วัตถุประสงค์
1. เพื่อศึกษาการทำงานของอุปกรณ์ในย่านความถี่ X (8 – 12.4 GHz)
2. เพื่อศึกษาเรื่องการสะท้อน และ VSWR
3. เพื่อศึกษาเรื่องความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น
อุปกรณ์
1. ชุดทดลองไมโครเวฟ ED-3000
2. เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ 10 GHz
3. Digital voltmeter
4. Digital Ammeter
5. สายต่อที่จำเป็น
เกี่ยวกับชุดทดลอง ED-3000
ชุดทดลองนี้ทำงานในย่านความถี่ระหว่าง 8.5GHz~12.4GHz (X-Band) และ ตัวกำเนิดคลื่นสามารถให้กำลัง 15mW (Approx.) โดยใช้ท่อนำคลื่นหน้าตัดสี่เหลื่ยมผืนผ้า ขนาดมาตรฐาน WR-90 ( 0.9 ” x 0.4”,กว้าง x สูง ) มีอุปกรณ์ต่างๆสำหรับทดลองในย่านความถี่นี้ ดังนี้
รูปที่ 1 การต่ออุปกรณ์สำหรับทดลอง
1.1 ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 1
รูปที่ 2 ลักษณะการตอบสนองแบบ negative resistance
2. การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลังที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์ เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน
รูปที่ 3 การต่ออุปกรณ์สำหรับการทดลองวัดความเปลี่ยนแปลงของ Gunn oscillator O/P
2.1 ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 3
2.2 ป้อนแรงดันค่าต่ำสุดที่ทำให้ กันออสซิเลเตอร์ทำงาน โดยสังเกตุจากเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่
2.3 เพิ่มค่าแรงดัน ครั้งละ 0.5 v จดค่าความถี่ที่อ่านได้จาก เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ทำแบบนี้อีกจน
แรงดันถึง 8.0 โวลท์ บันทึกลงตารางที่ 2
2.4 นำค่าจากตารางมา พล๊อต Supply voltage VS. Frequency
2.5 นำค่าจากตารางมา พล๊อต Supply voltage VS. o/p power level
3. การวัดความถี่ (frequency measurement)
รูปที่ 4 การต่ออุปกรณ์สำหรับการวัดความถี่ และ ความยาวคลื่น
ต่ออุปกรณ์ ดังรูปที่ 4 ในการทดลองนี้ เราจะใช้ออสซิโลสโคป แทน เครื่อง SWR indicator
3.1 ค่อยๆหมุนกระบอกของเครื่องวัดความถี่ช้าๆจนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาดสัญญาณ ไมโครเวฟ ดูได้จาก ออสซิโลสโคป
3.2 สามารถอ่านความถี่ได้จาก สเกลที่ปรับเทียบไว้
3.3 การทำงานของเครื่องใช้หลักการของ resonant cavity
4. การวัดความยาวคลื่น (Wavelength measurement)
4.1 ตั้ง แผ่นสะท้อนคลื่น ปิดที่ปลายท่อ จากนั้น ค่อยๆเลื่อนแผ่นออกมาโดยให้แผ่นสะท้อนหันหา ปลายท่อตลอดเวลา ขณะที่มีแผ่นสะท้อนคลื่นที่ปลาย จะมีคลื่นนิ่ง ในท่อนำคลื่น
4.2 ขณะที่เราเคลื่อนแผ่นสะท้อนให้หาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันคลื่นต่ำสุด(แรงดันนี้เป็นค่าลบกระแสตรง) สองตำแหน่งที่ใกล้กันซึ่งแรงดันในท่อนำคลื่นสามารถตรวจจับได้ด้วย ดีเทคเตอร์ที่ติดไว้ที่ โพรบของสลอตลายน์ ต่อกับออสซิโลสโคป DC coupling
4.3 ระยะของสองตำแหน่งค่าแรงดันต่ำสุดที่อยู่ชิดกันนี้ เท่ากับ ครึ่งหนึ่งของค่าความยาวคลื่นคำนวณค่าความยาวคลื่นแล้วบันทึกค่าที่ได้ลงในตารางที่ 3-1
5. การวัดความยาวคลื่นในท่อนาคลื่น (Guided wavelength measurement )
ทำการทดลองแบบ เดียวกับการทดลองที่ 4 แต่ใช้แผ่นปิดปลายท่อ แทน แผ่นสะท้อนคลื่น บันทึกผลลงในตารางที่ 3-1
บันทึกผลการทดลอง
ผลการทดลองที่ 1 : การวัด คุณลักษณะของ กัน ไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)
ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Voltage VS. Current
กราฟ V-I characteristic of GUNN diode
จากผลการทดลองในช่วง 3.5V เป็นต้นไป เป็นช่วงที่เรียกว่า negative resistance
ผลการทดลองที่ 2 : การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลังที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์
เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน
ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Supply voltage VS. Frequency
กราฟ Supply voltage VS. Frequency
กราฟ Supply voltage VS. o/p power level
เมื่อเปลี่ยนค่า Supply Voltage เพิ่มขึ้น จะมีผลทำให้ความถี่แล้วกำลังของ output เพิ่มขึ้นเช่นกัน
ผลการทดลองที่ 3 : การวัดความถี่ (frequency measurement)
เมื่อทำการปรับ Frequency Meter จนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาด สัญญาณไมโครเวฟ จะสามารถวัดค่าการลดทอนของสัญญาณได้เท่ากับ -10.12 dBm และ อ่านค่าความถี่ได้ 9.752 GHz
ผลการทดลองที่ 4-5 : การวัดความยาวคลื่น
ตารางที่ 3-1
สรุปผลการทดลอง
ในการทดลองนี้จะใช้ Gunn diode oscillator ซึ่งทำหน้าที่ในการกำเนิดคลื่นไมโครเวฟ จากนั้นจะส่งคลื่นผ่าน wave guide ไปยัง varieble flap attenuator ซึ่งเป็นตัวลดทอนสัญญาณ แล้วจึงส่งคลื่นต่อไปยัง frequency meter ซึ่งจะอ่านค่าโดยเลือกความถี่ที่ตรงกับที่เราตั้งไว้ จากนั้นจึงส่งคลื่นต่อไปยังตัว modulator โดยตัว modulator จะทำหน้าที่ในการ modulate สัญญาณจาก square wave oscillator เข้ากับคลื่นไมโครเวฟ จากนั้นจึงส่งไปยัง slotted line ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัววัดสัญญาณคลื่นที่จุดต่างๆตามความยาวของท่อ และจะ detect สัญญาณเพื่อส่งต่อไปยังออสซิลโลสโคป โดยในการทดลองเราสามารถหาความยาวคลื่นในอากาศและความยาวคลื่นในท่อนำคลื่นได้ ซึ่งความยาวคลื่นในอากาศสามารถหาได้จากสูตร ความยาวคลื่น = ความเร็ว/ความถี่ ส่วนความยาวคลื่นในท่อนำคลื่นจะสามารถหาได้โดยการนำแผ่นสะท้อนคลื่นปิดที่ปลายท่อ จากนั้นค่อยๆเลื่อนแผ่นสะท้อนออกมา ในขณะที่เราเคลื่อนแผ่นสะท้อนให้หาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันคลื่นต่ำสุด 2 ครั้งหรือสูงสุด 2 ครั้งโดยดูจากออสซิลโลสโคป ซึ่งแรงดันในท่อนำคลื่นจะตรวจจับได้ด้วย detector โดยระยะของตำแหน่งแรงดันคลื่นต่ำสุด 2 ครั้ง หรือสูงสุด 2 ครั้ง จะเท่ากับครึ่งนึงของค่าความยาวคลื่น เมื่อเราต้องการหาความยาวคลื่นในท่อนำคลื่นเราจะนำค่าแรงดัน 2 ครั้งมาบวกกัน จากนั้นนำไปคูณ 2 และในการทดลองยังสามารถ plot กราฟ characteristic ของ gunn diode ได้ โดยตั้งแต่จุดสูงสุดของกราฟแล้วตกลงมาเรา จะเรียกว่า negative resistance
วิจารณ์ผลการทดลอง
การทดลองอาจเกิดความคลาดเคลื่อนเนื่องจากผู้ทำการทดลองจะต้องหาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันคลื่นต่ำสุดหรือสูงสุดเองโดยดูจากเครื่องออสซิลโลสโคป เพื่อนำมาทำการหาค่าความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น โดยดูจากตัวเลขบน slotted line เพื่อใช้หาความยาวคลื่นซึ่งตัวเลขบน slotted line มีความละเอียดที่น้อยทำให้ผู้ทำการทดลองต้องประมาณค่าขณะที่วัด ซึ่งอาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนได้ และเนื่องจากการดูตำแหน่งผิด ในการหาจุดต่ำสุดหรือสูงสุดของกราฟ เราจึงต้องพิจารณาหลายรอบเนื่องจากกราฟเปลี่ยนตำแหน่งเร็ว เพื่อให้ได้ผลการทดลองที่แม่นยำที่สุด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น