Лабы / 10

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Лабораторная работа №10

Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе

Москва 2016

Цель работы: в данной работе необходимо изучить структуру поля волны H₁₀ в прямоугольном волноводе и рассчитать параметры этой волны, а также необходимо овладеть методикой измерения основных характеристик волны H₁₀ в прямоугольном волноводе.

Рис.1. Структурная схема установки

Расчётная часть

№ варианта	f, ГГц	Металл, из которого изготовлен волновод
		Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3
12	0,8	Серебро	Медь	Латунь

1) Сформулировать условия, которым должны удовлетворять поперечные размеры прямоугольного волновода для создания в нем на заданной частоте одноволнового режима работы и выбрать соответствующий этим условиям стандартные волноводы.

Условие обеспечения одноволнового режима:

где λ – длина волны, определяема по формуле:

где с – скорость света, а f – частота волны, тогда:

187.5 мм < a < 375 мм

b < 187.5 мм

Выберем, удовлетворяющие этим условиям, волноводы:

2) Для выбранных в пункте 1 прямоугольных волноводов рассчитать на заданной частоте коэффициент затухания, обусловленный потерями в стенках волноводов (при расчете считать, что волноводы заполнены идеальным диэлектриком с ε_r=1, μ_r=1, и стенки волноводов выполнены из металла, указанного в таблице 1, вариант 1). По результатам расчетов выбрать волновод, обеспечивающий минимальное значение коэффициента затухания.

Константы:

Коэффициент затухания α будем рассчитывать по формуле:

где: R_S – поверхностное сопротивление, равное:

Z_C – сопротивление вакуума, равное:

Волновод № 36 с размерами 330*165 мм обеспечивает минимальный коэффициент затухания.

3) Для выбранного в пункте 2 волновода рассчитать основные параметры волны Н₁₀ на заданной частоте (таблица 1), причем коэффициент затухания следует рассчитать для двух остальных типов металлов, указанных в таблице 1.

• Критическая длинна волны:

• Продольное волновое число:

• Длинна волны в волноводе:

• Характеристическое сопротивление:

• Фазовая скорость:

• Скорость распространения энергии:

• Коэффициент затухания:

• Для серебра (σ=6,1*10⁷ См/м)

• Для меди (σ=5,8*10⁷ См/м)

• Для латуни (σ=2,41*10⁷ См/м)

Эксперимент

Измерим зависимость амплитуды напряженности электрического поля от координаты x в поперечной плоскости волновода.

x, мм	0	5	10	15	20	25	30	35	40	42
I, мкА	0	7	6	7	12	13	12	9	8	7

Рис.2

Измерим зависимость амплитуды напряженности электрического поля от координаты z в плоскости x=a/2 в режиме стоячей волны.

z, мм	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120
I, мкА	0	12	48	64	76	96	92	65	49	16	0

Рис.3

1. При f=3000 МГц, λ=90 мм.

2. При f=3100 МГц, λ=85 мм.

Выводы

В ходе эксперимента мы поняли, что напряженность электрического поля зависит от координаты x и координаты z, а также что длинна волны зависит от частоты.