Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Техническая электродинамика

Методические указания к лабораторным работам

Омск 2007

Составители:

Г.Н. Лобова, канд. физ.-мат. наук, доцент;

Б.С. Слобоженко, ассистент

В методических указаниях приведены рекомендации и справочный материал по проведению лабораторных работ по дисциплине «Техническая электродинамика».

Предназначены для студентов специальностей 210201, «Проектирование и технология РЭС», 210200 «Проектирование и технология ЭС», 210302 «Радиотехника».

Печатается по решению редакционно–издательского совета Омского государственного технического университета.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ В ПРЯМОУГОЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ

Цель работы: экспериментальное определение КСВн, потерь в волноводных структурах, исследование частотной зависимости потерь в волноводе.

Задание

1. Изучить теоретические сведения и ознакомиться с принципом работы используемых в работе приборов.

2. Сделать необходимые измерения.

3. Произвести обработку результатов согласно порядка выполнения работы.

4. Ответить на контрольные вопросы.

5. Оформить отчет.

Сведения из теории

Коэффициент стоячей волны

Режим передающей линии характеризуется коэффициентом отражения Г. Практическое измерение величины Г или ее модуля |Г| встречает определенные трудности, связанные с необходимостью физического разделения падающей и отраженной волн.

Для измерения более доступна другая величина, также характеризующая стоячую волну в линии. Такой величиной является отношение высокочастотного напряжения в максимуме к напряжению в минимуме стоячей волны. Это отношение, обозначаемое в дальнейшем буквой Р, принято называть коэффициентом стоячей волны или сокращенно КСВ. Чтобы подчеркнуть, что измеряемой величиной является напряжение, иногда пользуются сокращенной записью в виде КСВн, тогда

.

Для упрощения записи в этом выражении часто опускают знак модуля:

.

В волноводах величина КСВ определяется через отношение напряженности электрического поля в максимуме и в минимуме стоячей волны:

.

Связь КСВ с модулем коэффициента отражения |Г| можно найти, пользуясь уравнениями напряжения в линии. В максимуме стоячей волны векторы падающей и отраженной волн напряжения синфазны, поэтому

.

Напряжение в минимуме стоячей волны:

.

Итак, учитывая все вышеперечисленные выражения, запишем:

.

Последнее уравнение часто применяют на практике. Так, из него можно определить |Г|:

.

Поскольку величина |Г| может изменяться в пределах от нуля до единицы, пределами изменения Р являются 1 ÷ ∞. Полному отражению от нагрузки соответствует бесконечно большой КСВ. Режим идеального согласования с нагрузкой характеризуется величиной КСВ равной единице.

Понятие КСВ очень широко применяется в технике сверхвысоких частот. Величиной КСВ пользуются для оценки качества аппаратуры, эффективности работы установок, для выражения ряда параметров электровакуумных приборов СВЧ и т. д.

Измерительные линии

Назначение:

Линии измерительные волноводные Р1–12А, Р1–13А, Pl–19, P1–19/1, Р1–20, Р1–21, в дальнейшем именуемые «линия», предназначены для измерения параметров стоячих волн в волноводных трактах.

Принцип действия: Принцип работы линии основан на исследовании картины поля стоячей волны с помощью зонда, пропущенного через щель во внутреннюю полость волновода. Зонд связан с настраиваемой измерительной зондовой головкой. Головка укреплена на каретке, вдоль волновода. Зонд обеспечивает слабую связь с электрическим полем в волноводе. Так наведенной ЭДС пропорционален напряженности электрического поля в месте расположения зонда. После выпрямления диодом ток поступает в цепь индикатора. Тщательная настройка зондовой головки на максимальную чувствительность позволяет компенсировать реактивную составляющую проводимости зонда, влияющую на поле (его форму) в волноводе, и уменьшить погрешность фазовых измерений, одновременно повышая общую чувствительность линии. Перемещение зонда вдоль линии позволяет определить положение максимумов и минимумов напряженности поля в линии и их относительные величины.

Конструкция: конструкция линии представлена на рис. 1.

Рис.1 Поперечный разрез измерительной линии

Канал волновода (1), оканчивающийся фланцами, помещается в корпус (2), представляющий собой литую деталь с фрезерованными посадочными местами для волновода и отсчетно-перемещающего механизма. Корпус с установленным в него волноводом (1), с кареткой (4) и отчетно-перемещающим механизмом (3) закрывается крышкой (5). В качестве направляющей для каретки (4), на которой крепится зондовая головка (6), служит стальная пластина (9), нижняя поверхность которой, наращенная серебром, является одновременно верхней стенкой волновода (1). В этой пластине электроэрозионным способом выжигается щель связи, затем гальванопластическим методом наращивается канал волновода.

Так как ширина пластины (9) больше ширины канала (1), то эта поверхность направляющая, это позволяет получить одинаковое погружение зонда по всей длине хода каретки.

Каретка (4) выполнена в виде двух корытообразных кронштейнов, охватывающих направляющую (9). Для выборки люфтов между кареткой и волноводом в каретке предусмотрено крепление консольных пружин (8) с шарикоподшипниками. Каретка имеет паз, в который входит выступ гайки механизма перемещения. Перемещение каретки осуществляется винтовым механизмом (7). Винтовой механизм (микровинт с гайкой) представляет собой винтовую пару с шагом винтовой линии 1 мм. Механизм, устанавливается в корпусе на двух шарикоподшипниках, установленных в «распор» со стороны отсчетного лимба (14), а вторым концом – в подшипнике скольжения на противоположной стороне корпуса. К винту крепится лимб (14) с нониусом, позволяющим отсчитывать перемещение каретки с точностью порядка 0.005 мм. Этот же лимб служит для плавного перемещения каретки. Конструкцией предусмотрена возможность отдельной сборки и регулировки винтового механизма, а при сборке – простое закрепление его тремя винтами (18) к корпусу.

В винтовом механизме предусмотрена выборка люфта между ходовой гайкой и кареткой.

Собранная линия устанавливается на верхней плате (12) подъемного механизма (10), состоящего из двух шарнирных четырехзвенников (параллелограммов) и винтового привода. Регулировка высоты линии производится ручкой (11). Пределы регулирования высоты на уровне середины фланцев – от 80 до 160 мм. Для выборки неровности служат винты (13).

Ускоренное перемещение каретки осуществляется ручкой (14), расположенной с левой стороны корпуса линии. Механизм ускоренного перемещения состоит из двух конических шестерен с передаточным отношением 1:1,72.