методички / Работа 16

3

Цель работы

1.Изучение волновых явлений при падении плоской электромагнитной волны на границу раздела двух сред.

2.Изучение волновых явлений при падении плоской электромагнитной волны на диэлектрическую пластину.

3.Овладение методикой расчета и измерения коэффициентов отражения

ипрохождения волны для диэлектрической пластины.

Указания по подготовке к лабораторной работе

1.Изучить общую теорию волновых явлений при падении плоской ВОЛ- НЫ на границу раздела двух сред.

2.Изучить условия отсутствия отражения (полного прохождения) волны из одной среды в другую.

3.Изучить условия формирования поверхностной волны, распределяющейся вдоль границы раздела двух сред.

4.Изучить особенности волновых явлений при падении волны на диэлектрическую пластину.

5.Изучить условия отсутствия отражения волны от диэлектрической пла-

стины.

6.Изучить методику измерения коэффициентов отражения и прохождения, применяемую в данной работе.

7.Выполнить домашний расчет.

Задание к расчетной части (выполняется при домашней подготовке)

1.Рассчитать и построить зависимость модуля коэффициента отражения плоской волны от угла падения ее на диэлектрическую пластину.

2.Рассчитать и построить зависимость модуля коэффициента прохожде-

4

ния плоской волны через диэлектрическую пластину от угла падения.

Данные для расчетов берутся из таблицы 1. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в журнале группы. Для проведения расчетов используются формулы, приведенные в Приложении данного описанию.

Угол падения волны изменять при расчетах в пределах 0°...90° с шагом 10°. Предварительно следует определить возможные значения углов, при которых модуль коэффициента отражения обращается в нуль.

Задание к экспериментальной части (выполняется в лаборатории)

На заданной частоте генератора СВЧ измерить коэффициент отражения волны с параллельной поляризацией для интервала углов падения волны: 30°...

75° с шагом в 15°. При больших углах падения волны из-за явления дифракции волны на краях пластины точность измерения этого коэффициента сильно

5

уменьшается; то же происходит и при малых углах падения из-за близкого расположения передающей и приемной антенн. Особенно тщательно следует производить измерения вблизи углов, при которых модуль коэффициента отражения может обратиться в нуль. Для этого во время занятия необходимо вычислить эти углы для конкретных параметров исследуемой пластины для каждой из поляризаций.

Далее следует измерить коэффициент отражения волны с нормальной поляризацией в том же интервале углов падения.

Описание измерительной установки

Блок-схема установки приведена на рис. 1. Сигнал с выхода СВЧ генератора 1 по прямоугольному волноводу поступает на вход передающей рупорной антенны 2 и излучается ею в виде электромагнитной волны. На пути распространения волны установлена диэлектрическая пластина 3. Расстояние от передающей антенны до середины пластины r , что позволяет приближенно считать, что на пластину падает плоская электромагнитная волна.

Сигнал, принятый приемной рупорной антенной 4, по прямоугольному волноводу проходит через переменный аттенюатор 5, где его можно регулировать, и после детектирования поступает на вход измерительного усилителя 6.

Обе антенны, входящие в состав измерительной установки, имеют поворотные устройства 7, позволяющие изменять поляризацию волны. Так, если обе антенны повернуть таким образом, чтобы узкие стенки волноводов заняли горизонтальное положение, то установка будет работать с волной, имеющей параллельную поляризацию (рис. 2а). Если же узкие стенки волноводов занимают вертикальное положение, то это соответствует волне с нормальной поляризацией (рис. 2б).

7

можность перемещения приемной антенны 4 для установки ее в положение, соответствующее направлению отраженной волны (см. рис. 1).

Порядок выполнения работы

1.Включить измерительный усилитель и генератор СВЧ. Настроить генератор на заданную частоту.

2.Убрать диэлектрическую пластину вместе с поворотным устройством. Установить приемную антенну на расстоянии 2r от передающей антенны в точку А на рис. 1 и сориентировать их друг на друга по максимуму сигнала на шкале измерительного усилителя. При этом обе антенны должны быть в положении, соответствующем нормальной поляризации (см. рис. 2). С помощью переменного аттенюатора зафиксировать сигнал по положению стрелки на середине шкалы измерительного прибора усилителя (например, на цифре 50 для

шкалы в 100 делений). Отсчитать значение 1 на шкале аттенюатора и, с помощью градуировочного графика на рабочем месте, определить затухание аттенюатора а1 в дБ.

3. После этого установить исследуемую диэлектрическую пластину на поворотном устройстве в исходное положение и повернуть так, чтобы угол падения волны составил 30°. Передающую антенну сориентировать в точку, соответствующую центру пластины. Перемещая приемную антенну по дуге радиусом 1 (см. рис. 1) и ориентируя ее при этом в центр пластины, получить максимальное отклонение стрелки на измерительном усилителе. Зафиксировать приемную антенну в этом положении.

Вращением ручки переменного аттенюатора в тракте приемной антенны, вновь установить стрелку измерительного усилителя на то же деление в середине шкалы. Зафиксировать новое значение 2 на шкале аттенюатора и по градуировочной кривой определить затухание а2 в дБ.

Разность затуханий в обоих случаях характеризует величину коэффици-

8

ента отражения, выраженную в дБ:

a a2 a1 20lg R , дБ.

Перевести R и T B относительные единицы по формулам:

4.Последовательно устанавливая исследуемую пластину в положения соответствующие углам падения 45°, 60° и 75°, для каждого положения записывать значения затухания аттенюатора а2. Эти значения занести в таблицу 2. В нижнюю часть этой же таблицы занести значения углов падения, при которых модуль коэффициента отражения (для каждой поляризации) обращается в нуль,

иизмеренные значения этого коэффициента вблизи этих углов.

5.Для исследования волны с параллельной поляризацией, нужно повернуть обе антенны таким образом, чтобы узкая стенка волновода в каждом рупоре заняла вертикальное положение (см. рис. 2б). После этого повторить измерения, описанные в пунктах 2…4.

– для параллельной поляризации 0 = ;

9

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Домашнее задание: исходные данные, результаты расчетов в виде таблиц и графиков.

3.Блок-схема экспериментальной установки. Измеренные и вычисленные значения коэффициентов отражения и прохождения в виде таблицы 2 и двух графиков.

4.Выводы по работе. Объяснение возможных расхождений расчетных и экспериментальных данных.

Контрольные вопросы

1.Общие свойства плоской электромагнитной волны, распространяющейся в однородной изотропной среде без потерь.

2.Граничные условия для составляющих электрического и магнитного поля на границе раздела двух диэлектриков?

3.Какая плоскость называется плоскостью падения волны?

4.По какому принципу вводится понятие нормальной и параллельной поляризации падающей волны?

5.Физический смысл коэффициентов отражения и прохождения для волны с нормальной и параллельной поляризациями.

6.Какие величины связывают между собой законы Снеллиуса? Записать эти законы.

7.Что такое угол Брюстера? Чему он равен?

8.Физические причины отсутствия отражения при падении параллельнополяризованной волны на границу раздела двух сред?