Розрахункове завдання

1. Розрахувати провідність заданих викладачем діафрагм, визначити величину їх реактивності (ємності або індуктивності), резонансну частоту (для резонансного вікна).

2. Розрахувати геометричні розміри резонансного вікна на задану частоту.

3. Розрахувати діафрагми для узгодження заданого навантаження на заданій частоті.

Вимірювальна установка й методика вимірювань

Блок-схема вимірювальної установки зображена на рис. 5.6. Джерелом НВЧ потужності слугує генератор 1 (Г4-83), що працює в діапазоні частот 8,15-10,50 ГГц. Сигнал від генератора через вентиль 2 і вимірювальну лінію 3 подається до досліджуваного навантаження, що складається з діафрагми 4 та узгоджувального навантаження 5, або КЗ-поршня при вимірюванні методом Дешана 6. Вимірювання проводиться за допомогою хвилевідної вимірювальної лінії 3, сигнал від детектора якої подається на вимірювальний прилад (мікроамперметр) 7.

Рис. 5.6. Схема вимірювальної установки

Завдання до експериментальної частини і порядок виконання роботи

1. Зібрати схему (рис. 5.6) для вимірювання параметрів діафрагм за допомогою вимірювальної лінії.

2. Підготувати до роботи й налагодити відповідно до інструкції генератор на задану частоту.

3. Підключити до виходу вимірювальної лінії короткозамкнутий пристрій. Виміряти довжину хвилі в лінії, КСХН, зафіксувати положення зонда вимірювальної лінії в одному з мінімумів поля.

4. Підключити досліджуване навантаження, визначити за допомогою вимірювальної лінії КБХ та зміщення вузлу напруженості поля відносно його розташування при КЗ-навантаженні. Розрахувати s₁₁.

5. Виміряти параметри діафрагми методом Дешана.

6. Аналогічно провести експериментальні дослідження всіх заданих викладачем діафрагм.

7. Для всіх досліджуваних діафрагм провести дослідження частотної характеристики відбиття й коефіцієнта проходження за допомогою вимірювача КСХН і ослаблення Р2-61. (Схему вимірювальної установки й інструкцію щодо налагодження приладу див. у дод. 2.)

Контрольні запитання

1. Що таке тонка діафрагма?

2. Які діафрагми називаються індуктивними й чому?

3. Які діафрагми називають ємнісними та чому?

4. Що означають терміни „індуктивний” і „ємнісний” характер опору (провідності)?

5. Що таке „резонансне вікно”?

6. Чому ємнісні діафрагми не використовують на практиці НВЧ трактах великої потужності.

7. Чи можна узгодити за допомогою ємнісної (індуктивної) діафрагми ємнісного (індуктивного) навантаження?

8. У чому полягає фізична суть методу Дешана для вимірювання неоднорідностей?

Зміст звіту

1. Блок-схема вимірювальної установки з найменуванням блоків.

2. Результати розрахунків.

3. Результати вимірювань характеристик досліджуваних діафрагм у вигляді таблиць і графіків.

Л а б о р а т о р н а р о б о т а 6

Круглий хвилевід

Мета роботи: вивчити електромагнітні хвилі, що поширюються в круглому хвилеводі, одержання залежностей компонентів магнітного поля головної хвилі H₁₁ від поперечних координат.

Теоретичні відомості Круглим хвилеводом називається циліндричний хвилевід поперечний перетин якого є круг.

Розв’язати електродинамічну задачу для лінії передачі – це значить знайти в кожній точці лінії в будь-який момент часу вектори електромагнітного поля Е, Н і фазову сталу хвилі. Ця задача розв’язується звичайно таким чином:

1. Вводиться узагальнена циліндрична система координат, вісь z якої спрямована вздовж осі лінії передачі;

• розглядаються хвилі, що поширюються уздовж z.

Тому залежність компонентів поля від повздовжної координати, відповідно до методу комплексних амплітуд, має вигляд

,

де - фазова стала електромагнітної хвилі у хвилеводі;

- уявна одиниця;

Λ - довжина хвилі в хвилеводі.

Фазова стала β – величина, що показує зміну фази хвилі при проходженні нею відстані в один метр (у системі СІ).

2. Записують систему рівнянь Максвела для комплексних амплітуд

(6.1)

Це система з двох векторних рівнянь з невідомими В і Е.

3. Її проектують на осі координат і одержують систему із шести скалярних рівнянь із шістьма невідомими:чи– у декартовій і циліндричній системі координат відповідно. Потім з отриманої системи виключають поперечні компоненти і, у випадку регулярного хвилеводу, заповненого ізотропним середовищем, приходять до системи з двох рівнянь із двома невідомими –.

(6.2)

де – поперечний оператор Лапласа;

–поперечне хвильове число;

–фазова стала хвилі у вільному просторі;

–довжина хвилі у вільному просторі.

Звідси бачимо, що система розпалася на два незалежних рівняння (у перше входить тільки невідома Н_z, а в друге – E_z). Це вказує на існування в лінії передачі двох незалежних класів хвиль: поперечно-електричних або магнітних – TE_mn (H_mn), у яких ,і поперечно-магнітних або електричних –TМ_mn (Е_mn), у яких ,.

Рівняння (6.2) називаються хвильовими. Розв’язання кожного з них, разом з відповідними граничними умовами, дозволяє знайти подовжню складову електромагнітного поля (E_z чи Н_z) і фазову сталу хвилі β. Поперечні компоненти знаходяться зі співвідношень, які пов’язують поперечні компоненти поля з повздовжніми:

(6.3)

Ці співвідношення можуть бути отримані із системи рівнянь (6.1).

У рівняннях (6.1) і (6.3) входять диференціальні оператори, вирази для яких у циліндричній системі координат подані в додатку.