1. Новые контрольные / лабораторная №2 свч

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧ и КР)

Исследование передающих линий СВЧ диапазона

Отчет по лабораторной работе

16.02.2009

Преподаватель

ФИО

________________

“___”_________2009г.

ТОМСК 2009

Содержание

1. Краткое описание цели работы и экспериментальной установки

2. Результаты теоретических расчетов в виде таблиц и графиков

3. Экспериментальные результаты, оформленные в виде таблиц и графиков, совмещенных с теоретическими расчетами.

4. Физическое объяснение и анализ полученных результатов, а также причины возможного расхождения теории и эксперимента

Цель работы

1. экспериментальное получение дисперсионных характеристик для волновода и для коаксиальной линии;

2. исследование поля в запредельном режиме волновода;

3. экспериментальное исследование поведения структуры электромагнитного поля в волноводе, построение эпюр для компонент векторов и ;

4. построение структуры поля в волноводе по эпюрам;

5. экспериментальное исследование поведения векторов и в коаксиальной линии и построение структуры поля.

1 - Генератор СВЧ типа Г4 – 9 2 – циркулятор для направления отраженной волны в согласованную нагрузку 8 3 – коаксиальная измерительная линия 4 – волноводно-коаксиальный переход 5 – волноводная измерительная линия 6,7 – детекторные головки измерительных линий 8 – согласованная нагрузка 9,10 – индикаторные приборы измерительных линий 11ш, 11б – волновод с отверстиями в широкой и в боковой стенках 12 – короткозамыкающий поршень 13 – электрический зонд 14x – магнитный зонд с петлей в плоскости X-const 14z - магнитный зонд с петлей в плоскости Z-const

1 Формулы для расчета основных параметров волновода

Длина волны в свободном пространстве

,

где С=3·10¹⁰ см/с – скорость света, f – частота генератора (Гц).

Задан волновод с размерами: а=7,2 см, b=3,4 см, и считая, что для прямоугольного волновода основной волной является Н₁₀ из формулы:

,

где, m и n – индексы типа волны, определим критическую длину волны:

=14,4 см.

Длина волны в волноводе определяется по формуле:

Фазовая постоянная:

,

где

,

Фазовая скорость волны в волноводе:

.

Рассчитанные по формулам данные совмещены в таблицах с полученными в

ходе эксперимента.

2 Экспериментальные результаты.

2.1 Снятие дисперсионных характеристик

Вывод:

По исследованной зависимости можно сделать вывод, что длина волны в волноводе λ_В всегда больше длины волны в свободном пространстве λ₀, и при приближении к критической длине волны отношение λ_В/λ₀ увеличивается и стремится к бесконечности.

Для коаксиальной же линии длина волны λ_К, при отсутствии диэлектрического заполнения, равна длине волны в свободном пространстве λ₀.

2.2 Построение дисперсионных характеристик

Вывод: по построенным дисперсионным характеристикам можно сделать вывод,что фазовая скорость в волноводе больше, чем скорость света в свободном пространстве, причем по мере приближения к критической длине волны фазовая скорость увеличивается и стремится к бесконечности. Для коаксиальной же линии фазовая скорость, при отсутствии диэлектрического заполнения, равна скорости света в свободном пространстве.

2.3 Исследование поля в запредельном режиме

Вывод: По полученной зависимости установлено, что напряженность поля в волноводе апериодически уменьшается с увеличением расстояния от генератора по экспоненциальному закону. В случае коаксиальной линии, вдоль нее распространяется незатухающая волна, амплитуда которой постоянна, меняется лишь фаза. Коэффициент фазы равен β=2π/λ.

Лабораторный макет не позволяет произвести исследование при частоте f=1,9 ГГц, поэтому исследования на этой частоте не проводились

2.4 Исследование структуры полей

Эпюра поля E_yотн(x)

Структура поля E_y(x)

Эпюра поля E_yотн(z)

Структура поля E_y(z)

Структура поля E в общем виде

Эпюра поля H_zотн(y)

Эпюра поля H_zотн(z)

Эпюра поля H_xотн(x)

Эпюра поля H_xотн(z)

Структура поля Н₁₀ в общем виде.

Вывод: в зависимости от соотношения размеров поперечного сечения (a x b) и выбранной рабочей длины волны в прямоугольном волноводе могут существовать волны электрического типа Е_тп, имеющие компоненту электрического поля, совпадающую с направлением распространения волны, и не имеющего компоненты магнитного поля вдоль направления распространения волны, и волны магнитного типа Н_тп, имеющие компоненту магнитного поля вдоль направления распространения, но не имеющие электрической компоненты вдоль этого направления. За направление распространения обычно принимается ось ОZ, поэтому для волн типа Е_тп: E_z 0, H_z=0, а для волн типа Н_тп: E_z=0, H_z 0.

Лабораторный макет не даёт возможность выбрать тип зонда для исследования структуры полей Ex(y), Ex(z), Hy(z) и Hy(y), показания прибора очень низкие (порядка 10^-5), поэтому данные исследования не проводились.