Дисперсия электромагнитных волн в прямоугольном волноводе. Практикум № 4

1. Исследование влияния дисперсии на распространение прямоугольного радиоимпульса в зависимости от частоты:

задайте размеры поперечного сечения волновода a и b из таблицы 1;

число волн в волноводе должно стоять в положении «Одна волна», тип волны H10 (m = 1, n = 0);

программа автоматически вычислит значение критической частоты fкр для

заданного типа волны при заданных размерах поперечного сечения волновода;

установите значения длины отрезка волновода L и длительности входного импульса из таблицы 1;

в диапазоне частот от fкр до 2fкр с шагом 0,1fкр записать в таблицу значения длительности выходного импульса вых и коэффициента уширения Куш на разных частотах, а также зарисовать примерный вид огибающей выходного импульса для каждой из исследуемых частот;

при выполнении измерений следить за тем, чтобы огибающая выходного сигнала не выходила за границы временного интервала на графике, в противном случае необходимо увеличить эти границы с помощью специального регулятора, расположенного под графиком;

более подробно (с шагом 0,02fкр) исследовать область частот от fкр до

1,1fкр;

повторить исследование для случая, когда в волноводе распространяются

две волны: H10 и H20 (m = 2, n = 0), при этом исследование провести в диапазоне частот от fкр до 3fкр с шагом 0,1fкр, причем более подробно (с шагом 0,02fкр) исследовать две области: от fкр до 1,1fкр и от 2fкр до 2,1fкр;

повторить исследование для случая, когда в волноводе распространяются три волны: H10, H20 и H30 (m = 3, n = 0), при этом исследование провести в диапазоне частот от fкр до 4fкр с шагом 0,1fкр, причем более подробно (с шагом 0,02fкр) исследовать три области: от fкр до 1,1fкр, от 2fкр до 2,1fкр и от 3fкр до 3,1fкр;

построить трафики зависимостей вых( f ) и Куш( f ) для каждого случая.

2. Исследование влияния дисперсии на распространение прямоугольного радиоимпульса в зависимости от длины волновода:

размеры поперечного сечения волновода остаются, как в п. 1;

число волн в волноводе стоит в положении «Одна волна», тип волны H10;

величину длительности входного импульса выбирают из таблицы 1;

значение частоты установить равным f, где f – частота из таблицы 1;

изменяя длину волновода L от 1 до 15 метров с шагом 1 метр, записать в таблицу значения длительности выходного импульса вых и коэффициента

11

уширения Куш, а также зарисовать примерный вид огибающей выходного импульса для каждого значения длины волновода;

во время измерений необходимо следить за тем, чтобы огибающая импульса не выходила за границы временного интервала на графике;

данный пункт задания выполняется только в одноволновом режиме работы волновода;

построить трафики зависимостей вых(L) и Куш(L).

3. Определение минимально возможной длительности входного импульса, уширение которого при прохождении по отрезку прямоугольного волновода не превысит 10%:

размеры поперечного сечения волновода остаются, как в п. 1;

число волн в волноводе стоит в положении «Одна волна», тип волны H10;

значение частоты установить равным f, где f – частота из таблицы 1;

установить значение длины волновода, равное 1 метру;

изменяя величину длительности входного импульса в ту или иную сторону, подобрать такую величину минимальной длительности входного

импульса min, при которой коэффициент уширения Куш 10%, полученное значение min записать в таблицу;

повторить измерение, изменяя длину волновода L от 1 до 15 метров с шагом 1 метр, записывая в таблицу значения минимальной длительности входного импульса min, при которой Куш 10%;

во время измерений необходимо следить за тем, чтобы огибающая импульса не выходила за границы временного интервала на графике;

измерения выполняются в одноволновом режиме работы волновода;

построить график зависимости min(L);

рассчитать максимально возможную скорость передачи информации по отрезку волновода, т.е. количество бит информации, передаваемое за 1 секунду (при этом считать, что информация передается с помощью последовательности прямоугольных радиоимпульсов со скважностью 2, причем один импульс соответствует одному биту информации, максимально возможная скорость

передачи информации (в бит/с) в этом случае будет равна vmax = 1/(2 min), где min – в секундах);

построить график зависимости vmax(L).

12

4. Определение минимально возможной частоты, при которой уширение прямоугольного радиоимпульса при прохождении по отрезку прямоугольного волновода не превысит 10%:

размеры поперечного сечения волновода остаются как в п.1;

число волн в волноводе стоит в положении «Одна волна», тип волны H10;

установить значение длительности входного импульса из таблицы 1;

установить значение длины волновода, равное 1 метр;

изменяя частоту, подобрать такую величину fmin, при которой коэффициент уширения Куш 10%, полученное значение fmin записать в таблицу;

повторить измерение, изменяя длину волновода L от 1 до 15 метров с шагом 1 метр, записывая в таблицу значения минимальной частоты fmin, при

которой Куш 10%;

во время измерений необходимо следить за тем, чтобы огибающая импульса не выходила за границы временного интервала на графике;

измерения выполняются в одноволновом режиме работы волновода;

построить график зависимости fmin(L).

Требования к отчёту

Отчёт оформляется каждым студентом индивидуально. Он должен содержать краткое описание компьютерного эксперимента, результаты измерений в виде таблиц и графиков, анализ результатов и выводы.

Контрольные вопросы

1.Что называется дисперсией?

2.Почему дисперсия оказывает влияние на распространяющиеся по волноводу электромагнитные сигналы?

3.Как изменяется прямоугольный радиоимпульс при прохождении отрезка прямоугольного волновода?

4.Нарисуйте зависимость фазовой скорости волны H10 в прямоугольном волноводе от частоты.

5.Что называется критической частотой в линии передачи?

6.Чем отличаются одноволновый и многоволновый режимы работы прямоугольного волновода?

13

7.От чего зависит фазовая скорость основной волны в прямоугольном волноводе?

8.Как обеспечивают одноволновый режим работы прямоугольного волновода?

9.Как по известной частоте рассчитывается длина волны в линии передачи?

10.Как вычисляются критические частоты для волн H10, H20 и H30 в прямоугольном волноводе?

11.Что называют «уширением» прямоугольного радиоимпульса при его распространении по отрезку прямоугольного волновода?

12.Как вычисляется коэффициент уширения прямоугольного радиоимпульса на выходе отрезка волновода?

13.Нарисуйте график спектральной плотности (спектра) для прямоугольного радиоимпульса.

14.Что называется шириной спектра прямоугольного радиоимпульса?

15.От чего зависит ширина спектра прямоугольного радиоимпульса?

16.Что называется скоростью передачи информации по линии? В каких единицах измеряется эта величина?

17.Как дисперсия влияет на скорость передачи информации по линии?

18.Перечислите меры, предпринимаемые для увеличения скорости передачи информации по линии.

14

Список литературы

1.Пименов Ю.В. Линейная макроскопическая электродинамика. – Долгопрудный: Изд. дом "Интеллект", 2008. – 536 с.

2.Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. – М.: Радио и связь, 2000. – 536 с.

3.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа,

2000. – 462 с.

4.Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь,

1986. – 512 с.

5.Евдокимов Ю.К., Линдваль В.Р., Щербаков Г.И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. – М.: ДМК Пресс,

2007. – 400 с.

6.Евдокимов Ю.К., Линдваль В.Р., Щербаков Г.И. LabVIEW в научных исследованиях. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 400 с.

15

Практикум № 4

ДИСПЕРСИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ПРЯМОУГОЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ

Подписано в печать 24.03.2016г. Формат 60х90 1/16. Объём 1,0 усл.п.л. Тираж 100 экз. Изд. № 13. Заказ 40.

16