Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Техническая электродинамика и антенны"

ОТЧЕТ

по дисциплине "Основы теории электромагнитных полей и волн"

на тему:

"Лабораторная работа №10

Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе"

Выполнили:

Студенты гр. БИК2309 _________________ Р. Ю. Улендеев

__________________ Р. Ю. Улендеев

__________________ Р. Ю. Улендеев

Проверил:

Доцент, к. т. н. _____________________ А. В. Чадин

Москва 2025

1. Цель работы, схема установки

Изучение структуры поля волны Н₁₀ в прямоугольном волноводе. Расчет основных параметров волны. Овладение методикой измерения основных характеристик волны.

Блок схема измерительной установки представлена на следующем рисунке:

Рисунок 1 – Блок-схема измерительной установки

Где:

(1) –– генератор СВЧ типа Г4-80;

(2) –– волноводный измерительный тракт прямоугольного сечения с размерами 58x25 мм;

(2a) –– левая часть тракта;

(2б) –– правая часть тракта;

(3) ––короткозамыкающий поршень;

(4) –– индикаторная головка;

(5) –– измерительный усилитель.

Перед началом работы с установкой проводится предварительный расчёт где выполняются следующие задачи:

• Сформулировать условия, которым должны удовлетворять поперечные размеры прямоугольного волновода для создания в нем на заданной частоте одноволнового режима работы и выбрать соответствующие этим условиям стандартные волноводы (таблица 2).

• Для выбранных пунктом ранее прямоугольных волноводов рассчитать на заданной частоте коэффициент затухания, обусловленный потерями в стенках волноводов (при расчете считать, что волноводы заполнены идеальным диэлектриком, и стенки волноводов выполнены из металла, указанного в таблице). По результатам расчетов выбрать волновод, обеспечивающий минимальное значение коэффициента затухания.

• Для выбранного пунктом ранее прямоугольного волновода рассчитать основные параметры волны Н₁₀ на заданной частоте, причем коэффициент затухания следует рассчитать для двух остальных типов металлов.

После выполнения предварительного расчёта учащийся допускается до лабораторной установки, на которой он выполняет следующие задачи:

• Измерить распределение амплитуды напряженности электрического поля волны вдоль широкой стенки волновода.

• Измерить распределение амплитуды напряженности электрического поля волны вдоль оси волновода в режиме стоячей волны.

• Измерить длину волны, фазовую скорость и скорость распространения энергии в заданном диапазоне частот.

2. Структура поля волны н10 в прямоугольном волноводе

Структуру поля принято иллюстрировать расположением, густотой и формой силовых линий векторов Е и Н в трёх ортогональных сечениях волновода. При этом должны соблюдаться положения, вытекающие из уравнений Максвелла и граничных условий:

• силовые линии вектора Н замкнуты и касательны идеально проводящей поверхности. Силовые линии вектора Е перпендикулярны идеально проводящей поверхности, они замкнуты и могут прерываться на поверхностных зарядах;

• силовые линии векторов Е и Н взаимно ортогональны, их направления таковы, что вектор Пойнтинга (плотность потока мощности) направлен вдоль линии;

• картина поля рисуется в фиксированный момент времени, и со временем перемещается вдоль волновода с фазовой скоростью соответствующей волны.

Структура силовых линий векторов электромагнитного поля волны Н₁₀ приведена на следующем рисунке в 3-х проекциях;

Рисунок 2 – Структура поля бегущей волны Н₁₀

Рисунок 3 – Прямоугольный волновод с волной H₁₀

Сплошные линии – силовые линии вектора Е, штриховые – вектора Н.

Рисунок 4 – Прямоугольный волновод с волной H10 в режиме бегущей волны

Сплошные линии – силовые линии вектора Е, штриховые – вектора Н.

Рисунок 5 Структура поля волны Н₁₀ в режиме стоячей волны