Методички / Работа № 1
.pdfМосковский технический университет связи и информатики Кафедра технической электродинамики и антенн
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Москва 2011
План УМД 2010/11 уч. г.
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Составитель Т.А.Гайнутдинов, А.А.Пресс
Издание утверждено советом факультета РиТ.
Протокол № от |
.2011 г. |
Рецензент В. Г. Кочержевский
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение электромагнитных полей, создаваемых элементарными излучателями в виде электрического вибратора и рамки.
2.УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К РАБОТЕ
2.1.Изучить свойства электромагнитного поля элементарного электрического вибратора.
2.2.Изучить принцип перестановочной двойственности уравнений Максвелла.
2.3.Изучить свойства электромагнитного поля элементарной
рамки.
2.4.Изучить влияние расположения элементарных излучателей на ориентацию в пространстве вектора напряжённости электрического поля.
2.5.Изучить содержание данного описания и ответить на контрольные вопросы.
3.ЗАДАНИЕ К РАСЧЁТНОЙ ЧАСТИ (выполняется при домашней подготовке)
3.1.Рассчитать и построить зависимость амплитуд
составляющих электрического поля E m и Er m от расстояния |
r для |
электрического вибратора. Расчёт провести для расстояний r |
от 0,2 |
, до 2,0 , при 90 для E m и 0 для Er m . |
|
3.2.Рассчитать и построить зависимость амплитуд
составляющих электрического |
поля |
E m и |
Er m |
от угла для |
электрического вибратора при |
r 0.5 . |
|
|
|
3.3. Рассчитать и построить зависимость амплитуды |
||||
электрического поля рамки E m от расстояния r |
в соответствии с п. 1 |
|||
при 90 . |
|
|
|
|
3.4.Рассчитать и построить зависимость амплитуды
электрического поля рамки
E m
от угла в соответствии с п. 2.
Расчёт проводится для частот, указанных в таблице 1. Номер варианта совпадает с порядковым номером студента в групповом журнале.
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
№ варианта |
f, МГц |
№ варианта |
f, МГц |
1 |
300 |
16 |
675 |
2 |
325 |
17 |
700 |
3 |
350 |
18 |
725 |
4 |
375 |
19 |
750 |
5 |
400 |
20 |
775 |
6 |
425 |
21 |
800 |
7 |
450 |
22 |
825 |
8 |
475 |
23 |
850 |
9 |
500 |
24 |
875 |
10 |
525 |
25 |
900 |
11 |
550 |
26 |
925 |
12 |
575 |
27 |
950 |
13 |
600 |
28 |
975 |
14 |
625 |
29 |
1000 |
15 |
650 |
30 |
1100 |
Зависимость амплитуд составляющих электрического поля от расстояния r рассчитывается по формулам (1), (2) и (3) Приложения,
с шагом 0,1 , при r меняющемся от 0,2 до 5 с шагом 0,5 |
. |
Рассчитанные значения нормируются к максимальному при r 0,2 |
и |
строятся в прямоугольной системе координат.
Зависимость амплитуд составляющих электромагнитного поля от угла нормируется к максимальному значению и строится в полярной системе координат, полярная ось которой совпадает с осью вибратора или рамки, при изменении угла от 0° до 180° с шагом
10° в правой и левой полуплоскостях относительно оси вибратора или рамки.
4. ОПИСАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Измерительная установка позволяет измерять составляющие напряжённости электрического поля вибратора и рамки и исследовать их зависимость от расстояния r и угла в ближней,
промежуточной и дальней зонах.
Блок-схема измерительной установки показана на рис. 1.
1. Генератор. 2. Поворотное устройство. 3. Исследуемая антенна.
4. Приемная антенна. 5. Переносная установка. 6. Измерительный усилитель.
Рис. 1
Измерительная установка состоит из передающей и приёмной частей.
Передающая часть содержит генератор и поворотное устройство, на котором устанавливается либо электрический вибратор, либо рамка. Передающая часть измерительной установки может перемещаться по специальным направляющим.
В приёмной части устанавливается антенна, принимающая горизонтальную или вертикальную составляющие электрического поля.
Приёмная антенна представляет собой диполь небольших размеров, нагруженный на кристаллический детектор. Э.д.с. в диполе пропорциональна составляющей электрического поля, параллельной его оси.
Приёмную антенну можно поворачивать на 90 , что позволяет измерить составляющие E и Er .
Детектированный сигнал подаётся на измерительный усилитель.
5.ЗАДАНИЕ К ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЧАСТИ
5.1.Определить зависимость амплитуды -овой составляющей
напряжённости электрического поля вибратора
E m
от угла .
5.2. Определить зависимость амплитуды этой составляющей от расстояния r для угла , соответствующего максимальному уровню
E m |
в пределах изменения |
r, допускаемых условиями |
|
max |
|
эксперимента.
5.3.Определить зависимость амплитуды составляющей
напряжённости электрического поля вибратора Er m |
от угла . |
5.4. Определить зависимость амплитуды составляющей Er m от расстояния r для угла , соответствующего максимальному уровню
Er m max , в пределах изменения |
r, допускаемых условиями |
эксперимента. |
|
5.5.Определить зависимость амплитуды напряжённости
электрического поля рамки
E m
от угла .
5.6.Определить зависимость амплитуды напряжённости
электрического поля рамки
E m
от расстояния r для угла ,
соответствующего максимальному уровню
E |
|
m |
max |
|
в пределах
изменения r, допускаемых условиями эксперимента.
Частота f задаётся преподавателем.
6.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
6.1.Включить генератор и измерительный усилитель,
6.2.Установить на генераторе заданную преподавателем
частоту.
6.3.Установить на поворотном устройстве исследуемый электрический вибратор, а на переносной установке приёмный
диполь, реагирующий на -ую составляющую электрического поля
вибратора. Для этого приёмный диполь и передающий электрический вибратор, должны быть установлены горизонтально. Оси диполей должны быть параллельны друг другу, при максимальном показании измерительного усилителя (рис. 2). Угол 0 на лимбе поворотного устройства при этом равен 90°.
1. Исследуемый вибратор. |
2. Приемный диполь. |
Рис. 2 |
|
Расстояние между вибратором и диполем установить 0,5 .
6.4. Поворачивая исследуемый передающий вибратор, снять зависимость E m от угла поворота . Угол изменяется от 0° до 180°
через 10°. Записать показания усилителя для всех углов .
6.5.Установить исследуемый вибратор в положение,
соответствующее максимальному показанию усилителя.
Перемещая исследуемый вибратор по направляющим, снять зависимость амплитуды составляющей E m от расстояния между исследуемым вибратором и приемным диполем. Минимальное расстояние принять равным 0,2 . Максимальное определяется длиной направляющих и чувствительностью усилителя. Шаг по r
равен 5 см при расстоянии до 50 см или 10 см при больших расстояниях.
Записать показания усилителя для всех расстояний r.
6.6. Установить приёмный диполь на переносной установке в
положение, соответствующее измерению амплитуды составляющей
электрического поля исследуемого вибратора |
Er m . Для этого, |
оставляя приёмный диполь горизонтальным, повернуть его на 90°
относительно положения при измерениях в п. 3.
Поставить переносную установку в такое положение, чтобы оси исследуемого вибратора и приёмного диполя при ориентации друг на друга находились на одной линии. Расстояние между передающей и
приёмной антеннами такое же, как в п. 3,
Проделать те же измерения, как и в п. 4, при исследовании зависимости от и, как в п. 5, при исследовании зависимости от r.
6.7. Установить на поворотном устройстве исследуемую электрическую рамку, а на переносной установке вертикальный
приёмный диполь, реагирующий на |
E -ю составляющую |
электрического поля рамки. При установке рамки учесть, что показания измерительного усилителя максимальны, когда приёмный диполь и исследуемая рамка находятся в одной плоскости. При этом угол на лимбе поворотного устройства равен 90°. Расстояние между диполем и рамкой должно быть таким же, как в п. 3.
Проделать измерения, описанные в п.п. 4 и 5.
6.8.После окончания всех измерений выключить генератор и
усилитель. |
|
|
|
Измеренные |
зависимости |
амплитуд |
составляющих |
электрического поля от угла в построить в полярной системе координат.
|
На отдельных |
графиках изобразить значения |
E m (E m )max , |
|
Er m |
(Er m )max |
и E m |
(E m )max . Расчётные зависимости |
построить на |
одном графике с соответствующими экспериментальными зависимостями.
Значения |
(E m )max , (Er m )max , (E m )max |
а |
также частоту |
f |
и |
расстояние r, |
для которых проводились |
измерения, указать |
как |
||
параметры соответствующих графиков.
Измеренные зависимости от расстояния r построить в
прямоугольной системе координат, отнормировав к максимальному значению данного измерения. Для различных составляющих E m ,
Er m , E m зависимости строить на отдельных графиках от отношения r
. Расчетные зависимости строить на одном графике с соответствующей экспериментальной зависимостью.
Частоту f и максимальные значения, по отношению к которым проведена нормировка, указать на графиках.
7.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
Вотчёте должны быть приведены:
7.1.Результаты предварительных расчётов, полученные при выполнении раздела 3 настоящего описания.
7.2.Результаты измерений. Все результаты должны быть
представлены в виде таблиц и графиков.