lab1TEDPasha

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ,

СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Факультет Радиотехнологий связи

Кафедра Радиосистем и обработки сигналов

Дисциплина «Техническая электродинамика»

Лабораторная работа №2

«Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе»

Выполнили студенты группы РЦТ01:

Цель работы

1. Экспериментальное исследование структуры электромагнитного поля волны основного типа H₁₀ и высшего типа H₂₀ в прямоугольном волноводе.

2. Измерение длины волны в волноводе для волны типа H₁₀.

3. Изучение зависимости фазовой скорости от частоты волны типа H₁₀.

4. 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

Рисунок 2. Графическое изображение структуры поля бегущей волны H₁₀ для

1. Расчет критической частоты прямоугольного волновода:

.

2. График зависимости амплитуды электрического поля от координаты x с помощью формулы:

Рис. 3 «график теоретической зависимости амплитуды электрического поля от координаты x»

3. зависимости V_ф(f), V_э(f) и Λ(f) в интервале частот 2800-3800 МГц

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	-	-	-

Рис.4 «график зависимости фазовой скорости и скорости распространения энергии от частоты»

Рис. 5 «график зависимости длины волны от частоты»

;

4. Частотная граница бегущей волны типа :

Для волны типа

x, мм	E(x), мВ	√E(x)/Emax
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

Рис. 6 «Теоретическая и экспериментальная зависимость амплитуды электрического поля от координаты x»

f₁ = 2800 Мгц

х, мм	E(x), мВ	√E(x)/Emax
40	0,05	0.082
45	0,01	0.031
55	0,01	0.039
65	1	0.412
75	4,1	0.887
85	5,5	0.994
95	5,8	0.89
105	4,7	0.8
120	1,25	0.420
135	0,01	0.039
140	0,6	0.331

Рис. 7 «График экспериментальной и теоретической зависимости кривой E_m(z)/E_mмакс»

Определим длину волны в волноводе из рисунка 7:

Λ ≈ 190 мм

V_ф = Λ*f₁ = 5.32*10⁸ м/с V_э = c²/ V_ф = 1.7*10⁸ м/с

f = 3000 Мгц

x, мм	E(x), мВ	√E(x)/Emax
30	0.05	0.16
40	0.02	0.083
50	0.1	0.20
60	1.7	0.73
70	2.7	0.99
80	2	0.90
90	0.15	0.21
100	0.02	0.086
110	0.02	0.081
120	0.2	0.23

Рис. 8. «График экспериментальной и теоретической зависимости кривой E_m(x)/E_mмакс»

Определим длину волны в волноводе из рисунка 8:

Λ ≈ 140 мм V_ф = Λ*f₁ = 4.2*10⁸ м/с V_э = c²/ V_ф = 2.23*10⁸ м/с f = 3200 Мгц

Таблица 2.3

х, мм	E(x), мВ	√α(z)/αmax
70	0.6	0.260
80	0.03	0.065
90	0.5	0.298
105	7.9	0.899
115	9	0.98
125	5	0.693
130	1.3	0.412
140	0.03	0.1996
150	1.5	0.387

Рис.9 «График экспериментальной и теоретической зависимости кривой E_m(х)/E_mмакс»

Определим длину волны в волноводе из рисунка 9:

Λ ≈ 120 мм V_ф = Λ*f₁ = 3.84*10⁸ м/с V_э = c²/ V_ф = 2.3*10⁸ м/с

Экспериментальные зависимости скорости распространения энергии и фазовой скорости.

Рис 10. «Экспериментальная зависимость скорости распространения энергии и фазовой скорости от частоты»

Экспериментальная зависимость длины волны в волноводе.

Рис 11. «Экспериментальная зависимость длины волны в волноводе от частоты»

Контрольные вопросы

1. Какие типы полей могут существовать в прямоугольном волноводе?

Е_mn и Н_mn

2. От чего зависят критические длины волн полей типов Е_mn и Н_mn?

От размеров a и b поперечного сечения волновода и от типа поля.

3. При каком условии поле рассматриваемого типа представляет собой в волноводе распространяющуюся плоскую бегущую волну?

Если λ< λ_кр

4. При каком условии поле рассматриваемого типа представляет со-

бой в волноводе местное затухающее поле?

Если λ> λ_кр

5. Что такое основной тип поля?

Это тип поля с наибольшей критической длиной λ_кр

6. Что такое первый высший тип поля?

Это тип поля с λ_кр1

7. При каких условиях на заданной длине волны λ (частоте f) в волноводе может распространяться бегущая волна только основного типа?

λ_кр0 >λ> λ_кр1

8. Что такое одноволновый режим волновода?

Если во всей полосе частот, занимаемой сигналом, удовлетворяются условия f_кр0 <f <f_кр1, то все его частотные составляющие переносятся вдоль волновода только бегущими волнами основного типа и имеет место одноволновый режим волновода. Именно в этом режиме почти всегда на практике работает прямоугольный волновод.

9. Что определяет фазовая скорость?

Скорость, с которой распространяются волновода z плоские поверхности постоянной фазы бегущей волны, называется фазавой скоростью и определяется соотношением

10. Как связаны между собой фазовая скорость и скорость распространения энергии?

11. Что такое длина волны в волноводе?

Длина волны в волноводе – это расстояние между двумя ближайшими точками вдоль оси волновода, фазы колебаний которых отличаются на 2пи.

12. Какой формулой определяется длина волны в волноводе?

13. Из каких соображений выбирается конфигурация отражающего фильтра для подавления нежелательного типа волны?

Отражающий фильтр для подавления нежелательного типа волны обычно представляет собой решетку из тонких проводников, ориентированных параллельно вектору Е этой волны. В этом случае подавляемый тип волны интенсивно возбуждает в проводниках электрические токи и отражается решеткой. Если проводники решетки ориентированы ортогонально линиям Е волны рабочего типа, то эта волна не возбуждает в проводниках токов и проходит сквозь решетку почти без отражения.