Microwave

วัตถุประสงค์

1. เพื่อศึกษาการทำงานของอุปกรณ์ในย่านความถี่ X (8 – 12.4 GHz)
2. เพื่อศึกษาเรื่องการสะท้อน และ VSWR
3. เพื่อศึกษาเรื่องความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น

อุปกรณ์การทดลอง

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

การติดตั้งอุปกรณ์

ขั้นตอนการทดลอง: การทดลองนี้จะมีหัวข้อการทดลองจำนวน 5 เรื่อง ซึ่งประกอบไปด้วย

1. การวัด คุณลักษณะของ กัน ไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

รูปที่ 1 การต่ออุปกรณ์สำหรับทดลอง

  1.1 ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 1

  1.2 ป้อนแรงดันเริ่มต้นที่ 2.5 v บันทึกค่ากระแสไหลลงในตารางที่ 1

  1.3 เพิ่มค่าแรงดัน ครั้งละ 0.5 v จดค่ากระแส ทา แบบนี้ อีกจน แรงดันถึงค่า 8.0 โวลท์

  1.4 นำค่าจากตารางมา พล๊อตกราฟ V-I characteristic of GUNN diode

        ผลการทดลองที่ได้แสดงช่วง การตอบสนองแบบ negative resistance

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 การต่ออุปกรณ์สา หรับการวัดความถี่ และ ความยาวคลื่น

ต่ออุปกรณ์ ดังรูปที่ 4 ในการทดลองนี้ เราจะใช้ออสซิโลสโคป แทน เครื่อง SWR indicator

  

  3.1 ค่อยๆหมุนกระบอกของเครื่องวัดความถี่ช้าๆจนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาดสัญญาณไมโครเวฟ ดูได้จาก ออสซิโลสโคป

  3.2 สามารถอ่านความถี่ได้จาก สเกลที่ปรับเทียบไว้

  3.3 การทำงานของเครื่องใช้หลักการของ resonant cavity

4. การวัดความยาวคลื่น (Wavelength measurement)

  4.1 ตั้ง แผ่นสะท้อนคลื่น ปิดที่ปลายท่อ จากนั้น ค่อยๆเลื่อนแผ่นออกมาโดยให้แผ่นสะท้อนหันหาปลายท่อตลอดเวลา 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 บันทึก

  ผลลงในตารางที่ 3-1

  บันทึกผลการทดลอง

ผลการทดลองที่ 1 : การวัด คุณลักษณะของ กัน ไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Voltage VS. Current

V(Volt)	2.5	3	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8
I(mA)	211.1	230.2	237	216.5	213.5	208.6	205.2	193.4	191.3	189.5	187.9	186.5

กราฟ V-I characteristic of GUNN diode

ผลการทดลองที่ 2 : การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลังที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์ 

เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Supply voltage VS. Frequency

Supply Voltage (V)	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8
Frequency (MHz)	10.636	11.031	11.011	10.986	10.989	10.977	10.981	10.985	10.989	10.992

กราฟ  Supply voltage VS. Frequency

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Supply voltage VS. o/p power level

Supply Voltage (V)	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8
o/p power (dBm)	-44.77	-42.65	-29.32	-14.08	-11.3	2.59	3.16	3.74	4.08	4.31

กราฟ Supply voltage VS. o/p power level

ผลการทดลองที่ 3 : การวัดความถี่ (frequency measurement)

ที่ความถี่ 10.985 GHz เมื่อทำการปรับ Frequency Meter จนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาด

สัญญาณไมโครเวฟ ซึ่งสามารถวัดได้เท่ากับ -4.84 dBm 

ผลการทดลองที่ 4-5 : การวัดความยาวคลื่น

ตารางที่ 3-1

Frequency (GHz)	10.986	11.277	10.803
λ(mm)	7.5	5	7
λg (mm)	17.5	7.5	9

วิจารณ์ผลการทดลอง

    จากการทดลองสามารถหาค่าความถี่ของสัญญาณไมโครเวฟ ความยาวคลื่นในท่อปลายปิด และปลายเปิด นอกจากนี้ทำให้ทราบถึงการวัดค่าคุณลักษณะของ Gun diode และการเปลี่ยนความถี่เมื่อเปลี่ยนแปลงแรงดัน หลังจากการทดลอง ผู้ทำการทดลองพบว่า กราฟคุณลักษณะของ Gun diode และการเปลี่ยนความถี่เมื่อเปลี่ยนแปลงแรงดัน นั้นมีความคลาดเคลื่อนจากความเป็นจริงซึ่งเป็นผลมาจาก scale การวัดมีความละเอียดน้อย และช่วงการวัดแคบซึ่งทำให้ไม่เห็นภาพรวมของกราฟทั้งหมด และในส่วนของความยาวคลื่นเนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้วัดมีความละเอียดที่น้อยทำให้ผู้ทำการทดลองต้องประมาณค่าขณะที่วัด  ซึ่งส่งผลให้เกิดความคลาดเคลื่อนขึ้น ดังนั้นผู้ทดลองจึงต้องทำการทดลองหลายครั้ง และนำผลการทดลองที่ได้มาเฉลี่ยเพื่อให้ใกล้ค่าความเป็นจริงมากที่สุด 

สรุปผลการทดลอง

   ในการทดลองเราได้ทำการศึกษาการทำงานของชุดทดลองไมโครเวฟ ED-3000 ซึ่งเราได้รู้ถึงหน้าที่ของอุปกรณ์ต่างๆ ที่ได้ทำการทดลองดังนี้
1. Gun oscillator เป็น ตัวกำเนิดคลื่น microwave
2. Attenuator เป็นตัวลดทอนสัญญาณ ตั้งแต่ 0- (-20) dB
3. Frequency meter เป็นตัวอ่านค่าความถี่
4. Slotted line เป็นตัววัดสัญญาณคลื่นที่จุดต่างๆ ตามความยาวท่อ
   ในการทดลอง เมื่อ Gun oscillator กำเนิดคลื่นไมโครเวฟออกมา ผ่าน Attenuator เมื่อเราทำการหมุนที่ Attenuator จะสังเกตเห็นว่า สัญญาณไมโครเวฟถูกลดทอนลง และได้ความถี่ 10.985 GHz
   ในส่วนการวัดความยาวในท่อนำคลื่น เราสามารถหาความยาวคลื่นได้โดยนำแผ่นสะท้อนคลื่น วางที่ปลายท่อ  หลังจากนั้น ค่อยๆ เลื่อนแผ่นสะท้อนออก และสังเกตที่ oscilloscope ดูการเปลี่ยนแปลงของกราฟโดย กราฟจะเลื่อนลง ต่ำสุด-สูงสุด 2 ครั้ง  เหมือนกับว่า เคลื่อนที่ได้ ครึ่งลูกคลื่น  โดยเราจะทำซ้ำ เพื่อหาค่าเฉลี่ย  จากนั้น คูณ 2 จะได้ความยาวคลื่น 1 ลูกคลื่น