghưởng, một phần công suất được hấp thụ bởi wavemeter do đó làm giảm công suấtphát viba khi thu bởi bộ tách sóng diode

Ghi lại vị trí của trắc vi kế khi cộng hưởng và xách định tần số của tín hiệu viba sửdụng mode sóng E11 tại chỗ uốn cong của hình 2.1.4

-> Sau khi giảm trắc vi kế tại vị trí 19mm ta thấy có sự thay đổi đột ngột trên kimđồng hồ

-> Để tính tần số ta có công thức:

Ta có:

c = 3.10^8 m/s

L = 19+1.86mm = 20,86mm (với 1,86 là tỉ lệ chuẩn để đọc chiều dài)

λc = 37,1mm với chuẩn E01c = 37,1mm với chuẩn E01

từ đó chỗ cong xuống của mode này có thể được sử dụng trong hình 2.1.4

(iii.) Giá trị trắc vì kế khoảng dưới 15mm

b/ Đo bước sóng dẫn g

1 Bước sóng dẫn đo được nhờ sử dụng đường khe dẫn sóng B lắp vào một trong sốcác bộ tách sóng đầu dò S Thiết bị này nên cắm vào sao cho đầu dò xuyên 1 khoảngnhỏ vào trong khe, do đó cho phép trường điện được lấy mẫu Độ sâu này đạt được

kể, và vẫn loại trừ việc đầu dò gây nhiễu trường điện trong ống dẫn sóng có thể làmhỏng quá trình đo Trong thực tế, độ xuyên khoảng 1-2mm là đủ

2 Kết nối thiết bị giống hình 2.1.8 với phần khe dẫn sóng kết thúc trong đĩa kim loại

R đóng vai trò mạch ngắn

-> Hình 2.1.8:

-> Thực hành:

3 Thiết lập các thiết bị trên bàn điều khiển như sau:

 Công tắc nguồn chính màu xanh: off

 Đồng hồ đo: chuyển tới vị trí "detector output"

 Bộ tạo dao động băng X:

- Công tắc trái: chế độ “internal keying"

- Công tắc phải: off

Đồng thời kiểm tra các cáp đồng trục xem đã kết nối đúng chưa:

- Cáp nối đầu ra bộ tạo trên bàn điểu khiển tới nguồn bi ba

- Cáp nối bộ tách sóng đầu dò tới đầu vào bộ khuếch đại thu trên bàn điều khiển

4 Bật công tắc nguồn và bộ dao động và điều chỉnh các bộ suy hao, nếu cần thiếtthì cả bộ điều khiển độ nhạy trên bàn điều khiển để thu được một giá trị tách sóng

Di chuyển đầu dò, để xác định vị trí có trường điện lớn nhất và điều chỉnh độ nhạyvà(hoặc) các bộ tách sóng để có được một số đo gần tới cuối thang chia, khoảng4mA

5 Bắt đầu từ vị trí 0 trên thang chia của đường khe, di chuyển đầu dò dọc theo khedẫn sóng và định vị + ghi lại các vị trí trường điện bằng 0 Nên xác định 3 vị trí 0liên tiếp nhau:

=> λc = 37,1mm với chuẩn E01g trong khoảng từ 30-40mm

6 Ống dẫn sóng sử dụng trong bộ thí nghiệm MWT530 là loại chuẩn sóng WG16 cókích thước:

λc = 37,1mm với chuẩn E01c = 2a = 2×22.86 = 45.72mm

λc = 37,1mm với chuẩn E01= c/f = 3.10^8/ 10,8.10^9 = 27,78mm

ASSIGNMENT 2: ĐO TỈ SỐ SÓNG ĐỨNG (VSWR)Tiến trình thí nghiệm:

hình 2.2.4:

Thực hành:

2 Thiết lập công tắc trên bàn điều khiển như sau (xem lại trên thiết bị):

 Bộ khuếch đại và bộ tách sóng: đặt ở trạng thái "output"

 Núm điều khiển độ nhạy thu và khuếch đại: tới vị trí chính giữa

 Bộ tạo dao động băng X:

- Công tắc trái: chế độ "internal keying"

- Công tắc phải: ở trạng thái tắt "off"

Bật công tắc nguồn của bàn điều khiển (công tắc chính màu xanh), làm mạnh sóng

vi ba (tăng dải sóng viba) bằng cách bật công tắc phải của máy tạo sóng băng X -> tương tự như ở bài 1

3 Thiết lập bộ suy hao vào khoảng 25 độ để cung cấp mức suy hao vừa phải cho hệthống Đây là giá trị suy hao khá thực tế giữa bộ tạo sóng viba và thiết bị

Di chuyển đầu dò dọc theo đường khe để xác định 1 vị trí có trường điện mạnh nhất.Điều chỉnh độ nhạy của bộ khuếch đại (amplifier) và bộ tách sóng (detector) trênbảng điều khiển, nếu cần thì điều chỉnh cả bộ suy hao để thu được giá trị trên đồng

hồ đo gần như không đổi Ghi lại giá trị dòng tách sóng Imax tương ứng với Emax

Di chuyển đầu dò:

->Ta có Imax = 1mA tại vị trí 9mm

4 Đưa thiết bị đầu dò tách sóng xa khỏi giá trị lớn nhất và xác định chính xác vị trígần như nhỏ nhất

->Ghi lại giá trị Imin, tương ứng với Emin

->Di chuyển đầu do tiến lên ta có Imin = 0,2mA tại vị trí 19mm

5 Sử dụng kết quả Imax = 1mA ; Imin = 0,2mA để tính toán tải trở:

6 Đo lường vswr của anten loa:

Gỡ bỏ kết cuối tải trở và nối một trong các anten loa Đo vswr của nó bằng cách đoImax và Imin như bước 2 và 3 Lặp lại với anten thứ 2

Thực hành:

7 Đo các giá trị vswr lớn hơn:

(i.) Anten loa biểu thị sự phù hợp với sóng viba và do đó nó có vswr khá gần với 1.Một thiết bị có giá trị vswr lớn hơn có thể được mô phỏng bằng việc sử dụng bộ suyhao thứ 2 qua bảng ngắn mạch

(ii.) Gỡ anten loa và nối bộ suy hao lên bảng ngắn mạch như hình 2.2.5

Hình 2.2.5:

Thực hành:

(iii.) Thiết lập bộ suy hao khoảng 40 độ để có giá trị suy hao thấp (2 hoặc 3 dB) (iv.) Di chuyển đầu dò dọc theo đường khe để xác định vị trí có trường điện nhỏnhất, ghi nhớ giá trị Imin

(v.) Di chuyển đầu dò về phía phải cho tới khi đồng hồ đo của bộ tách sóng tiến tớigiá trị gấp đôi giá trị dòng nhỏ nhất ở trên, tức là 2Imin (tương ứng với k² = 2) ->Ghi lại giá trị của đầu dò trên thang chia độ của đường khe gọi là x1

Ta có Imin = 0,05mA => 2Imin = 0,1mA tại vị trí x1 = 47mm

(vi.) Di chuyển đầu dò sang phía trái qua giá trị nhỏ nhất và xác định vị trí khi đạtgiá trị 2Imin lần nữa

->Ghi lại giá trị đầu dò trên thang chia độ của đường khe, gọi là x2

Ta có x2= 44,5mm

Không nhìn thẳng vào ống dẫn sóng đang mở Sóng viba có thể gây hại

1 Thiết lập thiết bị như hình 2.4.3 với khe dẫn sóng kết cuối trong bảng ngắn mạch

và bộ suy hao biến đổi ở giá trị 0º (dần về vị trí 0º), lập giá trị suy hao lớn nhất Độxuyên sâu của đầu dò thiết lập ở khoảng 1-2mm Điều này đám bảo trường trongkhe không bị nhiễu bởi đầu dò nhưng vẫn tạo ra một phản ứng mức độ thấp tới đầu

dò tách sóng

Hình 2.4.3:

Thực hành:

2 Thiết lập công tắc trên bản điều khiển như sau:

- Công tắc trái: chế độ "internal keying" trạng thái khóa nội

- Công tắc phải: ban đầu để ở "off"

Bật công tắc nguồn chính màu xanh, tăng công suất bộ tạo dao động viba bằng cáchbật công tắc phía tay phải lên

3 Giảm từ từ giá trị suy hao trên bộ suy hao bằng cách di chuyển cánh điện trở về vịtrí 0º cho đến khi có sự lệch đi xuất hiện trên đồng hồ đo Di chuyển đầu dò dọc theođường khe dẫn sóng và xác định vị trí lớn nhất được chỉ ra bằng cách đọc giá trịdòng qua đầu dò lớn nhất Vị trí này tương đương với giá trị lớn nhất của trườngđiện tạo ra bởi thành phần sóng đứng thiết lập được trong đường khe dẫn sóng bởisóng tới và sóng phản xạ tại kết cuối ngắn mạch Điều chỉnh bộ suy hao và nếu cầnthiết thì cả bộ điều khiển độ nhạy công suất tách sóng (độ nhạy thu) sao cho độ lệchtrên thang chia độ là lớn nhất

4 Sau đó, di chuyển đầu dò dọc theo đường khe dẫn sóng và định vị chính xác vị trí

mà trường điện bằng 0 Tại vị trí 0 này, dòng thu coi như bằng 0 Bắt đầu làm việc

từ điểm này khi di chuyển đầu dò xa khỏi phần cuối của đường khe Ghi lại giá trịdòng của bộ tách sóng cho đến khi đạt được giá trị trường lớn nhất

Ghi kết quả vào bảng :

Vị trí của đầu dò trong

khe chia độ của đường

khe L(mm)

Vị trí đầu dò tươngquan với trường điện 0

l = L - L0

Dòng tách sóng I(mA)

Tại vị trí 0, E =

L1 = L0 =

I = 0L1 = 24,5mm

L2 = 42,5mm

L3 = 60,5mm

L4 = 78,5mm

l1 = 28-24,5 = 3,5mml2 = 29-24,5 = 4,5mml3 = 30-24,5 = 5,5mml4 =31-24,5 = 6,5mm

6 Tính giá trị logl và log(sinbl), lập bảng kết quả như trang 2-4-7

Khoảng cách

l(mm)

bl=2πd/λg))^1/2 l/ λc = 37,1mm với chuẩn E01g

= 360l/ λc = 37,1mm với chuẩn E01g (độ)

a/ Đo trở kháng thông thường của một tải viba

1 Thiết lập thiết bị như hình 5.5 Tải dẫn sóng mà ta cần đo trở kháng được nối vớiphần đường khe Tải kiểm tra trong thí nghiệm này là điện trở kết cuối: K

Chú ý: Đầu dò của bộ tách sóng diode S được cắm vào trong đường khe nên đượcđiều chỉnh từ 1-2mm Điều này đảm bảo kết nối đủ để tính được trường điện trongống dẫn mà không làm nhiễu loạn sóng đứng thiết lập bởi tải tính toán

3 Di chuyển đầu dò dọc theo đường khe để xác định vị trí có trường điện lớn nhất.Điều chỉnh độ nhạy của bộ khuếch đại thu trên bàn điều khiển sao cho đồng hồ đo(meter) chỉ 3 hoặc 4mA Nếu cần thiết thì có thể điều chỉnh các thiết lập của bộ suyhao.

4 Dải tần viba giờ đã được thiết lập để đo vswr của tải trở Di chuyển đầu dò táchsóng tới vị trí gần tải trở nhất và sau đó dịch nó ra xa tải trở Ghi lại các vị trí màtrường điện nhỏ nhất và giá trị dòng ra của bộ tách sóng ở cả vị trí trường điện lớnnhất và nhỏ nhất Ghi lại kết quả trong bảng 2-5-6 (trang 2-5-9)

5 Gỡ tải trở ra và thay thế bởi đĩa ngắn mạch R, nghĩa là đường khe bây giờ sẽ kếtcuối tại đĩa ngắn mạch

Xác định và ghi lại vị trí min của trường điện khi bộ tách sóng đầu dò di chuyểndọc theo đường khe, bắt đầu ở vị trí gần nhất với mạch ngắn và di chuyển từng nấcmột dọc theo khe về phía đầu

Thực hành:

6 Tính từ kết quả vswr S của tải, bước sóng dẫn lg và khoảng cách d của vị trí cótrường điện nhỏ nhất đầu tiên

rt=S(1+tan ^ 2 ( d))/ (S ^ 2 + tan^2 ( d))ẞd))/ (S ^ 2 + tan^2 (ẞd)) ẞd))/ (S ^ 2 + tan^2 (ẞd))

xt=(1 - S^2 ) tan ( d)/ (S^ 2 +tan^ 2 ( d))ẞd))/ (S ^ 2 + tan^2 (ẞd)) ẞd))/ (S ^ 2 + tan^2 (ẞd))

8 Kiểm tra lại kết quả bằng đồ thị Smith

b/ Phối hợp trở kháng dẫn sóng sử dụng một bộ điều hưởng đầu dò khe dẫn sóng

1 Thiết lập thiết bị như hình 2-5-7 với bộ điều hướng đầu dò C chèn vào giữađường khe và điện trở kết cuối K Bộ điều hướng đầu dò được sử dụng đểphối hợp trở kháng và cải thiện vswr của nó, lý tưởng là đạt được giá trị 1

Hình 2.5.7:

Thực hành:

2 Vị trí của đầu dò được xác định sao cho phần thực của dẫn nạp vào trong trườnghợp thường của tải trở bằng 1 và phần ảo (phần điện nạp) quy nạp, nghĩa là khi:

yin(I)=1-jbThành phần -jb có thể được loại trừ bởi việc giữ đầu dò ở điểm này và điều chỉnh độsâu cho đến khi điện dung của đầu đỏ +jb loại bỏ -jb

x1 = 10mmx2 = 27mmx3 = 46mm

3 Vị trí mong muốn của bộ điều hưởng đầu dò được cho bởi công thức:

l = d + lm + 1/2nlg

với:

d: khoảng cách giữa các vị trí có trường điện min liên tiếp

lm = (λc = 37,1mm với chuẩn E01/ 2πd/λg))^1/2 ) * tan^(-1)(S ^ (- 1/2)), S =VSWR

n = 0, 1, 2, 3

Sử dụng các kết quả thu được trong phần đo trở kháng, tính lm và xác định vị trí lýtưởng của đầu dò 1

Chú ý:

i Thước chia của bộ điều hưởng đầu dò có giá trị 0 tại chỗ cách cạnh phải

10mm, vậy đầu dò ở vị trí 1-10mm đều tương ứng với giá trị này

ii Giá trị thực tế của I sẽ được chọn để có hiệu ứng phối hợp trở kháng lớn

nhất; điều kiện n = 0 là giá trị khó đạt được trong thực tế, vì vậy chọn

4 Để đầu dò tại vị trí 1-10, tương ứng với việc thang chia độ của bộ điều hưởng từ

từ tăng độ sâu của đầu dò để đo vswr tại mỗi vị trí Với độ xuyên sâu nhỏ thì thuđược vswr khá hơn Tuy nhiên, khi đạt được điều kiện phối hợp trở kháng thì điệnnạp điện dung của đầu dò loại trừ điện nạp của tải vào, thu được giá trị giảm độtngột của vswr Lặp lại giá trị tốt nhất của vswr và so sánh với vswr trước khi phốihợp dưới dạng tỉ lệ sóng phản xạ và sóng phát

5 Kiểm tra giá trị 1 và Im thu được ở trên sử dụng định luật Smith

ASSIGNMENT 6: KHẢO SÁT ANTEN HORNTiến trình thí nghiệm:

2 Đảm bảo rằng khoảng cách “r ” giữa anten loa phát và anten loa thu vào khoảng

30cm Khoảng cách này phần nào thỏa mãn các yêu cầu mà quả trình đo đòi hỏi đốivới trường xa (far-field), khi trường phát phải đủ mạnh để có thể tách sóng được ởphía thu Yêu cầu đối với trường xa là:

r >= 2D ^ 2 / λc = 37,1mm với chuẩn E01

Với:

D = kích thước lớn nhất của độ mở anten= 8cm

λc = 37,1mm với chuẩn E01 = bước sóng = 2.8cm với f = 10.7GHz

=> Vậy r = 2D ^ 2 / λc = 37,1mm với chuẩn E01= 38cm

Vì vậy, điều kiện không vượt quá phạm vi Tuy nhiên, các kết quả chính xác chấpnhận được để vẽ biểu đồ radiant có thể thu được với r = 30cm Quan trọng khôngkém, cũng cần phải đảm bảo rằng đường truyền vô tuyến giữa các anten và cácđường bao của chúng không có các chướng ngại vật, đặc biệt là các cấu trúc kimloại, có thể tạo ra các phản xạ bên trong các anten và gây ra các kết quả sai