МИНОБРНАУКИ РОССИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
"ЛЭТИ" ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра ФЭТ
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №3
по дисциплине "Электродинамика"
Определение полного сопротивления элементов свч-тракта с помощью измерительной линии
Студенты гр. 3206 |
Корепанов Д.М. Пашков Л. Е. |
Преподаватель |
Алтынников А.Г. |
Санкт-Петербург
2025
Цель: изучение методов измерения полных сопротивлений, освоение практических приёмов работы с измерительной линией и круговой диаграммой полных сопротивлений.
Основные теоретические положения:
Измерения
с помощью измерительной линии являются
наиболее простыми, достаточно точными
и доступными при экспериментальном
определении коэффициента отражения и
полного сопротивления. Принцип таких
измерений основан на известной зависимости
между сопротивлением исследуемого
элемента и распределением напряженности
электрического поля волны вдоль
однородной линии передачи, соединяющей
измеряемый элемент с генератором. Если
сопротивление элемента Zн
равно волновому сопротивлению линии
Z0,
то в линии устанавливается режим
«бегущей» волны (отсутствуют отраженные
волны). При Zн
≠ Z0
в передающей линии устанавливается
режим «стоячих» волн (суперпозиция
падающих и отраженных волн). Коэффициент
отражения определяется отношением
напряженности электрического поля
отраженной волны E0
к напряженности падающей волны Eп
в месте расположения элемента, т. е.
.
В
общем виде коэффициент отражения
является комплексным числом:
, где Гн – модуль отношения напряжений; φн – фазовый сдвиг между падающей и отраженной волнами на исследуемом объекте.
На
практике обычно измеряют коэффициент
стоячей волны (КСВ) напряжения, определяемый
отношением максимального значения
напряжения стоячей волны в линии к ее
минимальному значению:
,
и положение ближайшего от нагрузки
минимума напряжения в линии zmin.
Зная эти параметры, можно легко определить
модуль и фазу коэффициента отражения:
где λв – длина волны в волноводе, определяемая соотношением
Характеристики исследуемых элементов:
Рисунок 1 - Параметры исследуемых элементов
Обработка результатов
f = 12.5 GHz:
Таблица 1 - Снятое распределение минимумов и максимумов напряжения
ХХ |
КЗ |
Согл |
Широкая щель |
Узкая щель |
||||||
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
|
0 |
0.72 |
0 |
2.16 |
0 |
0.72 |
0 |
0.66 |
0 |
0.96 |
|
4 |
0.42 |
8 |
0.06 |
9 |
0.66 |
7 |
0.72 |
5 |
0.33 |
|
11 |
0.96 |
15 |
2.16 |
16 |
0.72 |
12 |
0.66 |
13 |
1.11 |
|
18 |
0.45 |
22 |
0.09 |
23 |
0.66 |
21 |
0.72 |
19 |
0.36 |
|
25 |
0.96 |
30 |
2.16 |
28 |
0.72 |
27 |
0.66 |
27 |
1.11 |
|
35 |
0.45 |
37 |
0.09 |
37 |
0.66 |
35 |
0.72 |
34 |
0.33 |
|
40 |
0.96 |
44 |
2.16 |
43 |
0.72 |
42 |
0.66 |
41 |
1.11 |
|
47 |
0.45 |
52 |
0.12 |
48 |
0.66 |
48 |
0.72 |
48 |
0.36 |
|
Построим распределение напряжённости поля в волноводе
Пример расчёта:
Остальные расчёты будут опущены и результаты занесены в таблицу 2
Таблица 2 - Распределение напряжённости в волноводе
ХХ |
КЗ |
Согл |
Широкая щель |
Узкая щель |
||||||
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
|
0 |
0.09 |
0 |
0.27 |
0 |
0.09 |
0 |
0.0825 |
0 |
0.12 |
|
4 |
0.0525 |
8 |
0.0075 |
9 |
0.0825 |
7 |
0.09 |
5 |
0.04125 |
|
11 |
0.12 |
15 |
0.27 |
16 |
0.09 |
12 |
0.0825 |
13 |
0.13875 |
|
18 |
0.05625 |
22 |
0.01125 |
23 |
0.0825 |
21 |
0.09 |
19 |
0.045 |
|
25 |
0.12 |
30 |
0.27 |
28 |
0.09 |
27 |
0.0825 |
27 |
0.13875 |
|
35 |
0.05625 |
37 |
0.01125 |
37 |
0.0825 |
35 |
0.09 |
34 |
0.04125 |
|
40 |
0.12 |
44 |
0.27 |
43 |
0.09 |
42 |
0.0825 |
41 |
0.13875 |
|
47 |
0.05625 |
52 |
0.015 |
48 |
0.0825 |
48 |
0.09 |
48 |
0.045 |
|
Для построения графика распределения напряжённости в волноводе, необходимо знание длины волны:
λ0 = с/f – длина волны в свободном пространстве. f=12.5 ГГц – рабочая частота. λкр=2a, где а – ширина широкой стенки волновода. a=b=17 мм.
λкр1=2*17 = 34 мм = 34*10-3 м
λ0=(3*108)/(12.5*109) = 0,024 м
Рисунок 2 - Распределение напряжённости поля при f = 12.5 GHz
f = 13.1 GHz:
Таблица 3 - Снятое распределение минимумов и максимумов напряжения
ХХ |
КЗ |
Согл |
Широкая щель |
Узкая щель |
|||||||
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
||
0 |
1 |
0 |
4.6 |
0 |
1.56 |
0 |
1.8 |
0 |
1.3 |
||
3 |
0.9 |
6 |
0.1 |
8 |
1.32 |
11 |
1.2 |
5 |
0.9 |
||
9 |
2 |
15 |
5 |
16 |
1.56 |
19 |
1.9 |
12 |
2.3 |
||
19 |
0.9 |
22 |
0.1 |
23 |
1.32 |
27 |
1.2 |
19 |
0.9 |
||
26 |
2 |
30 |
5 |
30 |
1.53 |
34 |
1.8 |
28 |
2.2 |
||
34 |
0.9 |
39 |
0.1 |
39 |
1.32 |
42 |
1.2 |
35 |
0.8 |
||
41 |
2 |
46 |
5 |
47 |
1.5 |
50 |
1.8 |
43 |
2.2 |
||
48 |
0.9 |
|
|
50 |
1.35 |
|
|
49 |
0.9 |
||
Таблица 4 - Распределение напряжённости в волноводе
ХХ |
КЗ |
Согл |
Широкая щель |
Узкая щель |
|||||||||
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
||||
0 |
0.125 |
0 |
0.575 |
0 |
0.195 |
0 |
0.225 |
0 |
1.3 |
||||
3 |
0.1125 |
6 |
0.0125 |
8 |
0.165 |
11 |
0.15 |
5 |
0.9 |
||||
9 |
0.25 |
15 |
0.625 |
16 |
0.195 |
19 |
0.2375 |
12 |
2.3 |
||||
19 |
0.1125 |
22 |
0.0125 |
23 |
0.165 |
27 |
0.15 |
19 |
0.9 |
||||
26 |
0.25 |
30 |
0.625 |
30 |
0.19125 |
34 |
0.225 |
28 |
2.2 |
||||
34 |
0.1125 |
39 |
0.0125 |
39 |
0.165 |
42 |
0.15 |
35 |
0.8 |
||||
41 |
0.25 |
46 |
0.625 |
47 |
0.1875 |
50 |
0.225 |
43 |
2.2 |
||||
48 |
0.1125 |
|
|
50 |
0.16875 |
|
|
49 |
0.9 |
||||
Рисунок 3 - Распределение напряжённости поля при f = 13.1 GHz
f = 13.8 GHz:
Таблица 5 - Снятое распределение минимумов и максимумов напряжения
ХХ |
КЗ |
Согл |
Широкая щель |
Узкая щель |
||||||
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
l, mm |
U, mV |
|
0 |
0.9 |
0 |
0.6 |
0 |
0.66 |
0 |
0.6 |
0 |
1.08 |
|
6 |
0.4 |
4 |
3.1 |
9 |
0.6 |
5 |
2.37 |
7 |
0.3 |
|
14 |
0.9 |
10 |
0.1 |
19 |
0.66 |
12 |
0.12 |
14 |
1.08 |
|
21 |
0.5 |
17 |
3.1 |
25 |
0.63 |
19 |
2.4 |
21 |
0.3 |
|
28 |
0.9 |
24 |
0.1 |
32 |
0.66 |
26 |
0.12 |
29 |
1.08 |
|
35 |
0.5 |
31 |
3.1 |
37 |
0.6 |
34 |
2.37 |
36 |
0.3 |
|
44 |
0.9 |
38 |
0.1 |
46 |
0.66 |
40 |
0.12 |
42 |
1.08 |
|
47 |
0.5 |
46 |
3.1 |
|
|
47 |
2.37 |
50 |
0.3 |
|
Таблица 6 - Распределение напряжённости в волноводе
ХХ |
КЗ |
Согл |
Широкая щель |
Узкая щель |
|||||||||
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
l, mm |
E, V/m |
||||
0 |
0.1125 |
0 |
0.075 |
0 |
0.0825 |
0 |
0.075 |
0 |
1.08 |
||||
6 |
0.05 |
4 |
0.3875 |
9 |
0.075 |
5 |
0.29625 |
7 |
0.3 |
||||
14 |
0.1125 |
10 |
0.0125 |
19 |
0.0825 |
12 |
0.015 |
14 |
1.08 |
||||
21 |
0.0625 |
17 |
0.3875 |
25 |
0.07875 |
19 |
0.3 |
21 |
0.3 |
||||
28 |
0.1125 |
24 |
0.0125 |
32 |
0.0825 |
26 |
0.015 |
29 |
1.08 |
||||
35 |
0.0625 |
31 |
0.3875 |
37 |
0.075 |
34 |
0.29625 |
36 |
0.3 |
||||
44 |
0.1125 |
38 |
0.3875 |
46 |
0.0825 |
40 |
0.29625 |
42 |
1.08 |
||||
47 |
0.0625 |
46 |
0.0125 |
|
|
47 |
0.015 |
50 |
0.3 |
||||
Рисунок
4 - Распределение напряжённости поля
при f
= 13.8 GHz