Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «ЦРТС»

Лабораторная работа № 3

ОТЧЁТ

по дисциплине

«Электродинамика и распространение радиоволн»

Проверил

Хашимов А. Б.

______________________2012 г.

Авторы работы

студенты группы ПС-474

Кузьмин К.О.

Тарасевич А.И.

____________________2012г.

Отчёт защищен

с оценкой

___________________________

_____________________2012г.

Челябинск 2012

1. Описание лабораторной установки

Функциональная схема установки показана на рис. 1, общий вид на рис. 2.

Генератор СВЧ колебаний 1 работает в десятисантиметровом диапазоне волн. С

помощью коаксиальной линии колебания СВЧ через коаксиальный ферритовый

вентиль 2 подаются на возбуждающее устройство штыревого типа 3, создающее в

волноводе 4 сечением 72x34 мм² волну H₁₀ . Для измерения поля в волноводе

используются штыревой 5 и петлевой 6 зонды со встроенными детекторными

секциями.

Рис.1. Функциональная схема установки.

Рис.2. Общий вид установки.

Эти зонды поочередно подключаются к измерителю отношения напряжений 7.

При небольших уровнях сигнала характеристика детектора квадратичная, поэтому

показания измерителя отношения напряжений пропорциональны величинам

|E_y|², |H_x|², |H_z|².

Для измерения продольного распределения составляющей |H_x(z)| используется

петлевой зонд 6, перемещаемый вдоль волновода в продольной щели, прорезанной

посередине широкой стенки. При проведении измерений конец волновода

необходимо закоротить специальной перемычкой 8, тогда вдоль линии

устанавливается стоячая волна. В этом случае можно измерить длину волны в

волноводе – расстояние между двумя соседними узлами напряженности магнитного

поля равно λ_в/2.

Для измерения поперечной составляющей |E_y(x)| используется штыревой зонд,

перемещаемый поперек волновода. Зонд перемещается вместе с латунной платой,

имеющей хороший электрический контакт с волноводом. При измерении |E_y(x)|

можно было бы также использовать режим короткого замыкания, но в этом случае

на некоторой частоте зонд может оказаться в узле стоячей волны напряженности

электрического поля и показания прибора будут близки к нулю. Поэтому вместо

короткозамыкателя удобнее воспользоваться согласованной нагрузкой 9,

создающую в волноводе режим, близкий к бегущей волне. Согласованная нагрузка

представляет собой пластины из гетинакса, покрытые слоем графита для

поглощения энергии электромагнитного поля. Для уменьшения отражения от

пластин они выполнены в виде клина.

Меняя местами зонды 5 и 6, можно измерить продольное распределение

составляющей |E_y(z)| и поперечное распределение составляющих |H_x(x)|, |H_z(x)|.

2. Картина силовых линий поля волны н10

Рис.3. Картина силовых линий поля волны H₁₀ в прямоугольном волноводе.

3. Графики нормированных амплитудных зависимостей

Рис.4. Амплитудная зависимость |E_y(x)|.

Рис.5. Амплитудная зависимость |E_y(z)|.

Рис.6. Амплитудная зависимость |H_x(z)|.

Рис.7. Амплитудная зависимость |H_x(x)|.

Рис.8. Амплитудная зависимость |H_z(x)|.

4. Расчет полосы частот одноволнового режима работы

В волноводах на заданной частоте число распространяющихся волн ограничено. При уменьшении частоты уменьшается и число распространяющихся типов волн. Тогда при достижении определенной частоты в волноводе будет распространятся только один тип волны, имеющий наибольшее значение _кр, который называется низшим или основным типом волны.

Для прямоугольного волновода основной волной является волна H₁₀, для которой _кр2a, где а – длина волновода. Ближайшей волной является волна Н₂₀, для существования которой необходимо, чтобы _крa. Поскольку она является волной высшего типа, ее появление в волноводе нежелательно.

Рис.9. Спектр собственных волн прямоугольного волновода

Таким образом, можно рассчитать полосу частот, в которой волновод будет работать в одноволновом режиме. Эта область будет находится между точками 1 и 2, обозначенных на рисунке.

a < < 2a

Размеры волновода 72х34 мм²; а = 72 мм

Частоту определим по формуле: f=c/c – скорость света

Тогда f_min = c/2a = 2.083 ГГц

f_max = c/a = 4.17 ГГц