0

گيري مشخصات اجزا مـايكروويو بـا اندازه: 7آزمايش

1شدهب روش فركانس جارو

هدف .1- 7 .2جاروب شوندهفركانس مايكروويو با استفاده از ژنراتور بافركانسي اجزا گيري مشخصهي با روش اندازهيآشنا

تئوري .2- 7را نه در آنهابهره يا ضريب انعكاس ورودي و غيره الزم است ه، مانند مشخصمايكروويوگيري مشخصات يك جزء در اندازه

گيري نقطه به نقطـه در ندازها توان باكار را ميالبته اين. گيري كنيمخصوص اندازههب ييك فركانس بلكه در يك باند فركانس

، طـوالني اسـت و ثانيـا ،والايـن روش ا . هاي مربوطه را رسـم كـرد هاي معين در باند مورد نظر انجام داد و منحنيفركانس

تـر تـر و مطمـئن روش سـريع . را ناديده گرفته باشـيم ) هاي تشديدمانند پيك(ها ممكن است تغييرات سريع و ريز مشخصه

كند استفاده كرده و مشخصه فركانس مورد نظر طور خودكار تغيير ميهي كه فركانس آنها بيمعمول آن است كه از ژنراتورها

جزئيـات ايـن روش در . كاغـذ رسـم كنـيم را با دستگاه ثبات روي صفحه ا آنيسيلوسكوپ مشاهده كنيم و ا را روي صفحه

.قسمت آزمايش شرح داده خواهد شد

،گيـري اسـت سهولت قابـل انـدازه هباشد و بمي) ا بهرهي(پارامتري كه معرف ضريب تضعيف مايكروويو هاي گيريدر اندازه

بـه تلفـات ،باشد و كميتي كه معرف ضريب انعكاس ورودي و بنابراين توان برگشتي از آن اسـت مي 3تلفات عبوريپارامتر

معرف افت تواني اسـت كـه در در واقع تلفات عبوري. انجام شد 4تعريف اين دو كميت در آزمايش . موسوم است 4برگشتي

ان در حالت كلي ناشي از دو علت اسـت، يكـي تـوان اين افت تو. يدآوجود ميهمنطبق ببا بار ين جزء در مدار ا اثر قراردادن

اگر اين . و ديگري تواني كه ممكن است در داخل خود جزء مورد آزمايش تلف شده باشد) توان برگشتي(از ورودي انعكاسي

:توان نوشتمي ،تلفات داخلي ناچيز باشد

( )2

2

10 log 1

10 log( )

IL

RL

=− − Γ

=− Γ

يـا (انطباق ورودي جزء مورد آزمايش بـه ژنراتـور شود كه اين پارامتر معرف درجهمالحظه مي RLاز طرفي ديگر از تعريف

0Γ= براي(حاصل شده است بهتريانطباق ،بزرگتري باشد عدد) dBبرحسب( RL بدين معني كه هر چه .است) سيستم

→RL: داريم |Γ| و براي ∞ = =RL داريم1 0(.

1 Swept Frequency Technique 2 Sweep Generator 3 Insertion Loss 4 Return Loss

1

زمايش آ .3- 7

گيري تلفات عبورياندازه .7-3-1

.گيري نشان داده شده استسيستم اندازه )1-7(شكلدر

تلفات عبوري گيرياندازهسيستم ) 1-7(شكل

كه در ايـن دلخواه تنظيم كرد توان بههر دو فركانس را مي(كند ميتغيير f2 به f1 طور خودكار از فركانسهفركانس ژنراتور ب

در هـر كـه دامنـه آن ايارهيك مـوج دندانـه آن Sweep outاز خروجيو )تغيير مي كند GHz8/9تا GHz4/9جا از

اي براي انحراف افقـي دسـتگاه ثبـات ارهاين موج دندانه از. باشدميدر دسترس ،لحظه متناسب با فركانس توليد شده است

X-Y )شوداستفاده مي) يا اسيلوسكوپ.

مـثال فيلتـر (مـورد آزمـايش ابتـدا وسـيله كـار بـراي ايـن . گيري بايد محورهاي عمودي و افقي را مدرج كنـيم قبل از اندازه

ــايكروويو ــاز ) مـــ ــرده و آشكارســـ ــارج كـــ ــدار خـــ ــور(را از مـــ ــتم ) دتكتـــ ــاي سيســـ ــه انتهـــ ــق را بـــ منطبـــ

خـط افقـي f2 بـه f1 تغيير فركـانس ژنراتـور از و dB 0روي كننده حالت با قراردادن تضعيفدر اين. كنيممي وصل) A نقطه(

خطـوط افقـي 20و 10، 5، 3 ،2، 1كننـده روي اعـداد مـثال همين ترتيب با تنظيم تضعيفهب. كنيمرا رسم مي dB 0 معرف

دليـل اينكـه ( .ده اسـت نشـان داده شـ 1-0 شكل اي از چنين خطوطي در نمونه. نماييمرا رسم مي ILاز اين مقادير ه مربوط ب

-آل اجزا سيستم ميغيرايده يفركانس يا مشخصهتغييرات توان ژنراتور بر حسب فركانس و ،خطوط كامال افقي و صاف نيستندشـكل يبـاال در dB 20خـط ين و يدر پـا dB 0 خـط ،از طرفي ديگر چون خروجي دتكتور معموال ولتاژي منفي است. باشد

).رسم شده است

2

اي از مشخصه فركانسي يك فيلترنمونه: 1- - - - 0 شكل

ــه ــراي درج ــور ب ــدي مح ــي بن ــانس(افق ــي) فرك ــانس م ــوان از فرك ــره ت ــر حف ــديد مت ــايكروويوتش ــرد و م ــتفاده ك اس

كـار بـراي ايـن . (كـرد رسم) dB 0مانند (افقي مختلف روي يكي از خطوطهاي را در فركانس هاي مربوط به تشديد آنپالس

-بعد از اين مراحل درجـه ) .قرار داد متفاوتيمتر را روي فركانس رسم كرد و هر بار فركانسرا dB 0 توان چندين بار خط مي .كنيمرا رسم مي آنه ب مربوط ILمنحني دهيم و ميرا در مدار قرار ) فيلتر(بندي جزء مورد آزمايش

و بـا كـرده مطالعـه دقـت هرا ب X-Y حالت و Sweep Generatorمخصوصا ها، جزوات مربوط به دستگاه ،قبل از آزمايش

كوپ مكانيكي تصور كنيد كه تغيير محل قلـم آن در هـر لحظـه سنوعي اسيلوتوانيد را مي X-Y تثبا. آشنا شويد آنهاطرز كار

مكانيكي تغييرات فركانس مولد از واضح است كه با اين وسيله .آن Yو Xهاي به وروديمتناسب است با ولتاژهاي اعمال شده

f1 به f2 هـاي افقـي و حساسـيت . العمل مناسب نشان دهدتا قلم بتواند عكس) حدود چند ثانيه( .بايد به آهستگي صورت گيرد

.عمودي را طوري ميزان كنيد كه منحني تمامي صفحه را بپوشاند

گيري تلفات برگشتي اندازه .7-3-2

.نشان داده شده است )3-7(شكلگيري در سيستم اين اندازه

3

گيري تلفات برگشتي سيستم اندازه ) 3-7(شكل

متناسـب ) كتـور تد(باشد با اين تفاوت كه در اينجا خروجي آشكارسـاز مي) 1(قسمت بيهگيري شاندازهكردن و روش مدرج

-در اين حالت نيز بايد ابتدا با قـرار دادن اتصـال . آيددست ميهدار بورودي فيلتر كه از كوپلر جهتي از سانعكااست با توان و سـپس بـا قـرار نمـوده را رسـم RL خطوط افقي مربوط به مقادير ثابتكننده، جاي فيلتر و با استفاده از تضعيفهكوتاه ب

.را رسم كرد آن RL يفركانس ، مشخصهدار و بار منطبقكوپلر جهت بيندادن فيلتر

.خود تحويل دهيدرا همراه گزارش RLو IL هاي رسم شدهمنحني

دستگاه تحليلگر شبكهاندازه گيري پاسخ فركانسي .7-3-3

گيگاهرتز قرار داده و با قـرار دادن دو 12تا 3فركانس دستگاه را در بازه . را ببنديد) 4-7(در شكلچيدمان نشان داده شده

نقطـه فركانسـي قرائـت 10دسـتگاه در Markerمشاهده شـده را بـا اسـتفاده از تكه موجبر كوتاه و بلند پاسخ فركانسي

.آيا اين دو پاسخ فركانسي با هم اختالفي دارند؟ علت آنرا توضيح دهيد .نماييد

جـاي مـوجبر هـا فيلتـر مـوجبري را قـرار داده و پاسـخ ب .كنيـد يمتنظـ گيگاهرتز 12تا 9كانسي دستگاه را از حال بازه فر

.فركانسي آنرا با استفاده از ماركر اندازه گيري نموده و رسم نماييد

4

Rf OUT

Det in

DUT

با دستگاه تحليل گر شبكهگيري سيستم اندازه ) 4-7(شكل

اهسؤال .7-3-4

1( IL وRL را برحسب پارامترهايS بيان كنيد.

.دست آوريدهطور تقريبي بهشده مشخصات زير را بهاي رسماز منحني )2

)dB 3نقاط (پهناي باند فيلتر ) الف(

در باند عبوري RLو ILتغييرات حداكثر ) ب(

) اسينعكادرصد توان و (Γ)حداكثر ضريب انعكاس ) ج(

.در باند عبوري (S) و نسبت موج ساكن (%

.چيده شده خودداري كنيد Set upاز باز كردن

0

1ساز مايكروويو با ديودگاننوسان: 8آزمايش

هدف .1- 8 گان سازآشنائي با طرز كار و مشخصات كلي نوسان

تئوري .2- 8ــود ــ دي ــان ب ــي ه گ ــق انگليس ــام محق GunnBJ ن ــام .. ــال ن ــدود س ــه در ح ــت ك ــده اس ــذاري ش ــر 1960 گ اث

ولتـاژ بـر حسـب هگيـري مشخصـ كه مشغول اندازهاو در حالي. ردكرا بررسي ميها هاديهاي الكتريكي قوي در نيمهميدان

ـ ،بود 2جريان كريستال آرسنيدگاليم cmV آن بـه حـدود ه متوجه شد كه وقتي ميدان الكتريكي اعمال شـده ب /2000

:قول خود اوهب. دادنوساناتي با فركانس خيلي باال در آن رخ مي ،رسيدمي

ـ هاي كـامال غيـر منتظـر م با پديدهدمتر باال بروقتي شدت ميدان الكتريكي راتا حدود يكي دو هزار ولت بر سانتي... " رو هروب

كه بسـيار شـبيه جريان شروع به نوسانات كامال نامرتبي كرد. هم خوردها ولتاژ همه چيز بيجريان جاي تغيير سادههب. شدم

،شناختمهاي نويزي كه ميرا با مكانيزم مراتب بيشتر از آن بود كه بتوانم آنهآن ب ه دامنهنويز الكتريكي بود با اين تفاوت ك

".شودانو آمپري كه معموال در نويز مشاهده مينود و نه حدود بتغييرات جريان در حدود آمپر . توضيح دهم

در ولتاژ. بود )1-8(شكلگان مانند ديود I-Vشد،اگر نوسانات ناديده گرفته ميشبيه يك مقاومـت GaAs كريستال

هـاي مرتـب و نوسـان ) متـر ميلـي 1.0حـدود (تـر هاي كوتاههاي بيشتر نشان داد كه با نمونهآزمايش. كندمنفي عمل مي

. آيددست ميهيك بهتري بپريود

ديود گان I-Vمشخصه ) 1-8(شكل

گيري نمايـد و مشـاهده همچنين توانست شدت ميدان الكتريكي را در داخل كريستال بر حسب فاصله و زمان اندازهگان

اي بــــا شــــدت ميــــدان بــــاال در نزديكــــي كاتــــد ايجــــاد كــــرد كــــه در هنگــــام وقــــوع نوســــانات ناحيــــه

1 Gunn Diode 2 Gallium Arsenide(GaAs)

1

كاند ايجاد شده و اين كـار دائمـا جديدي در هرود و دوباره حوزكه به طرف آند حركت كرده و در آنجا از بين مي 1شودمي

ديود موسوم اسـت و فركـانس نوسـانات را تعيـين 2گذرايزمان الزم براي رسيدن اين حوزه به آند به زمان . شودتكرار مي

عنوان مثال عـرض هب(كه يك كريستال كوتاه در فركانس باالتري از يك كريستال بلندتر نوسان خواهد كرد طوريهكند بمي

).باشدمي mµ10 حدود GHz10 فعال در فركانس ناحيه

مباحـث فيزيكـي هبيشـتر دربـار هبـراي مطالعـ .فقط توصيفي كيفي و مختصر از اثرگان بـود ،آنچه در باال شرح داده شد

3.مراجعه كنيد مايكروويوهادي نيمهتوانيد به كتب اجزاء اين اثر ميه مربوط ب

كه فركانس تشديد )برا موجيهاي تشديد كواكسيال ند محفظهنما(گان در نوعي مدار تشديد قرار داده شود چنانچه ديود

را بـه توان فركانس نوسـان ديـود را انـدكي تغييـر داده و آن مي ،گان باشد دگذراي ديوآن نزديك فركانس مربوط به زمان

تشـديد مكعـب مسـتطيلي را هطرز قرار گرفتن ديود در يك محفظـ ) 2-8(لشك. فركانس تشديد مدار خارجي منطبق كرد

.دهدنشان مي

ديود گان در محفظه تشديد: 1- - - - 8 شكل

. شـود مـي كوپـل بـر خروجـي تشديد ايجاد شده به موج ههاي محفظاي كه در يكي از ديوارهاز طريق پنجره مايكروويوتوان

:توان اندكي تغيير دادفركانس نوسان را با دو روش زير مي

4تنظيم مكانيكي فركانس )1

ــيم ــيچ تنظ ــك پ ــا ي ــا ب ــاد آن و ي ــر دادن ابع ــا تغيي ــه را ب ــديد محفظ ــانس تش ــن روش فرك ــه در (در اي ــد آنچ مانن

.دهيمتغيير مي) رآكتانس متغير استيك نشان داده شده و معادل ) 1-8 شكل

5تنظيم الكتريكي فركانس )2

گيرد بـراي تغييـر فركـانس موازات ديودگان قرار ميه كه ب) Varactorد ديو(از يك خازن متغير با ولتاژ در اين روش

.آيددست ميهفركانس مطلوب ب ، اين ديوده شود و با تنظيم ولتاژ مستقيم اعمال شده باستفاده ميتشديد

تدريج جـايگزين ه هادي بسازهاي نيمهنوسان ، امروزه)مانند رادار( ،هاي خيلي باال دارندلي كه احتياج به توانيغير از وسا

هــــائي از كــــاربرد مثــــال. شــــونديمــــ) نظيــــر كاليســــترون ( مــــايكروويوســــازهاي المپــــي نوســــان

ل مايكروويو، مولدهاي آزمايشگاهي، وسايهاي ها و گيرندهدر فرستنده 6سازهاي محلينوسان: سازهاي گان عبارتند ازنوسان

1 High Field Domain 2 Transit Time

,"".: مثال رجوع شود به 3 nsApplicatioTheirandDevicestorSemiconducMicrowaveWatson 4 Mechanical Tuning 5 Electronic Tuning 6 Local Oscillators

2

، ولتـاژ ، ابعـاد كوچـك توان از وزن كمساز مياز مزاياي اين نوسان. و غيره) "دزدگير"مانند در بازكن و (كنترل و حفاظتي

دارد و رانـدمان ) حدود آمپر(گان احتياج به جريان نسبتا زياد از طرفي ديگر ديود. ن منبع تغذيه و عمر طوالني نام بردپايي

.سوزاندرا مي سرعت آنهاز حد مجاز ببيش و اعمال ولتاژ ) چند درصدحدود (كلي آن بسيار كم است

آزمايش .3- 8 .يكديگر در شكل زير نشان داده شده استه و طرز اتصال آنها بل مورد نياز در اين آزمايش وساي

ل آزمايشيوسا 2- - - - 8شكل

.قبل از روشن كردن منبع تغذيه از اتصال صحيح كابل ها اطمينان حاصل كنيد :اخطار

.گان از حد مجاز تجاوز نكند به ديوددر ضمن آزمايش دقت كنيد كه ولتاژ اعمال شده

ديودگان I-V هگيري مشخصاندازه .8-3-1

در . زمان با آن جريان ديود را قرائت كنيـد ولتي تغيير داده و هم 5.0در مراحل V11~0 در محدودهگان را ولتاژ ديود

گـان را جريان بـر حسـب ولتـاژ ديـود همشخص. قرار دهيد (dB 40)يفكننده را روي حداكثر تضعگيري تضعيفاين اندازه

.رسم كنيد

تنظيم مكانيكي فركانس .8-3-2

).باشد mAحالت بايد حدود جريان ديود در اين(تنظيم كنيد V10گان را برابر ولتاژ مستقيم ديود

حال تضـعيف را كـم . صفر كنيد، mW10ه سنج را در حوزتوان ،تضعيف قرار داردكننده روي حداكثر كه تضعيفدر حالي

تنظيم مكانيكي فركانس، فركانس نوسـان را پيچبا تغيير .)mW5مثال (سنج قرائت شود كنيد تا مقدار مناسبي روي توان

حسـب بر(تغيير دهيد و در هر مرحله فركانس و توان خروجـي نسـبي را GHz2.0 با قدم GHz4.10تا GHz6.9از

mW وdBm (رسم كنيد ساز مشخصه توان خروجي بر حسب فركانس را براي اين نوسان. يادداشت كنيد)كار براي اين

تضــــــــــــــــعيف يــــــــــــــــا تلفــــــــــــــــات اجــــــــــــــــزاء بــــــــــــــــين بايــــــــــــــــد

چقـدر سـاز رانـدمان نوسـان GHz10 در). شده اضـافه شـود سنج به حساب آورده شده و به توان قرائتو توانساز نوسان

است؟

3

و ولتـاژ 1گيري ميزان تغييرات فركانس نسبت به امپـدانس بـار اندازه .8-3-3

2تغذيه

در همـان . ميگوينـد (pushing figure)تغييرات فركانس يك نوسان ساز نسبت به تغييرات ولتاژ بايـاس نوسـان سـاز را

. مجموعه آزمايشي بسته شده با تغيير ولتاژ باياس فركانس خروجي را يادداشت كنيد

لتاژ باياس منطقي است؟چنانچه ديود گان يك عنصر صرفا مقاومتي باشد، آيا تغيير فركانس نوسان با و: سوال

شـود كـه بـا ساز ، شرايط نوسان عوض شده و فركانس نوسان اندكي جابجـا مـي معموال با تغيير بار متصل شده به نوسان

ساز بار منطبق را با يـك بـار بـا تلفـات در واقع اگر در خروجي نوسان. گرددمعرفي مي Pulling Factorپارامتري به نام

درجه برابـر 360تا 0، ميزان جابجايي فركانس به ازاي تغيير فاز چنين باري در محدوده ين نماييم جايگز 10dBبرگشتي

Pulling figure ايزوالتور را باز كرده و مطابق شكل زير مجموعه را ببنديد گيري اين پارامترجهت اندازه. خواهد بود.

براي اندازه گيري تغييرات فركانس برحسب تغيير بار ل آزمايشيوسا 4- - - - 8شكل

ابتـــــــــــــدا .تنظـــــــــــــيم نماييـــــــــــــد V10 را روي گـــــــــــــان ولتـــــــــــــاژ ديـــــــــــــود

. كننده متغير و اتصال كوتاه لغزان را از مدار خارج نموده و بار منطبق را جايگزين آنها كنيدتضعيف

حـال بـار . متر قرائت نماييدو فركانس را توسط دستگاه فركانس.) شودميمتر به دهانه تزويج كوپلر وصل خروجي فركانس(

بسازيد 10dBتلفات برگشتي منطبق را برداشته و با اتصال يك تضعيف كننده متغير به اتصال كوتاه لغزان يك بار با ميزان

.درجه تغيير داد 360بگونه اي كه بتوان فازآن را

با اتصال يك تضعيف كننده و اتصال كوتاه لغزان حاصل ميشود؟ 10dBفت بازگشتيچرا باري با فاز متغير و ا: سوال

.محاسبه نماييد را Pulling figureبا تغيير محل اتصال كوتاه لغزان هر بار فركانس را خوانده و

1 Pulling Factor 2 Pushing Figure

4

بررسي پديده داپلر .4- 8سـيگنال . تي از يك هدف متحرك اسـت فركانسي ميان سيگنال ارسالي از يك منبع ثابت و اكوي بازگششيفت پديده داپلر

صـداي از مثال هاي معروف پديده داپلر در طبيعـت مـي تـوان بـه .ارسالي مي تواند آكوستيكي و يا الكترومغناطيسي باشد

.مي باشد دور شوندهيا نورهاي دريافتي از ستاره هاي ،از يك قطار نزديك شونده سوت

آشـناترين ايـن . و كه داراي كاربردهاي زيادي مي باشند محـدود مـي كنـيم در اين آزمايش بحث را به سيگنالهاي مايكروي

در اين رادارها ميزان انتقال فركـانس مسـتقيما بـا سـرعت . كاربردها رادارهاي پليس براي سنجش سرعت اتومبيل ها است

آالرم را بصـدا فركانسي را تشخيص مي دهـد و شيفتمثال ديگر آالرم سرقت است كه فقط حضور . اتومبيل متناسب است

.در مي آورد

ωكـه را به سمت هدف ارسال مي كنـد cos(ωt)براي اندازه گيري سرعت هدف، راداريك سيگنال مدوله نشده به شكل

سرعت نـور و D/c ،cزمان الزم براي رسيدن سيگنال ارسالي به هدف )5-8شكل.(فركانس زاويه اي سيگنال ارسالي است

D از آنجا كه هدف متحرك است . فاصله ميان رادار و هدف، استD با زمان تغيير مي كند از طرفـي چـون سـرعت هـدف

بنا براين . براي رسيدن به گيرنده را سپري مي كند D/cنسبت به سرعت نور بسيار كوچكتر است اكوي بازگشتي نيز زمان

سيگنال ارسالي در محل هدف برابر است با

cos (ω(t-D/c)) = cos(ωt-ωD/c) :بخشي از اين سيگنال به سمت رادار منعكس مي گردد كه سيگنال دريافتي در رادار بصورت زير خواهد بود

cos (ωt-2ωD/c) :را بصورت زير مي توان نوشت Dاگر فرض كنيم هدف داراي سرعت ثابت باشد

D=D0±vd (t-t0) عالمت منفي براي اهداف نزديك شونده و عالمت مثيت براي اهـداف . عت شعاعي استسر vdو t0فاصله در لحظه D0كه

:بنابراين براي اكوي دريافتي داريم. دورشونده بكار مي روند

cos (ωt-2ωD/c)= cos (ωt-2ω D0/c±2ω vd t /c –(±2ω vd t0 /c)) يا

cos ((ω± ωd) t-(2ω D0/c± ωd t0)) كه

ωd=2ω vd /c و فركانس داپلر برابراست با

fd= ωd/(2π)= 2f vd /c 10معمـوال از (پريود داپلر بيشـتر m ،گيري اين فركانس با دقت كافي، بايستي زمان اندازه گيري از تعداد كافي براي اندازه

λكـرده اسـت و حركـت vdm/fd=mc/(2f)=(m/2)λپريود هدف به اندازه mبا توجه به نكته فوق در طول . باشد) برابر

.لي استطول موج سيگنال ارسا

،كه بسـمت رادار Km/h 50در نظر بگيريد هدف يك ماشين با سرعت GHz 10.565يك رادار با فركانس ارسالي ) مثال

بنابراين فركانس داپلر برابر است با. در حال حركت است

fd=(2*10.565*10^9*50*10^3)/(3*10^8*3600)=960 Hz cm 142برابر پريود داپلر در نظر بگيريم در اين مدت هـدف بـه انـدازه 10اگر زمان الزم براي اندازه گيري دقيق راحدود

.جابجا شده است

نمونـه اي از سـيگنال ارسـالي در آشكارسـاز بـا اكـوي . بلوك دياگرام يك رادار داپلر ساده را نشـان مـي دهـد ) 6-8(شكل

براي حذف تغييـرات (تقويت شده ، بعد از عبور از يك محدود كننده ) داپلر(ميكس شده سيگنال. بازگشتي ميكس مي شود

.تعداد پالس هاي خروجي شمارنده متناسب با سرعت شعاعي هدف خواهند بود. به يك شمارنده مي رود) نامطلوب دامنه

قسمت اصلي سيگنال خروجي . مي كندما را قادر به استفاده از يك آنتن براي ارسال و دريافت ) 7-8شكل(يك سيركوالتور

اسيالتور گان توسط سيركوالتور به آنتن رفته و تشعشع مي شود و قسمت كوچكي از آن به ميكسر نشت كرده و به عنـوان

5

به كار مي رود البته انعكاس هاي ناشي از عدم تطبيق كامل آنتن نيز مـي توانـد بـه عنـوان ) LO(سيگنال اسيالتور محلي

LO ده قرار گيردمورد استفا.

روش انجام آزمايش

اسـيالتور گـان را روشـن كـرده و آنـرا .آنرا ببنديد set upرا آماده كرده و )7-8(وسايل نشان داده شده در شكل •

ولـت 9توجه داشته باشيد كه در اينحالت ولتاژ باياس نبايد بيشتر از . گيگاهرتز تنظيم كنيد 9تقريبا در فركانس

.باشد

سيگنال خروجي را مشـاهده mV/cm 50و محور عمودي DC-Coupleك اسيلوسكوپ در مود با استفاده از ي •

.در سيگنال مشاهده ايجاد مي كند DCمقدار آفست LOتوان . نماييد

تنظيم كرده و با تنظيم فركانس اسيالتور گان يك كاهش شـديد MHz 9000فركانس متر را دقيقا در فركانس •

.خواهد بود MHz 9000ييد در اينحالت فركانس اسيالتور گان دقيقا مشاهده نما DCدر ميزان آفست

.دور كنيد MHz 9000از فركانس MHz 50فركانس متر را بچرخانيد و حداقل به اندازه •

قرارداده و مقياس محور عمودي را AC-Coupleهدف متحرك را مقابل آنتن قرار داده ، اسيلوسكوپ را در مود •

حال فركانس اين سيگنال سينوسي را انـدازه . سيگنال سينوسي خروجي قابل مطالعه باشد تغيير دهيد تا زمانيكه

.را تكميل نماييد) 1-8(و جدولگرفته

.تكرار كنيد MHz 8000,8500,9500اندازه گيري ها را براي فركانس هاي •

)1-8(جدول

9500 9000 8500 8000 فركانس اسيالتور گان

داپلر اندازه گيري شده

داپلر محاسبه شده

سواالت

براي ديود ميكسر را تعيين مي كند؟ LOچه عاملي سطح توان )1

چرا يك هدف متحرك در مسير دايروي توسط رادار داپلر قابل شناسايي نيست؟ )2

,Introduction to Radar Systems, M.I. Skolnik, Mc Graw-Hill "منبـع بـراي مطالعـه بيشـتر •

1962"

پديده داپلر) 5-8(شكل

6

بلوك دياگرام يك رادار داپلر ساده) 6-8(شكل

وسايل الزم براي اندازه گيري پديده داپلر) 7-8(شكل

.چيده شده خودداري كنيد Set upاز باز كردن

0

طراحــي مــدارات مــايكروويو بــه كمــك :9آزمــايش

افزار نرم

هدف .1- 9 .است Microwave Officeدر اين آزمايش هدف آشنا شدن با محيط نرم افزار

تئوري .2- 9براي كار با نرم افزار سه آزمايش شامل طراحي يك ترانس خط انتقالي ربع موج، ترانس خط انتقالي ربـع مـوج دو طبقـه و

.دانس يك ترانزيستور در نظر گرفته شده استمدارات تطبيق امپ

آزمايش .3- 9

ربع موجطراحي ترانسفورماتور .9-3-1

شـماتيك يـك . اسـت 4λ/ هـاي تطبيـق امپـدانس، اسـتفاده از ترانسـفورماتورهاي دانيد يكـي از روش طور كه ميهمان

.بينيديم) 1-9(شكلرا در 4λ/ ترانسفورماتور

ترانسفورمر ربع موج )1- 9(شكل

بايد توجه كـرد كـه . رساند f0در فركانس Zin را به سطح دلخواه ZLتوان امپدانس مي Z0 با انتخاب مقدار مناسب ،بنابراين

هـاي ديگـر نيـاز بـه تحليـل افتد و بررسي آن در فركـانس مي ، باشد 4λ/ اين اتفاق فقط در فركانسي كه طول خط برابر با

.كنيماستفاده مي Microwave Office افزارتري دارد كه ما به اين منظور از نرمدقيق

توجـه كنيـد كـه در . تطبيـق كنـيم 50Ωرا بـه امپـدانس ورودي 150Ω امپدانس بار GHz 2 خواهيم در فركانسمي

بـا اسـتفاده از روش . ، به همين دليل نياز به اين امپـدانس داريـم است 50Ω هاي متداول معموال امپدانس وروديسيستم

.را طوري محاسبه كنيد كه به اين هدف برسيم Z0 فوق

1

Single" در شـماتيك . باز كنيد Microwave Office افزاررا در نرم "Quarter-Wave Transformers"هپروژ

Transformer" ال مقابلجاي عالمت سؤهب Z0، بـه ايـن منظـور روي عالمـت .دهيدمقدار مناسب امپدانس خط را قرار

اعـالم خطـا را هپنجـر . كليـك كنيـد Analyze روي ابزار Toolbarاز. را تغيير دهيد ال دوبار سريع كليك كنيد و آنسؤ

توجـه كنيـد كـه قـبال در . رسم خواهند شد لفات عبوري و ت 1ي وروديتشرگ، تلفات ب ورودي VSWR نمودارهاي. ببنديد

ــانس ــا درجــه 90 طــول الكتريكــي خــط GHz 2 فرك ــر . تنظــيم شــده اســت 4λ/ ي ــاي زي ــن را در پارامتره Z0 اي

به چـه VSWRو (S11) يتشرگبهت نمودار تلفات اشب. اندشده رسم GHz 4تا (DC)فركانس صفر نمودارها از. بينيدمي

توجـه S21و S11 هافقي يكديگر هستند؟ بـه رابطـ هتقريبا قرين و تلفات عبوري يتشرگبدليل است؟ چرا نمودارهاي تلفات

كند؟هايي دوباره ترانسفورماتور درست كار ميدر چه فركانس. كنيد

VSWRاگر معيار خوب بـودن تطبيـق ورودي، . ورودي را در گزارش خود به صورت تقريبي رسم نماييد VSWR پاسخ

اگر دكمه چـپ مـاوس را روي نمـودار دائـم (، چقدر است؟ ، پهناي باندي كه در آن تطبيق خوب است باشد 1.5ز اكمتر

.)كنيد، فركانس و مقدار نمودار را مشاهده مي جا كنيدهداشته و ماوس را جابنگه

كه )2-9(شكلبه . تورهاي پشت سر هم بسته شده است، استفاده از ترانسفورما يك روش براي افزايش پهناي باند تطبيق

.دو ترانسفورماتور در آن پشت سر هم بسته شده است، دقت كنيد

دو طبقه ترانسفورمر امپدانس )2- 9(شكل

ايـن . ترين آنها اسـتفاده از تصـاعد حسـابي اسـت دارد كه يكي از ساده وجود Z02 و Z01 هاي مختلفي براي انتخابروش

و بعد از خود ، ميانگين امپدانس ورودي طبقات قبل روش به اين ترتيب است كه امپدانس ورودي پس از هر ترانسفورماتور

بايـد باشـد، از اينجـا 100Ω يعنـي 50Ω و 150Ω نبرابر با ميـانگي Z1، امپدانس ورودي مورد قبلي همثال در ادام. است

Z02شود و سپس معلوم ميZ01 با استفاده از روش فوق .آيددست ميبه ،Z01 وZ02 را محاسبه كنيد.

مقادير مناسب امپـدانس خـط را قـرار ، هاZ0 ال مقابلجاي دو عالمت سؤهب "Double Transformer"در شماتيك

مـدار (و تلفات عبوري دو مـدار يتشرگب، تلفات ورودي VSWR ، نمودارهاي خطا هپس از آناليز مدار و بستن پنجر. دهيد

.بينيدرا با هم مي) ترانسفورماتوري و دو ترانسفورماتوريتك

پهناي باند تطبيق براي همان معيار قبلي چقدر است؟ چند درصد . جديد را در گزارش خود اضافه كنيد VSWR نمودار

شود؟افزايش پهناي باند مشاهده مي

1 Input Return Loss

2

و Z02و Z01( قسمتي مقادير امپدانس ورودي و سپس مقادير امپـدانس خطـوط انتقـال يك ترانسفورماتور سه حال براي

Z03 (را محاسبه كنيد.

مقادير مناسب امپـدانس خـط را قـرار ، هاZ0 جاي سه عالمت سئوال مقابلهب "Triple Transformer"در شماتيك

.بينيدمدارها را با هم مي و تلفات عبوري همة يتشرگبتلفات ، ورودي VSWRهاي ، نمودار پس از آناليز مدار. دهيد

همان معيار قبلي چقدر است؟ چند درصـد پهناي باند تطبيق براي. جديد را در گزارش خود اضافه كنيد VSWR نمودار

شود؟افزايش پهناي باند مشاهده مي

اي غيـر از توانيـد بـا تغييـر مشخصـه توانيد به صورت كيفي دليل افزايش پهناي باند تطبيق را توضيح دهيد؟ مـي آيا مي

امپدانس، روش ديگري براي افزايش پهناي باند تطبيق پيشنهاد كنيد؟

يقطراحي مدار تطب .9-3-2

:توان به شكل زير نشان دادترانزيستوري مايكروويو را مي هكننديك تقويت

مدار كلي يك تقويت كننده )3- 9(شكل

ترين توان نشان داد كه براي گرفتن بيشـ ، به اين ترتيب مي ترانزيستور كم باشد 12S هكنيم اثر فيدبك يا مشخصفرض مي

:ار باشدرزمان در ورودي و خروجي برق، بايد شرايط تطبيق هم بهره از ترانزيستور

* *11G in SΓ =Γ ≅

* *

22L out SΓ =Γ ≅

:ندگي مطابق زيراستكداراي پارامترهاي پرا GHz 4 در فركانسNEZ4450-15D ترانزيستور

11 0.645 118.4S = ∠−

12 0.013 34.2S = ∠−

21 3.351 39.9S = ∠−

22 0.456 97.2S = ∠

:بخشيمبه كمك مدار زير تطبيق را تحقق مي

3

مدار پيشنهادي براي تطبيق تقويت كننده) 4- 9(كل ش

زمـان در ورودي و را طوري پيـدا كنيـد كـه شـرايط تطبيـق هـم L4تا L1 هاي الكتريكي، طول اسميت دياگرام هوسيلبه

.برقرار باشد 4GHz خروجي ترانزيستور فوق در فركانس

Matching" همنظـور پـروژ بـه ايـن . پاسخ فركانسي مـدار فـوق را مشـاهده كنـيم 4GHz خواهيم حول فركانسمي

Network Design" افزاررا در نرم Microwave Office هدر پنجر. باز كنيد "Global Equations"مقادير طول-نمودارهـاي . كليك كنيد Analyze روي ابزار Toolbar از. وارد كنيد L4 تا L1 هاي محاسبه شده را در مقابل متغيرهاي

زمـان ورودي و روش تطبيق همدر گزارش خود .و تلفات عبوري رسم خواهند شد ورودي يتشرگب، توان تلفات توان هبهر

.خروجي را با استفاده از مدار فوق شرح دهيد و اين نمودارها را رسم كنيد

شود؟نزيستور گرفته مياي از اين تراچه بهره 4GHz در فركانس

كننده چقدر است؟اين تقويت dB 3پهناي باند

دقت . اندشدهو مزدوج آن نيز رسم GΓ و (S11) ضريب بازتابش ورودي ترانزيستور ، نمودارهاي اسميتدر توجه كنيد كه

)در صورت انطباق صحيح. (تقاطع دارند GΓو مزدوج (S11)نمودارهاي 4GHzكنيد كه در فركانس

دقت كنيد . اندشدهو مزدوج آن نيز رسم LΓ و (S22) ترانزيستور خروجينمودارهاي اسميت ضريب بازتابش در همچنين

)در صورت انطباق صحيح. (تقاطع دارند LΓو مزدوج (S22)نمودارهاي 4GHzكه در فركانس

4

نمودار اسميت ضميمه 5- - - - 9 شكل

0

ميكرواستريپيآشنايي با مدارات :10آزمايش

هدف .10-1در اين آزمايش با نحوه كاركرد تعدادي از مدارات مايكرواستريپ آشنا شده و پارامترهاي پراكندگي آنها را اندازه گيري مـي

.نماييم

تئوري .10-2

vco ،crystal detector ،circulator آشنايي با نحوه كار .10-2-1

vco ــر ــه آن تغيي ــالي ب ــاژ اعم ــر ولت ــا تغيي ــار آن ب ــانس ك ــه فرك ــد ك ــي باش ــايكروويو م ــيگنال م ــع س ــك منب ي

ـ ه توپولوژي آن از يك ترانزيستور سيليكوني ب. كند مي كننـده عنـوان تنظـيم ه عنوان مقاومت منفي و يك ديـود وركتـور ب

.گيگاهرتز تغيير مي كند 7/3تا 4/2ولت فركانس آن بين 30تا 2با تغيير ولتاژ آن از . فركانس تشكيل شده است

.مي باشد vcoنمايشگر اتصاالت خارجي )1-10(شكل

VCOاتصاالت خارجي )1-10(شكل

نشان داده شده است براي يكسوسازي و در نهايـت آشكارسـازي تـوان )2-10(شكل آشكارساز كريستالي ديودي نيز كه در

RFآن متناســــب بــــا تــــوان ســــيگنال dcاي كــــه خروجــــي بــــه گونــــه. رودمــــايكروويو بــــه كــــار مــــي

ــي ــدم ــداقل . باش ــز ح ــيت آن ني µωحساسmv 0.5ــي ــين م ــاميكي آن ب ــج دين ــد و رن ــا 1باش ــرووات ت 30ميك

.وات استميلي

.

1

شكل ظاهري و ساختمان داخلي يك آشكارساز توان )2-10(شكل

علت وجود ماده فريت بـه كـار رفتـه در ه يك المان غير هم پاسخ كه ب. باشدروويو ميسيركوالتور يكي از ادوات مهم مايك

بـه پـورت آل كامالشود در حالت ايدهوارد مي 1كه از پورت انرژي) 4-10(شكلمطابق .، خاصيت غير هم پاسخي دارد آن

.رسدنمي 3منتقل شده و چيزي به پورت 2

ــا در ــدود امــ ــوري حــ ــورت عبــ ــين پــ ــل بــ ــا 0.5dBعمــ ــيون تقريبــ ــورت ايزوالســ ــين پــ ــعيف و بــ تضــ

20-30dBنرسـد حـدود 3بـه پـورت 1يعني به جاي اينكه چيزي از توان تابانده شده به پورت .ايزوالسيون وجود دارد -30dB 20-تاdB مي رسد 3از آن به پورت.

و Directional Couplerآشـــــنايي بـــــا نحـــــوه كـــــار .10-2-2

يك قطعه به كمك آن VSWR، و R.L ،I.Lگيري اندازه

هـاي رفـت و برگشـت باشند كه بيشتر براي جدا كـردن مـوج يكي از ادوات مهم مايكروويو مي) D.C(كوپلرهاي جهتي

. باشديك چند دهانه مي Sگيري پارامترهاي گيرند و در نتيجه يكي از كاربردهاي مهم آنها اندازهميمورد استفاده قرار

.دهدآل را نشان ميغير ايده D.Cروابط مربوط به يك )3-10(شكل

2

آلغير ايدهروابط يك كوپلر جهتي )3-10(شكل

آزمايش .10-3

محاسبه توان ارسالي وچيدمان اوليه .10-3-1

8كـه SMAبراي اتصال آنها از كانكتور . ، سيركوالتور و آشكارساز كريستالي را نصب نماييدvco، )4-10(شكلمطابق

.اهم ختم كنيد 50سيركوالتور را به بار 3پورت . باشد استفاده كنيدعدد از آنها در اختيار شما مي

3

چيدمان فيزيكي و شماتيك مدار )4-10(شكل

دهـد متـر ديجيتـال نشـان مـي مقـداري كـه ولـت . متر ديجيتال وصل كنيد، آشكارساز را به ولت به كمك كابل كواكسيال

.ساز استتوان ورودي به آشكار امتناسب ب

.ي الزم را مطابق جدول زير انجام دهيدهاگيرياندازه

4

.سيده به پورت ايزويالسيونمحاسبه توان ر .10-3-2اهم به رنـگ قرمـز ، 50بار منطبق انتهاي توجه شود كه در اين آزمايش ها .تغيير دهيد )5-10(شكلچيدمان را مطابق

.مدار باز به رنگ قرمز و اتصال كوتاه به رنگ طاليي مي باشد

چيدمان شماتيك مدار )5-10(شكل

.هاي الزم را مطابق جدول زير انجام دهيدگيرياندازه

3به پورت 2محاسبه توان بازگشتي از پورت .10-3-3 .تغيير دهيد )6-10(شكل چيدمان را مطابق

5

دمان شماتيك مدارچي )6-10(شكل

هاي الزم را مطابق جدول زير انجام داده و نسبت گيرياندازه2

3

p

p .را بيابيد

هنگامي كه سيركوالتور به صورت غير مستقيم محاسبه توان ارسالي .10-3-4

.قرار گرفته است .تغيير دهيد )7-10(شكلچيدمان را مطابق

چيدمان شماتيك مدار )7-10(شكل

هاي الزم را مطابق جدول زير انجام داده و نسبت گيرياندازه2

1

p

p .را بيابيد

6

اهميـت نتـايج سـتون دوم در . ليل كنيـد اين جدول را تح 3و 1هاي جدول زير را پر كرده و نتايج حاصل در ستون: تمرين

چيست؟

.آن ILو Dو Cو محاسبه مقادير D.Cآشنايي با .10-3-5

را بدست آورده و با كمك روابط موجود و پـر كـردن جـداول P4تا P1مقادير )8-10(شكلمطابق چيدمان موجود در

. را محاسبه كنيد ILو C ،Dذيل مقادير

7

گيري پارامترهاي كوپلر جهتيچيدمان فيزيكي مدار مربوط به اندازه)8-10(شكل

8

يك قطعه به كمك كوپلر جهتي VSWR، و R.L ،ΓΓΓΓگيري اندازه .10-3-6

.اسـتفاده كـرد )Error! Reference source not found. )10-9توان از چيدمان مي RLبراي محاسبه

100%شود تا مرجع توان تابشي به كمك بار مدار باز و اتصال كوتاه محاسبه مي DCبازگشتي توسط ابتدا توان كوپل شده

)0dBدر حالت ( .بدست آيد

9

يك قطعه) RL(چيدمان فيزيكي مدار مربوط به محاسبه افت بازگشتي )9-10(شكل

.انجام داده و جدول زير را پر كنيد LPو فيلتر مايكرواستريپاهم 50بار ر منطبق ،سپس توان بازگشتي توسط با

اهم كواكسيال و 50ها جداول زير را پر كنيد و نتايج را براي بار منطبق گيريسپس به كمك اطالعات بدست آمده از اندازه

. مايكرواستريپ مقايسه كنيد

10

ينك مايكروويول .10-3-7 ))10-10(شكل(. فركانس تشديد يك آنتن ميكرواستريپي را اندازه بگيريم در اين آزمايش قصد داريم

.

بلوك دياگرام ) 10-10(شكل

VCOفركـانس . قراردهيـد 80cmفاصله بين آنها را . تيب دهيدتر )10-10(شكل چيدمان فرستنده و گيرنده را مطابق

آيا پهناي بانـد ايـن . به اين ترتيب فركانس تشديد آنتن را بدست آوريد. را تغيير دهيد تا بيشترين دريافت را مشاهده كنيد

آنتن كم يا زياد است؟

.دچيده شده خودداري كني Set upاز باز كردن