Опис дослідної установки

Схема дослідження структури поля резонатора зображена на рис.11.

Генератор НВЧ з атенюатором через петлю зв’язку збуджує резонатор. Структура поля досліджується за допомогою електричного або магнітного зонду з детекторною головкою. Сигнал з детектора через підсилювач подається на вимірювальний прилад. Внутрішні розміри резонаторів показані на рис.8 (а = 200 мм,в = 90 мм,l = 290 мм) і на рис.9(R = 100 мм,l = 200 мм)

Домашнє завдання

1. Засвоїти теоретичні відомості про розподіл електромагнітного поля у хвилеводах та резонаторах.

2. Підготувати форму звіту про виконання лабораторної роботи.

3. Розрахувати резонансні частоти для коливань виду Н₁₀₁,Н₁₀₂,Е₁₁₀призматичного резонатора таЕ₀₁₀,Н₁₁₁,Н₀₁₁ циліндричного резонатора.

4. Розрахувати та побудувати теоретично криві розподілу поля за координатами.

Лабораторне завдання

1. Ознайомитися з описом дослідного стенду для дослідження поля в резонаторах.

2. Настроїти генератор на резонансну частоту кожного виду коливань резонатора.

3. За допомогою зонда зняти та побудувати у відносних одиницях розподіл електромагнітного поля за координатними осями, порівняти побудовані криві з теоретичними.

4. Дослідити вплив орієнтації збуджуючої петлі на амплітуду поля в резонаторі. Знайти положення петлі, при якому амплітуда поля буде найбільшою.

5. Дослідити вплив збурюючих тіл на резонансну частоту резонатора. Знайти зміщення резонансної частоти при положенні металевого стержня в пучності електричного поля та в пучності магнітного поля.

Методична вказівка.У разі малих сигналів детектор працює в квадратичному режимі і напруга з детектора пропорційна квадрату напруженості поля, тому добротність слід визначати як відношенняfp/2∆f на рівні 0,5 від резонансного значення, а графіки будувати у відносних координатах з вилученням кореня квадратного із показів вимірювача. Конкретні види коливань для дослідження надає викладач.

Зміст звіту

Назва роботи; мета роботи; схема лабораторного стенду; теоретичні розрахунки; дослідні дані; висновок.

Контрольні запитання

І. Які умови виконуються для векторівіна межі поділу ідеальний діелектрикідеальний провідник?

2. Які є методи розв’язання хвильових рівнянь?

3. Структура поля та струмів для хвиль типу Н₁₀,Н₁₁,Е₁₁у прямокутному хвилеводі і хвиль, типуН₁₁,Н₀₁,Е₀₁у круглому хвилеводі.

4. Які основні параметри резонаторів?

5. Структура поля і струмів для коливання виду Н₁₀₁,Н₁₀₂,Е₁₁₀у прямокутному таЕ₀₁₀,Е₀₁₁,Н₁₁₁. У циліндричному резонаторі.

6. Метод перестройки резонансної частоти резонаторів.

7. Від чого залежать резонансна частота і добротність резонаторів?

8. Де застосовуються резонатори у техніці НВЧ?

Література

1. Лебедев Н.В. Техника и приборы СВЧ. Ч.1.

2. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 1971.

3. Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Сов. радио, 1979.

4. “Енциклопедичний навчальний довідник. Радіотехніка” за ред. Проф. РТФ НТУУ “КПІ” Ю.Л.Мазора, Є.А.Мачуського, В.І.Правди.

Лабораторна робота № 7 дослідження дифракції електромагнітних хвиль

Мета роботи дослідити дифракцію електромагнітних хвиль на отворі та півплощині за допомогою зон Френеля.

Теоретичні відомості

Основними наближеними методами розв’язання задач електродинаміки у квазіоптичній області (λ <<LдеL  характерний розмір електродинамічної системи) є метод геометричної (променевої) та метод фізичної (хвильової) оптики.

У методі геометричної оптики припускають, що електромагнітна енергія поширюється всередині променевих трубок і що між різними променевими трубками ніякого обміну енергією не відбувається. Таким чином, задача зводиться до визначення напрямку променів у середовищі з заданими параметрами. Метод геометричної оптики застосовують при розв’язанні задач поширення плоских електромагнітних хвиль в однорідному просторі або в просторі, що поділений нескінченною плоскою межею поділу двох середовищ.

При падінні електромагнітної хвилі на обмежену, чи криволінійну поверхню методами геометричної оптики може бути може бути знайдений розв’язок задачі в освітленій області за умови, що кривина поверхні і фронт падаючої хвилі мало змінюються на віддалі, що дорівнює довжині хвилі. У зоні геометричної тіні (рис.1) наближення геометричної оптики дав значення поля, що дорівнює нулю. На межі між освітленою областю і зоною тіні поле буде розривним.

Отже, метод геометричної оптики не враховує явища дифракції, при якому поле існує в області тіні (рис.2).

Метод фізичної оптики ґрунтується на принципі Гюйгенса. Згідно з цим принципом кожна точка фронту хвилі може розглядатися як джерело вторинної сферичної хвилі, а повне вторинне поле є результатом інтерференції хвиль, що виходять із всіх точок фронту.

При інтерференції вторинних хвиль потрібно в точці спостереження враховувати їх амплітуду і фазу. Очевидно, що найбільший внесок у сумарне поле в точці спостереження дають частини простору, розміщені поблизу прямої, що з'єднують точки випромінювання qі спостереженняρ. Областю простору, істотною при поширенні радіохвиль, називають область, в якій поширюється основна частина електромагнітної енергії.

Розмір і конфігурацію області, істотної при поширенні радіохвиль, знаходять із принципу Гюйгенса за допомогою зон Френеля.

Припустимо, що передавач qі приймачр електромагнітної енергії (рис. 3) розміщені на відстаніr=r₀’+r₀’’ >>λ.

Вторинні джерела електромагнітних хвиль розмістимо на поверхні, перпендикулярній до лінії pq. Розіб’ємо площинуSна зони Френеля, межі якихконцентричні кола. Радіуси зон Френеля знаходять за умови, що різниця шляху, який проходять хвилі від точкиqдор через сусідні зони, відрізняється на половину довжини хвилі:

(1)

Тому фаза коливань поля в точці р від двох сусідніх зон відрізняється в середньому наπрада амплітуда зменшується зі збільшенням номера зони:

(2)

де Астала для даного випромінювача.

Сумарна напруженість поля від усіх зон Френеля може бути записана у вигляді знакозмінного ряду і приблизно дорівнює половині значення поля від першої зони Френеля:

(3)

Радіус першої зони Френеля

(4)