SEISOVAT AALLOT TAVOITE Tässä harjoituksessa opit käyttämään rakolinjaa. Toteat myös seisovan aallon kuvion kolmella eri kuormalla: oikosuljetulla, sovittamattomalla ja sovitetulla kuormalla. Tämän lisäksi opit ratkaisemaan gunn-oskillaattorin taajuuden aallonpituuden perusteella. TEHTÄVÄ 1. Varmista, että kaikki power-kytkimet ovat 0-asennossa (off). Tarkista, että SWR-mittari ja gunn-oskillaattorin teholähde on sijoitettu kuten kuvassa 26. SWR METER GUNN OSCILLATOR POWER SUPPLY Kuva 26. Laitteistokokoonpano. 2. Kokoa kuvan 27 mukainen kytkentä. Löysää rakolinjan mittapään (probe) säädinruuvia ja aseta mittapäätä mahdollisimman syvälle. Kiristä säädinruuvi tähän kohtaan. Älä poista mittapäätä paikaltaan. GUNN OSCILLATOR POWER SUPPLY PS SWR METER SWR GUNN OSCILLATOR VARIABLE ATTENUATOR SLOTTED LINE FIXED SHORT CIRCUIT 35 db Kuva 27. Laitteiston kytkentä selvitettäessä seisovan aallon kuviota oikosuljetulla kuormalla. 45
3. Tee seuraavat asetukset gunn-oskillaattorin teholähteelle: VOLTAGE MODE METER SCALE MIN 1 khz 10 V 4. Siirrä rakolinjan mittapää rakolinjan kyljessä olevan mitta-asteikon mukaan 40,0 mm:iin (kuormasta poispäin). Käytä harjoituksessa 4 tekemääsi säädettävän vaimentimen kalibrointikäyrää ja säädä säädettävän vaimentimen arvoksi 6 db. Säädettävän vaimentimen vaimennuslevyn sijainti = mm. 5. Tee seuraavat asetukset SWR-mittariin. RANGE GAIN SCALE BANDWIDTH -10 db keskelle (5 kierrosta reunasta) NORMAL 20 Hz 6. Kytke jännitteet gunn-oskillaattorin teholähteelle ja SWR-mittarille. Odota noin 2 minuuttia, että gunn-oskillaattorin teholähde ehtii lämpenemään. Säädä gunn-oskillaattorin teholähteestä jännite 8 V:iin. 7. Varmista, että mittapää on pohjassa. 8. Säädä keskitaajuuden säätönupilla (CENTER FREQUENCY) SWR-mittarin näytölle suurin mahdollinen arvo. Maksimi arvo löytyy kohdasta, jossa mittarin neula on taipuneena mahdollisimman lähelle näytön oikeaa reunaa. 9. Säädä gunn-oskillaattorin teholähteeltä jännitettä (VOLTAGE-nuppia) siten, että saat SWR-mittarin näytöllä suurimman mahdollisen arvon. Jos osoitinneula menee yli SWR-mittarin mittausalueen, pienennä vahvistuksen säätöä (GAIN). 46
10. Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti kuormasta poispäin kunnes löydät sig- naalin maksimikohdan. Huom1! Tarvittaessa säädä SWR-mittarin vahvistuksensäätönupista (GAIN) vahvistusta siten, että osoitinneula pysyy mittausalueella ja kykenet hakemaan rakolinjalla signaalin maksimikohdan. Huom 2! Maksimikohta löytyy kohdasta, jossa mittarin neula on taipuneena mahdollisimman lähelle näytön oikeaa reunaa. Tämän jälkeen säädä vahvistuksensäätönupista (GAIN) SWR-mittarin osoitinneula näytöllä -10 db:n kohdalle. Jos tämä ei ole mahdollista, säädä näytölle arvoksi -10 db mittapäätä nostamalla (kts. kohta 7). 11. Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti kuormasta poispäin kunnes löydät signaalin jokaisen minimi- ja maksimikohdan. Kirjaa nämä kohdat ylös taulukkoon 5. Huom! Saavuttaaksesi paremman mittaustarkkuuden joudut ehkä vaihtamaan SWR-mittarilta mittausaluetta (RANGE). Vaihtaessasi mittausaluetta älä koske vahvistuksensäätönuppiin. Minimi mm Maksimi mm Taulukko 5. Oikosuljetun kuorman minimi ja maksimikohdat. 47
12. Katso taulukosta 5 minikohtien mukaan mikroaaltosignaalin aallonpituus. Aallonpituus = mm Minimikohdasta seuraavaan minimikohtaan on ½-aallonpituus. Käytä seuraavaa kaavaa laskiessasi gunn-oskillaattorin lähetystaajuus. Aaltoputken a-sivun pituus on 22,9 mm 3*10 8 valon nopeus (m/s) a aaltoputken a-sivun pituus (m). mikroaaltosignaalin aallonpituus (m) Taajuus = GHz Vastasiko laskemasi taajuus materiaaleissa esitettyä gunn-oskillaattorin lähetystaajuutta? Kyllä Ei 13. Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti kunnes löydät lähimpänä kuormaa olevan signaalin maksimikohdan. Kirjoita sen sijainti ylös taulukkoon 6. Säädä vahvistuksensäätönupista (GAIN) SWR-mittarin näytölle arvo -10 db. Tämä -10 db on referenssiarvo Emax. Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti 2 mm:n välein gunn-oskillaattoria kohti, kunnes saavutat seuraavan maksimi kohdan. Kirjaa jokaisen siirron jälkeen ylös sijainti mm:nä ja SWR-mittarin jännitelukema E db:nä. Saavuttaaksesi paremman mittaustarkkuuden joudut ehkä vaihtamaan SWR-mittarilta mittausaluetta (RANGE). Vaihtaessasi mittausaluetta älä koske vahvistuksen säätö nuppiin. Laske ja kirjaa taulukkoon 6, E / Emax (db). E / Emax (db) = E (db) - Emax (-10 db) 48
Tämän jälkeen käytä seuraavaa kaavaa laskiessasi E / Emax suhdelukuna. Kirjaa laskemasi arvo taulukkoon 6, kohtaan E / Emax. Sijainti E E/Emax (db) E/Emax mm db db - -10,0 0,0 Taulukko 6. Mittaus on suoritettu eri kohdissa rakolinjaa käyttäen oikosuljettua kuormaa. Mittausten perusteella on laskettu E / Emax (db) ja E / Emax. 14. Piirrä taulukoiden 5 ja 6 tulosten perusteella seisovan aallon kuvio kuvaan 28. Piirrä ensimmäisenä seisovan aallon minimi- ja maksimikohdat kuvaan 28 taulukon 5 mukaisesti. Tämän jälkeen käytä taulukon 6, E / Emax-mittaustuloksia piirtäessäsi ensimmäistä puolikasaaltoa. Muista, että seisovan aallon kuvio toistaa samaa kuviota ½- aallon välein. 49
MAKSIMI 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,90 0,90 0,80 0,80 0,70 0,70 0,60 0,60 E / E max 0,50 0,50 E / E max 0,40 0,40 0,30 0,30 0,20 0,20 0,10 0,10 0,00 120 MINIMI 110 100 90 80 70 60 50 40 30 ETÄISYYS KUORMASTA [ mm ] 20 10 0,00 0 Kuorma Kuva 28. Seisovan aallon kuvio oikosuljetulla kuormalla. 15. Irroita gunn-oskillaattorin teholähteelle menevä gunn-oskillaattorin jännitteensyöttökaapeli. Tee kuvan 29 mukainen kytkentä. GUNN OSCILLATOR POWER SUPPLY PS SWR METER SWR GUNN OSCILLATOR VARIABLE ATTENUATOR SLOTTED LINE FIXED ATTENUATOR FIXED SHORT CIRCUIT 35 db 6 db Kuva 29. Laitteiston kytkentä selvitettäessä seisovan aallon kuviota sovittamattomalla kuormalla. 50
16. Valitse SWR-mittarista -10 db:n mittausalue (RANGE). 17. Kytke gunn-oskillaattorin teholähteelle menevä gunn-oskillaattorin jännitteensyöttökaapeli takaisin kiinni. 18. Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti kuormasta poispäin kunnes löydät sig- naalin jokaisen minimi- ja maksimikohdan. Kirjaa nämä kohdat ylös taulukkoon 7. Minimi mm Maksimi mm Taulukko 7. Sovittamattoman kuorman minimi- ja maksimikohdat. 19. Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti kunnes löydät lähimpänä kuormaa olevan signaalin maksimikohdan. Kirjoita sen sijainti ylös taulukkoon 8. Säädä vahvistuksensäätönupista (GAIN) SWR-mittarin näytölle arvo -20 db. Tämä -20 db on referenssiarvo Emax. Jos tämä ei ole mahdollista, säädä näytölle arvoksi -10 db mittapäätä nostamalla (kts. kohta 7). Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti kuormasta poispäin 2 mm:n välein gunnoskillaattoria kohti, kunnes saavutat seuraavan maksimikohdan. Kirjaa jokaisen siirron jälkeen ylös sijainti mm:nä ja SWR-mittarin jännitelukema E db:nä. Saavuttaaksesi paremman mittaustarkkuuden joudut ehkä vaihtamaan SWR-mittarilta mittausaluetta (RANGE). Vaihtaessasi mittausaluetta älä koske vahvistuksen säätö nuppiin. 51
Laske ja kirjaa taulukkoon 8, E / Emax (db). E / Emax (db) = E (db) - Emax (-20 db) Tämän jälkeen käytä seuraavaa kaavaa laskiessasi E / Emax suhdelukuna. Kirjaa laskemasi arvo taulukkoon 8, kohtaan E / Emax. Sijainti E E/Emax(dB) E/Emax mm db db - 0,0 Taulukko 8. Mittaus on suoritettu eri kohdissa rakolinjaa käyttäen sovittamatonta kuormaa. Mittausten perusteella on laskettu E / Emax (db) ja E / Emax. 52
20. Piirrä taulukoiden 7 ja 8 tulosten perusteella seisovan aallon kuvio kuvaan 30. Ensimmäisenä piirrä seisovan aallon minimi- ja maksimikohdat kuvaan 28 taulukon 5 mukaisesti. Tämän jälkeen käytä taulukon 6 E / Emax-mittaustuloksia piirtäessäsi ensimmäistä puolikasaaltoa. Muista, että seisovanaallon kuvio toistaa samaa kuviota ½- aallon välein. MAKSIMI 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,90 0,90 0,80 0,80 0,70 0,70 0,60 0,60 E / E max 0,50 0,50 E / E max 0,40 0,40 0,30 0,30 0,20 0,20 0,10 0,10 0,00 120 MINIMI 110 100 90 80 70 60 50 40 30 ETÄISYYS KUORMASTA [ mm ] 20 10 0,00 0 Kuorma Kuva 30. Seisovan aallon kuvio sovittamattomalla kuormalla. 53
21. Irroita gunn-oskillaattorin teholähteelle menevä gunn-oskillaattorin jännitteensyöttökaapeli. Tee kuvan 31 mukainen kytkentä. GUNN OSCILLATOR POWER SUPPLY PS SWR METER SWR GUNN OSCILLATOR VARIABLE ATTENUATOR SLOTTED LINE MATCHED LOAD 35 db Kuva 31. Laitteiston kytkentä selvitettäessä seisovan aallon kuviota sovitetulla kuormalla. 22. Valitse SWR-mittarista -20 db:n mittausalue (RANGE). 23 Kytke gunn-oskillaattorin teholähteelle menevä gunn-oskillaattorin jännitteensyöttökaapeli takaisin kiinni. 24. Siirrä rakolinjan mittapää rakolinjan kyljessä olevan mitta-asteikon mukaan 40,0 mm:iin (kuormasta poispäin). Tämän jälkeen säädä vahvistuksensäätö nupista (GAIN) SWR-mittarin näytöllä osoitinneula -21 db:n kohdalle (-1 db -20 db:n alueella). 25. Siirrä rakolinjan mittapäätä raonsuuntaisesti kuormasta poispäin taulukon 9 sijainnin osoittamiin paikkoihin. Kirjaa jokaisen siirron jälkeen ylös SWR-mittarin jännitelukema E db:nä. 54
Laske ja kirjaa taulukkoon 9, E / Emax (db). E / Emax. (db) = E (db) - Emax (-20 db) Käytä seuraavaa kaavaa laskiessasi E / Emax suhdelukuna. Kirjaa laskemasi arvo taulukkoon 9, kohtaan E / Emax. Sijainti E E/Emax (db) E/Emax mm db db - 40,0-4 0,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 Taulukko 9. Mittaus on suoritettu eri kohdissa rakolinjaa käyttäen sovitettua kuormaa. Mittausten perusteella on laskettu E / Emax (db) ja E / Emax. 55
26. Piirrä taulukon 9 tulosten perusteella seisovan aallon kuvio kuvaan 32. MAKSIMI 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,90 0,90 0,80 0,80 0,70 0,70 0,60 0,60 E / E max 0,50 0,50 E / E max 0,40 0,40 0,30 0,30 0,20 0,20 0,10 0,10 0,00 120 MINIMI 110 100 90 80 70 60 50 40 30 ETÄISYYS KUORMASTA [ mm ] 20 10 0,00 0 Kuorma Kuva 32. Seisovan aallon kuvio sovitetulla kuormalla. 27. Käännä gunn-oskillaattorin teholähteen jännitteensäätö (VOLTAGE) nuppi MIN-asentoon. Kytke kaikki power-kytkimet 0 (off) -asentoon. Pura kytkentä ja palauta kaikki komponentit varastointilaatikkoon omille paikoilleen. YHTEENVETO Tässä harjoituksessa opit käsitteet impedanssi, heijastuvat aallot ja seisovat aallot. Opit käyttämään rakolinjaa selvittäessäsi gunn-oskillaattorin aallonpituutta ja lähetystaajuutta. Opit myös mittaamaan ja piirtämään seisovat aallot. Piirsit seisovan aallon kuviot oikosuljetulla, sovittamattomalla ja sovitetulla kuormalla. 56
KERTAUSKYSYMYKSIÄ 1. Mitä seisovan aallon kuvio esittää? 2. Mikä on seisovassa aallossa minimikohtien etäisyys toisistaan? 3. Miten muodostuu seisovassa aallossa seisovan aallon maksimikohta? 4. Selitä miten määritellään mikroaaltosignaalin taajuus rakolinjalla 5. Mitä fyysisiä parametreja rakolinjalla mitataan? 57