хашимов / 2 отчёт Хашимов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «ЦРТС»

Лабораторная работа № 2

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

Рис. 1. Функциональная схема лабораторной установки.

Структурная схема установки приведена на рис. 1. Генератор СВЧ 1 работает в трехсантиметровом диапазоне волн. Возбуждаемые им колебания с помощью гибкого коаксиального кабеля и коаксиально-волноводного перехода 2 подаются на передающую рупорную антенну 3, представляющую собой плавно расширяющийся волновод. Такая антенна создает направленное электромагнитное поле, которое падает на отражающую поверхность 4. Изменение угла падения осуществляется путем перемещения отражающей поверхности.

В качестве исследуемой границы диэлектрик–воздух использована поверхность призмы из органического стекла (ε =3,5). Для ослабления влияния отражений от обратной стороны призмы она выполнена под некоторым углом, изменяющим направление отраженной от нее волны, и имеет ряд неровностей, делающих отражение рассеянным. Отраженные от диэлектрической призмы сигналы попадают в приемную рупорную антенну 5, а затем в детекторную секцию 6. Сигнал с детекторной секции поступает на вход измерителя отношения напряжений 7 типа В8-6.

Для исключения экспериментальной ошибки, вызванной прямым попаданием сигналов между приемной и передающей антеннами, обусловленное боковыми лепестками диаграммы направленности рупорных антенн, между ними установлена перегородка 8, представляющая собой смесь резины с углеродистым наполнением. Поверхность поглотителя выполнена неровной для увеличения коэффициента поглощения.

2. Ход лучей в диэлектрической призме.

Рассмотрим волновые явления, возникающие при падении линейно поляризованной плоской волны на плоскую бесконечно протяженную границу раздела двух диэлектрических сред, характеризуемых комплексными абсолютными диэлектрическими проницаемостями ε_а1 ,ε_а2 и вещественными магнитными проницаемостями µ_а1 , µ_а2. Без ограничения общности введем декартову систему координат так, что бы плоскость x0z совпадала с плоскостью, проходящей через векторы направления распространения волны и нормали к поверхности раздела. Эта плоскость называется плоскостью падения. Напомним, что направление распространения плоской волны совпадает с направлением вектора Пойнтинга П. Плоскость y0z совместима с плоскостью раздела сред. По отношению к плоскости падения вектор напряженности электрического поля может быть ориентирован произвольно. Ограничимся рассмотрением двух случаев:

– вектор E перпендикулярен плоскости падения (нормально поляризованная волна);

– вектор E параллелен плоскости падения (параллельно поляризованная волна).

Тогда волна с произвольной поляризацией будет представлять собой суперпозицию нормально и параллельно поляризованных плоских волн. В теории распространения радиоволн и антенной технике нормально поляризованные волны называют также волнами горизонтальной поляризации, а параллельно поляризованные – волнами вертикальной поляризации.

Нормальная поляризация

Рис.2.1 Волновые явления при нормальной поляризации падающей волны.

В этом случае вектор Е^П падающей волны параллелен оси y, а вектор Н^П лежит в плоскости падения (рис. 2.1). Очевидно, что падающая волна может частично (или полностью) отразиться от поверхности раздела сред и частично (или полностью) пройти во вторую среду. При этом логично предположить, что отраженная и преломленная волны также будут плоскими и нормально поляризованными. Тогда полное электромагнитное поле в первой среде для точки наблюдения, расположенной над поверхностью раздела, определяется суммой падающей и отраженной волн.

Параллельная поляризация

В этом случае вектор H^П перпендикулярен плоскости падения x0z , а вектор Е^П ей параллелен (рис. 2.2).

Рис.2.2 Волновые явления при параллельной поляризации падающей волны.

Особенности конструкции диэлектрической призмы

В качестве исследуемой границы диэлектрик–воздух использована поверхность призмы из органического стекла (ε =3,5). Для ослабления влияния отражений от обратной стороны призмы она выполнена под некоторым углом, изменяющим направление отраженной от нее волны, и имеет ряд неровностей, делающих отражение рассеянным.

3. Расчёт угла Брюстера

Для нашего случая ε_r1 = 1 – диэлектрическая проницаемость воздуха;

ε_r2 = 3.5 – диэлектрическая проницаемость оргстекла

Тангенс угла Брюстера tg φ_в = 1,8708

Угол Брюстера φ_в= 61,8744⁰ ≈ 62⁰

4. Таблицы и графики

Модули коэффициентов отражения для нормальной и параллельной поляризации:

Угол, град	25	30	35	40	45	50	55	60	62	65
┴ поляриз	0,096	0,091	0,096	0,105	0,063	0,109	0,147	0,127	0,140	0,221
║ поляриз	0,081	0,048	0,045	0,040	0,051	0,036	0,009	0,030	0,055	0,058

По полученным данным построим графики:

Рис.2. Модули коэффициентов отражения для реальной среды (лабораторный макет)

Соединив прямой полученный точки имеем график на Рис.3.

Рис.3. Модули коэффициентов отражения для теоретической(прямые линии) и реальной среды(пунктирные линии)

Выводы:

Как видно из рисунков, практические данные довольно заметно разнятся с теоретическими. Такую заметную ошибку мы получили из-за малой точности лабораторного макета, а именно: приёмную и передающую рупорные антенны мы выставляли лишь приблизительно, «на глаз» для каждого угла. Также имеет смысл указать о возможности возникновения различных переотражений волн, вызванное близко расположенными к макету предметами, что тоже могло повлиять на полученные результаты. Но большая точность и не являлась целью нашей лабораторной работы, нам необходимо было лишь увидеть тенденцию, примерное поведение коэффициентов отражения, что мы и получили.

Из рисунков видно, что нормально поляризованные плоские волны отражаются лучше, чем волны параллельной поляризации, причем всегда ⊥ ρ > ρII По этой причине поляризация отраженной волны в общем случае отличается от поляризации падающей волны.

Также видим, что при угле Брюстера имеем минимум модуля коэффициента отражения | ρII |