Лабораторные работы 5 симестр / Распределительные системы / UMP_FVP_3

Для проверки знаний по теории к лабораторной работе, в данной программе имеется возможность сдачи допуска. Допуск оформлен в виде теста и запускается в отдельном окне (рис. 4.15). Вызвать окно теста можно из стартового окна (рис. 4.13), окна лабораторной установки, а также окна теории.

Рис. 4.15. Окно теста

Вполе “Вопрос” в центре экрана отображаются вопросы. Каждый вопрос имеет 4 варианта ответа. Чтобы ответить на вопрос, необходимо поставить указатель рядом с соответствующим номером ответа и нажать “Ответить”. После этого появится следующий вопрос. Номер текущего вопроса показывается в поле “Номер”. А результаты ответов в поле “Ответы”, где “+” означает верный ответ, “-” — неверный.

Втесте необходимо ответить на 10 вопросов. По окончанию теста будет показан результат. Для сдачи допуска необходимо правильно ответить на 6 или более вопросов, при этом можно автоматически перейти в окно лабораторной установки. Однако если

41

набрано менее 6 баллов, то программа вернет вас к предыдущему окну, т.к. вы не будете допущены к выполнению работы.

Каждый новый тест формируется путем выбора 10 случайных неповторяющихся вопросов. Всего представлено 22 вопроса. Это позволит сделать большое количество различных вариантов теста.

Принцип работы лабораторной установки

Лабораторная установка воспроизведена в программе в соответствии с описанием и дополнена некоторыми элементами управления, для облегчения выполнения измерений. Окно лабораторной установки (Рис. 4.16) можно вызвать непосредственно из стартового окна.

Рис. 4.16. Окно лабораторной установки

42

Каждая часть блок-схемы реальной установки (рис. 4.17) отображена в качестве отдельной панели в окне лабораторной установки.

Рис. 4.17. Блок-схема реальной установки

Виртуальная лабораторная установка состоит из: осциллографа, резонатора, клистронного генератора, рабочего и контрольного детекторов, модулятора, усилителя и блока питания. Большинство составляющих имеют свои регуляторы. Кроме того, добавлены дополнительные индикаторы, для облегчения измерений.

В файловом меню окна установки имеются следующие подменю: “Лабораторная работа”, “Теория” и “О программе”. Первое подменю предназначено для выполнения следующих функций:

начать новую работу (при этом старые результаты будут потеряны),

сохранить и загрузить результаты измерений (результаты сохраняются в текстовые файлы с расширением res),

завершить программу.

Подменю “Теория” предназначена для загрузки окна теории или окна сдачи допуска. Оно же позволяет открыть любой конкретный раздел теории. При помощи подменю “О программе” можно посмотреть сведения о программе.

В нижней части окна имеется панель результатов, с помощью которой осуществляется запись результатов измерений. Результаты ото-

43

бражаются в соответствующей таблице. Две кнопки “Измерения длин резонатора” и ”Измерения полос резонатора” позволяют просматривать измеренные результаты длин резонатора и полос резонатора, соответственно. Когда все результаты будут зафиксированы, в работе имеется возможность их отредактировать. Для этого следует нажать кнопку “Редактировать результаты”.

Программа также предусматривает создание отчета. Отчет отображается в отдельном окне (рис. 4.18). Для того чтобы просмотреть отчет, необходимо проделать все измерения или загрузить их из файла.

Рис. 4.18. Окно отчета

В окне отчета отображаются конечные и промежуточные величины. Также в этом окне показываются искомые значения — ε и tgδ. В работе необходимо сравнить полученные значения диэлектрической проницаемости с теоретическими значениями. Для этого

44

имеется соответствующая кнопка. Предусматривается также возможность сохранения и загрузки результатов из этого окна. Кнопка “Закрыть” закрывает окно.

Порядок измерений

Перейдем непосредственно к измерению диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь при помощи виртуальной лабораторной установки (рис. 4.16).

Для начала необходимо положить диэлектрик внутрь волновода. Для этого нажмите кнопку “Открыть крышку”, а затем кнопку “Положить диэлектрик”. При этом появляется окно выбора диэлектрика

(рис. 4.18).

Рис. 4.18 Окно выбора диэлектрика

В работе представлены несколько различных образцов диэлектриков (стекло, дерево, слюда, бумага и другие), имеющих разные толщины и разные значения ε и tgδ, которые в последствие необходимо измерить. Чтобы выбрать диэлектрик поставьте указатель рядом с ним и нажмите кнопку ”Выбрать”. Название выбранного диэлектрика отобразится на панели резонатора в соответствующем поле. Затем нажмите кнопку “Закрыть крышку”. Теперь можно приступать к измерениям.

Как следует из теории, при помещении диэлектрика в волновод, резонанс пропадает. Изменим длину волны резонатора, для того чтобы вновь получить резонанс. Изменять длину резонатора можно с помощью двух регуляторов, один из которых меняет длину грубо, а второй плавно. При этом напротив каждого из ре-

45

гуляторов загорится зеленая лампочка, если резонанс достигнут. При резонансе резонансный пик должен располагаться посередине экрана осциллографа. Таким образом, достигают нужную для вычислений длину резонатора.

Для нахождения полосы резонатора необходимо двигать регулятор “Калибровочный потенциометр” на панели клистронного генератора. Когда загорится зеленая лампочка напротив регулятора, тогда найденное значение верно.

Когда на установке будут выставлены все верные значения, необходимо записать результаты, нажав на кнопку “Записать измерение”. В работе следует проделать измерения для пяти диэлектриков. Когда все измерения будут сделаны, их можно будет отредактировать, сохранить или посмотреть отчет по работе.

4.14Контрольные вопросы к разделу 4

1.Классификация магнетиков

2.Ферромагнетики. Ферромагнитный резонанс.

3.Магнитная проницаемость. Разделение действительной и

мнимой части магнитной проницаемости. Зависимость ', '' от частоты.

4.Понятие добротности. Добротность колебательного контура.

5.Q-метр. Принцип работы Q-метра.

6.Определение магнитной проницаемости тороидальной катушки в данной секции.

7.Объемный резонатор, образованный отрезком прямоугольного волновода.

8.Объемные резонаторы: призматические и цилиндрические резонаторы.

9.Связь объемных резонаторов с другими цепями. Резонансные свойства и добротность. Способы включения объемных резонаторов.

10.Принцип работы клистронного генератора.

11.Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в данной секции.

46

5.1 Общиесвойстваиназначениеантенн

Антенны типа "Волновой канал" широко распространены в профессиональных устройствах радиосвязи, телевидения и радиолокации [4,6,12,13,15,24,26,35-37]. Большинство телевизионных коллективных антенн промышленного изготовления также являются антеннами типа "Волновой канал". Эти антенны достаточно компактны и обладают большим коэффициентом усиления при сравнительно небольших габаритах.

Нередко, директорные антенны используются на дачных и садовых участках, т.к. обладают хорошей направленностью и высоким коэффициентом усиления.

При самостоятельном изготовлении директорной антенны даже по готовым чертежам часто не удается достичь желаемого результата, т.к антенна требует тонкой настройки.

Антенна является необходимым элементом любой радиолинии и может работать в режимах передачи и приема [35]. В режиме передачи антенна:

преобразует электромагнитные волны, распространяющиеся в линии передачи, в электромагнитные волны, распространяющиеся в свободном пространстве;

создает в пространстве требуемое распределение плотности потока мощности с требуемой поляризацией.

Врежиме приема антенна:

производит селекцию полезного сигнала по пространственным координатам, по частоте и поляризации;

преобразует волны, распространяющиеся в свободном пространстве, в волны, распространяющиеся в линии передачи.

5.2Характеристики и параметры антенн в режиме передачи

Характеристики антенн — это зависимости некоторых величин, описывающих свойства антенны, от угловых координат точки наблюдения в дальней зоне — в режиме передачи или от угловых координат источника поля — в режиме приема [35-37]. Параметры антенны не зависят от угловых координат. Основные характеристики антенны: диаграмма направленности (ДН), фазовая диаграмма, поляри-

48

зационная диаграмма. Основные параметры: коэффициент направленного действия (КНД), коэффициент усиления, входное сопротивление

(ZBX).

Характеристики и параметры по-разному определяются в режиме передачи и приема, но их численные значения в этих двух режимах работы антенны совпадают. Рассмотрим режим передачи [35-37].

Пусть антенна создает в некоторой точке поле, описываемое векторами Е и Н. Эти векторы характеризуются направлением, амплитудами и начальными фазами, которые зависят от угловых координат θ, φ точки. Поскольку векторы Е и Н однозначно связаны друг с другом (их направления в пространстве, амплитуды и фазы), характеристики антенны определяют только по вектору Е.

Вобщем случае вектор Е с течением времени вращается вокруг радиуса-вектора R и за период колебаний его конец описывает эллипс, т.е. излучаемая антенной волна эллиптически поляризована. Амплитуда вектора Е при этом меняется от Emin до Еmах. Отношение Emin / Emax называется коэффициентом эллиптичности и обозначается КЭ. Эллипс, который описывается концом вектора Е, называется эллипсом поляризации. Плоскость эллипса поляризации перпендикулярна направлению распространения волны, т.е. радиусу-вектору R. Ориентация эллипса поляризации на сфере R = const определяется углом γ между вектором Еmах и ортом θ0. Угол γ называется углом преимущественной поляризации.

Вчастных случаях поляризация может быть круговой, когда КЭ

=1, и линейной, когда КЭ = 0.

Диаграммой направленности (ДН) называется зависимость амплитуды вектора Е поля антенны в дальней зоне от угловых координат точки наблюдения, т.е. зависимость Е(θ,φ). Диаграмма направленности обозначается символом f(θ,φ)[35]

Диаграмму направленности нормируют, т.е. все значения Е(θ,φ) делят на максимальное значение Емax, и обозначают нормированную ДН символом F(θ,φ). Очевидно, 0 ≤ F(θ,φ) ≤ 1.

ДН изображают в прямоугольных или полярных координатах как функцию угла θ при φ = const. Обычно берут два значения угла φ:

φ = 0 и φ = 90°.

На рис. 5.1 показана типичная ДН в прямоугольных координатах. Как видно, ДН имеет лепестковый характер, что является следст-

49

вием интерференции полей, излучаемых различными элементами (частями) антенны. Различают главный лепесток и боковые лепестки.

Параметры ДН:

2θ0,5 — ширина главного лепестка по уровню половинной мощности;

θм — направление главного максимума в пространстве; Fбm — максимальный уровень боковых лепестков.

При линейной поляризации рассматриваются ДН в двух плоскостях — в плоскости Е и плоскости Н. Плоскостью Е называется плоскость, в которой лежит вектор Е и направление главного максимума ДН.

Параметры ДН в плоскости Е обозначаются символами:

2 e0,5,2 em,2 eбm

Рис. 5.1. Диаграмма направленности в прямоугольных коорди-

натах

Плоскостью Н называется плоскость, в которой лежит вектор Н и направление главного максимума ДН. Параметры ДН в плоскости Н

обозначаются символами: 2 e0,5,2 em,2Fбem [35]

Коэффициент направленного действия — это отношение мощ-

ности излучения гипотетической ненаправленной антенны с F(θ,φ)=1

50