Отчет 2 лабораторная ТЭД
.docxФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича»
Факультет Радиотехнологий связи
Кафедра Радиосистем и обработки сигналов
Дисциплина «Техническая электродинамика»
Лабораторная работа №2
«Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе»
Цель работы
Экспериментальное исследование структуры электромагнитного поля волны основного типа H10 и высшего типа H20 в прямоугольном волноводе.
Измерение длины волны в волноводе для волны типа H10.
Изучение зависимости фазовой скорости от частоты волны типа H10.
Исследование отражающего фильтра для подавления нежелательного типа волны.
Схема установки и оборудование
Рисунок 1. Схема лабораторной установки
1. Генератор высокочастотных колебаний.
2. Переменный аттенюатор (который входит в состав генератора).
3. Коаксиальный волновод.
4. Переход с коаксиального волновода на прямоугольный.
5. Прямоугольный волновод.
6. Измерительная линия.
7. Устройство для измерения зависимости амплитуды от поперечной координаты.
8. Короткозамыкающая пластина.
9. Индикатор.
Графическое изображение структуры поля бегущей волны H10 для фиксированного времени.
Рисунок 2. Графическое изображение структуры поля бегущей волны H10 для фиксированного момента времени.
Предварительные расчеты.
1. Определить частотный диапазон одноволнового режима прямоугольного волновода сечением , который заполнен воздухом ( ).
2. Построить зависимость амплитуды электрического поля от координаты x с помощью формулы:
Рисунок 3. Теоретическая зависимость амплитуды электрического поля от координаты x.
3. Для исследуемого волновода рассчитать зависимости Vф(f), Vэ(f) и Λ(f) в интервале частот 2800-3800 МГц через 200 МГц, составить таблицу 2.1 и построить графики.
Таблица 2.1
f, МГц |
λрасч, м |
Λрасч, м |
Vф расч, м/с |
Vэ расч, м/с |
Λэксп, м |
Vф эксп, м/с |
Vэ эксп, м/с |
2800 |
0,1071 |
0,17 |
449016704,89 |
200437977,07 |
0,19 |
5.32*108 |
1,7*108 |
3000 |
0,1000 |
0,14 |
416929375,70 |
215863897,45 |
0,14 |
4.2*108 |
2.23*108 |
3200 |
0,0938 |
0,12 |
395235049,54 |
227712598,12 |
0,12 |
3.84*108 |
2,3*108 |
3400 |
0,0882 |
0,11 |
379611995,61 |
237084183,43 |
- |
- |
- |
3600 |
0,0833 |
0,1 |
367855386,86 |
244661362,09 |
- |
- |
- |
3800 |
0,0789 |
0,09 |
358715494,92 |
250895211,60 |
- |
- |
- |
Рисунок 4. Зависимость фазовой скорости и скорости распространения энергии от частоты.
Рисунок 5. Длины волны в волноводе от частоты.
Расчетные формулы
;
4. Определим частотную границу, начиная с которой по рассматриваемому волноводу может распространяться бегущая волна типа :
Для волны типа
Результаты измерений
Таблица 2.2
x, мм |
α(x), мВ |
√α(x)/αmax |
0 |
0 |
0 |
10 |
2,6 |
0,51 |
15 |
4,7 |
0,69 |
20 |
7 |
0,84 |
25 |
8,4 |
0,92 |
30 |
9,5 |
0,98 |
35 |
9,9 |
1 |
40 |
9,7 |
0,99 |
45 |
8,9 |
0,95 |
50 |
7,6 |
0,88 |
55 |
5,5 |
0,75 |
60 |
2,8 |
0,53 |
65 |
0,6 |
0,25 |
Рисунок 6. Теоретическая и экспериментальная зависимость амплитуды электрического поля от координаты x.
f1 = 2800 Мгц
Таблица 2.3
z, мм |
α(z),мВ |
√α(z)/αmax |
40 |
0,05 |
0,092 |
45 |
0,01 |
0,041 |
55 |
0,01 |
0,041 |
65 |
1 |
0,415 |
75 |
4,1 |
0,840 |
85 |
5,5 |
0,973 |
95 |
5,8 |
1 |
105 |
4,7 |
0,9 |
120 |
1,25 |
0,464 |
135 |
0,01 |
0,041 |
140 |
0,6 |
0,321 |
Рисунок 7. График экспериментальной и теоретической зависимости кривой Em(z)/Emмакс.
Определим длину волны в волноводе из рисунка 7:
Λ ≈ 190 мм
Vф = Λ*f1 = 5.32*108 м/с
Vэ = c2/ Vф = 1.7*108 м/с
f = 3000 Мгц
Таблица 2.3
z, мм |
α(z),мВ |
√α(z)/αmax |
30 |
0.05 |
0.13 |
40 |
0.02 |
0.085 |
50 |
0.1 |
0.19 |
60 |
1.7 |
0.78 |
70 |
2.7 |
0.98 |
80 |
2 |
0.89 |
90 |
0.15 |
0.23 |
100 |
0.02 |
0.085 |
110 |
0.02 |
0.085 |
120 |
0.2 |
0.27 |
Рисунок 8. График экспериментальной и теоретической зависимости кривой Em(z)/Emмакс.
Определим длину волны в волноводе из рисунка 8:
Λ ≈ 140 мм
Vф = Λ*f1 = 4.2*108 м/с
Vэ = c2/ Vф = 2.23*108 м/с
f = 3200 Мгц
Таблица 2.3
z, мм |
α(z),мВ |
√α(z)/αmax |
70 |
0,6 |
0,258 |
80 |
0,03 |
0,057 |
90 |
0,5 |
0,235 |
105 |
7,9 |
0,936 |
115 |
9 |
1 |
125 |
5 |
0,745 |
130 |
1,3 |
0,38 |
140 |
0,03 |
0,2057 |
150 |
1,5 |
0,408 |
Рисунок 9. График экспериментальной и теоретической зависимости кривой Em(z)/Emмакс.
Определим длину волны в волноводе из рисунка 9:
Λ ≈ 120 мм
Vф = Λ*f1 = 3.84*108 м/с
Vэ = c2/ Vф = 2.3*108 м/с
Экспериментальные зависимости скорости распространения энергии и фазовой скорости.
Рисунок 10. Экспериментальная зависимость скорости распространения энергии и фазовой скорости от частоты.
Экспериментальная зависимость длины волны в волноводе.
Рисунок 11. Экспериментальная зависимость длины волны в волноводе от частоты.