42358

ЭЛЕКТРОННЫЕ И КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Управление и контроль за ходом выполнения работы осуществляется с помощью выводимых на экран дисплея базового меню и меню отдельных этапов работы. Организация начального этапа выполнения работы Исполнимый модуль запускается средствами предусмотренными данной операционной системой после чего на экране дисплея появляется базовое меню. Выполнение работы начинается с набора и ввода номера соответствующего пункта базового меню которым на начальном этапе является номер 2 номер 1 используется для завершения работы в целом или ее...

Русский

2013-10-29

190 KB

3 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Самарский государственный азрокосмический университет

                               им. акад. С.П. Королева

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЛЕТНОГО КЛИСТРОНА

      Методические указания к лабораторной работе по курсу

           “ЭЛЕКТРОННЫЕ И КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ”

                                             Самара  2012

УДК 621.385.6

Излагается методика исследования характеристик пролетного клистрона и влияния режимов  работы на характеристики.  Поскольку исследования проводятся в рамках  электронной виртуальной лабораторной работы, последняя содержит значительное число виртуальных клистронов, у которых характеристики и диапазоны возможных режимов совпадают с их реально существующими аналогами, а также виртуальные средства производства контролируемых воздействий и измерений соответствующих результатов эксперимента. Для контроля и самоконтроля выполнения этапов эксперимента предусмотрены средства графического представления результатов измерений.

Составитель: С.А. Маркелов

Рецензенты:

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ

В работе используется исполнимый модуль L_EIKP2.exe,  разработанный в СГАУ и рассчитанный на применение операционных систем DOS  или WINDOWS. Управление и контроль за ходом выполнения работы осуществляется с помощью выводимых на экран дисплея базового меню и меню отдельных этапов работы. Программирование расчетно-моделирующей среды, в которой выполняется работа, проводилось на языке Turbo Pascal 7.0 с использованием стандартного для этого языка модуля GRAPH.  

.

  1.  Структура расчетно-моделирующей среды

     Расчетно-моделирующая среда позволяет студенту выполнять лабораторную работу с применением виртуального аналога технического объекта, а также производить обработку результатов проведенного эксперимента и построение графиков экспериментальных зависимостей.

      Для осуществления данных возможностей в структуру расчетно-моделирующей среды введены нижеперечисленные элементы.

  1.  Совокупность информационных экранов, содержащих задание на текущую лабораторную работу,  методические указания по ее выполнению, описания виртуальных аналогов технических объектов и другую справочную и диагностическую информацию.
  2.  Библиотеки моделей технических объектов.
  3.  Универсальное вычислительное ядро, производящее моделирование технических объектов в соответствии с их базовыми параметрами, выбранными студентом характеристиками рабочей точки  и величинами, варьируемыми в ходе проводимых студентом экспериментов.
  4.  Панель отображения результатов, которая позволяет выводить результаты расчетов и результаты эксперимента в виде графиков и таблиц.

2. Организация начального этапа выполнения работы

   Исполнимый модуль запускается средствами, предусмотренными данной операционной системой, после чего на экране дисплея появляется базовое меню.

   Выполнение   работы начинается с набора и ввода номера соответствующего пункта базового меню, которым на начальном этапе является номер 2 (номер 1 используется для завершения работы в целом или ее отдельных этапов).

    ******************************************************************

    *                    кафедра радиотехники и МДС                  *

    *                                                                *

    *              Исследование пролётного клистрона                 *

    *                                                                *

    *                   Лабораторная работа N2                       *

    *        по курсу "ЭЛЕКТРОННЫЕ И КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ"          *

    *                                                                *

    ******************************************************************

~~~~~~       Для выбора режима работы введите номер позиции

   ~~       расположенного ниже меню.

   ~~

   ~~                                  МЕНЮ

   ~~

   ~~         1: Завершение работы;       2: Методические указания;

   ~~         3: Ввод исходных данных;    4: Пролетный клистрон;

   ~~         5:                          6:

   ~~         7: Контрольные вопросы;     8: Список литературы.

   ~~         9: Вывод графиков на экран; 0: Сведения о программе.

   ~~

~~~~~~

       Рисунок 1.  Общий вид базового меню.

При этом на экран выводится текст методических указаний по выполнению работы. При чтении перелистывание текста проводится с использованием стрелок ВВЕРХ и ВНИЗ клавиатуры.

Далее приводится общий вид окна методических указаний…

                          ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Цель работы.

     В процессе выполнения настоящей работы формируется представление о

характерных значениях основных параметров пролётного клистрона, базовых функциональных зависимостях коэффициента усиления от напряжения, частоты и амплитуды входного сигнала.

Объект и способ исследования.

     Исследованию подлежит система рабочих характеристик  отечественных

и зарубежных клистронов, паспортные данные которых выводятся на дисплей, когда исследователь выбирает пункт меню 4.2 (Исследования.Настройка).

     Исследование проводится на численной нелинейной модели конкретного

клистрона, в основу которой положена система нелинейных дифференциальных уравнений второго  порядка.  Решение  системы выводится в рабочие файлы gr03.dat (зависимость коэффициента усиления по мощности от ускоряющего напряжения Ku=f(Uуск)),  gr02.dat (зависимость коэффициента усиления по мощности от частоты входного сигнала Ku=f(F)) и gr01.dat (зависимость (коэффициента усиления по мощности от мощности входного сигнала Ku=f(P).

     Содержимое файлов gr01, gr02, gr03  использует  программа  GRAFIK,

которая строит график кусочно-линейной аппроксимации содержимого файлов с результатами эксперимента,  поэтому недифференцируемые особенности на графике являются  графическими  дефектами.  Это  следует  учитывать при использовании в отчете экранных копий графиков.

     В случае проведения нескольких  однотипных исследований (например,

снятие амплитудной характеристики при разных напряжениях Uзам),  данные в рабочих файлах обновляются, поэтому, при желании, рабочие файлы нужно переписывать сразу после прекращения соответствующего эксперимента.

   После изучения методических указаний студент должен обратиться к преподавателю и получить номер варианта выполняемой работы. Этот номер студент вводит в окне базового меню с номером 3.

ВЫПОЛНЕНИЕ  РАБОТЫ

  Для  выполнения работы вызывается пункт 4 базового меню “Исследование пролетного клистрона”.

При этом появляется дополнительное меню.

Выход на базовое меню осуществляется выбором пункта 1 этого меню. Исследования начинаются  с  выбора позиции 2 меню 4.  При этом выводятся название и параметры исследуемой  лампы, которые студент записывает в черновик отчета.

После этого студент вводит номер исследуемой зависимости  и появляется окно ввода параметров рабочей точки, в котором по мере ввода данных появляются указания о типе вводимого данного.

После ввода всех требуемых параметров рабочей точки расчетно-моделирующая среда автоматически переходит в состояние, управляемое дополнительным меню 4 “Настройка и экспериментальные исследования” .

Здесь студент должен выбрать режим  исследования ранее предусмотренной зависимости и на экране появляется окно управления экспериментом.

Справа вверху  размещаются  измеряемые величины, устанавливаемые путем перемещения горизонтального курсора слева. Перемещая курсор и записывая показания  экспериментальных значений в черновик отчета, студент проводит исследование виртуального прибора.  После проведения эксперимента  можно посмотреть график

Рисунок 7.  График экспериментальной зависимости  K=f(U).

экспериментально полученной зависимости. Для этого необходимо  выйти в базовое меню и там выбрать пункт 9  “Вывод графиков на экран”.  Распечатка графиков не предусмотрена, но при желании можно сохранить образ экрана кнопкой PRINT_SCREEN клавиатуры и распечатать график любыми доступными средствами. Кроме того таблица этого графика сохраняется в файлах gr01.dat  (для  первой зависимости, выбранной с помощью окна  позиции меню 4.2 “Настройка режима” – см. рисунок 4) , gr02.dat (для второй зависимости) и gr03.dat (для третьей зависимости). Эти файлы содержат только таблицы значений, которые могут быть использованы для построения графиков пакетами Excel, Matlab и др.   

ПРИЛОЖЕНИЕ  А

А1.  Указания по выполнению работы (Окно 2 базового меню).

УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

    1. Для выполнения работы необходимо получить у преподавателя задание, определяющее характер исследования, и условный номер варианта работы

    2. В базовом (появляющимся первым) меню выбрать пункт 3 (Ввод исходных данных) и ввести условный номер варианта работы.

    3. В базовом (появляющимся  первым) меню выбрать пункт 4 (Пролетный клистрон) и выбрать в новом (текущем) меню пункт 2 (Настройка режима), где выводятся параметры исследуемого клистрона и вводится текущий тип эксперимента. В дальнейшем при каждом новом эксперименте нужно повторять настройку.

    4. После настройки в текущем меню выбирается пункт, соответствующий типу исследования.  При этом появляется  индикатор,  на котором  справа выводятся данные о значении  аргумента  и его  функции для  исследуемой зависимости. Значения аргумента и функции необходимо записать в протокол эксперимента.  Некоторые  комбинации  входных  величин могут  привести к срыву эксперимента (в реальной ситуации клистрон в этом случае выйдет из строя). Для возобновления исследования необходимо скорректировать входные величины и вновь провести эксперимент.

       После завершения эксперимента можно выбрать в текущем меню пункт под номером 1 для выхода в базовое меню и там выбрать пункт 9 для того, чтобы просмотреть график  полученной  зависимости.  Просмотрев  график, ввести любой символ, что приведет к выходу в базовое меню,  и повторить пункты 3,4 "УКАЗАНИЙ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ".

    5. Завершение работы производится выбором пункта 1 базового  меню.

    6. Дома необходимо написать отчет о выполнении работы,  содержащий:

       а) Титульный лист;

       b) Цель работы, объект исследования с указанием типа клистрона и его паспортных данных;

       с) результаты экспериментов и построенные по ним графики;

       d) выводы, содержащие характеристику зависимости и объяснение её характерных особенностей (например, какие процессы приводят к появлению экстремума или резкого изменения наклона ветви           графика).

А2.  Содержимое окна 7 базового меню  “Контрольные вопросы”.

                     Контрольные вопросы и задания

1.  Расскажите о конструкции  клистрона с распределённым взаимодействием  и назначении  отдельных  элементов его конструкции.

2.  Каков принцип действия замедляющей системы? Как связаны параметры

    замедляющей системы  клистрона с распределённыс взаимодействием

    (фазовая  скорость и сопротивление связи) c ее конструкцией?

3.  Каков принцип действия устройств ввода/вывода энергии в клистроне с

    распределённым взаимодействием?

4.  Каково  назначение,  устройство и принцип  действия  фокусирующей

    системы клистрона с распределённым взаимодействием?

5.  Расскажите о конструкции резонаторов пролётного клистрона.

6.  Каков принцип действия устройств ввода/вывода энергии в пролётном

    клистроне?

7.  Расскажите о конструкции  двухрезонаторного пролётного клистрона и

    назначении  отдельных  элементов его конструкции.

8.  Каков принцип действия двухрезонаторного пролётного клистрона ?

9.  Каков механизм влияния ускоряющего напряжения на уровень выходного

    сигнала при фиксированном уровне входного сигнала?

10.  Каков механизм влияния тока коллектора на коэффициент усиления

    клистрона с распределённым взаимодействием? Предполагается, что

    напряжение на замедляющей системе  постоянно, а ток коллектора

    изменяется с помощью управляющего электрода.

11.  Какие факторы ограничивают полосу рабочих частот пролётного

    клистрона?

12.  Нарисуйте зависимости коэффициента усиления от напряжения Uуск для

    трёх частот. Объясните причины различий в зависимостях.

13.  Нарисуйте зависимости коэффициента  усиления от частоты  для  трёх

    напряжений Uуск. Объясните причины различий в зависимостях.

14.  Каков характер зависимости коэффициента усиления от мощности

    входного сигнала? Объясните механизм влияния уровня входного сигнала

    на коэффициент усиления.

А3.  Содержимое окна 8 базового меню  “Список литературы”.

                        Список литературы

           a) Теория и принцип действия клистронов

1. Андрушко Л.М., Фёдоров Н.Д.  Электронные и квантовые приборы СВЧ.-

   М., Радио и связь, 1981

2. Воскобойник М.Ф., Черников А.М. Техника и приборы СВЧ. - М., Радио

   и связь, 1982

3. Минаев М.И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот.- Минск,

   Вышэйшая школа, 1978

           б) Устройство, принцип действия и электромагнитные процессы

              в направляющих системах и резонаторах

4. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной

   электронике. - М., Советское радио, 1973

5. Конструкции СВЧ устройств и экранов/ под ред. А.М. Чернушенко.-

   М., Радио и связь, 1983

6. Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот.-

   М., Атомиздат, 1980

7. Никольский В.В. Электродинамика и раcпространение радиоволн. -

   М., Наука, 1973


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13280. Исследование трехфазного двухобмоточного трансформатора 625.5 KB
  Лабораторная работа Т1. Исследование трехфазного двухобмоточного трансформатора. Цель работы: ознакомление с конструкцией и принципом работы трехфазного двухобмоточного трансформатора а также определение параметров его схемы замещения в симметричных режимах при
13281. Побудова комбінаційних схем та побудова часових діаграм 3.84 MB
  У даній курсовій роботі буде даний один із логічних виразів, який буде розв’язуватися, як і в ручну так і за допомогою пакетів прикладних програм (ППП). А саме ППП Proteus та ППП ORCAD...
13282. Теорії міжнародної торгівлі 37.71 KB
  Оскільки, історично міжнародна торгівля передувала іншим формами міжнародних економічних відносин, першими зявилися теоретичні розробки (концепції), що стосувалися саме проблем міжнародної торгівлі і намагалися відповісти на практичні запитання
13283. ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ И ИЗГИБА 717 KB
  ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ И ИЗГИБА Задание. Определить модуль Юнга стальной проволоки с предельной относительной погрешностью не превышающей. Задание. Определить модуль Юнга дерева с предельной относительной погрешностью не превышающей...
13284. Классификация затрат на производство и реализацию продукции 67.5 KB
  Деление затрат по функциям деятельности позволяет в планировании и учете определять величину затрат в разрезе подразделений каждой сферы, что является одним из важных условий организации внутрихозяйственного расчета.
13285. Навыки работы с программным пакетом Electronics Workbench (EWB) для виртуального моделирования физических измерительных процессов 89.5 KB
  Лабораторная работа №1 Навыки работы с программным пакетом Electronics Workbench EWB для виртуального моделирования физических измерительных процессов. Цель исследования: Получить начальное представление о базовых возможностях программного пакета EWB необходимых для мод...
13286. Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench 380.5 KB
  Лабораторная работа №2 Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы биполярного транзистора в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения его входной и выходной вольтамперных характер
13287. Виртуальные измерения магнитной индукции на основе эффекта Холла в среде Electronics Workbench 333.5 KB
  Лабораторная работа №3 Виртуальные измерения магнитной индукции на основе эффекта Холла в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы датчика Холла в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения с его помощью магнитной индукции. Задание на...
13288. Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench 367 KB
  Лабораторная работа №4 Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения внешнего теплового потока заданного периодической пос