2.2. Описание объекта наследований
Для исследований предлагаются отрезки стандартных прямоугольного, круглого и коаксиального волноводов. Их размеры указаны в прил. 2. На концах отрезков волноводов установлены короткозамыкающие металлические стенки. На боковых стенках волноводов, а также на одной из торцевых стенок круглого волновода, установлены цанговые гнезда для элементов возбуждения и отбора энергии, в качестве которых могут использоваться петли и штыри. В боковых стенках волноводов имеются отверстия малого диаметра, запредельные в исследуемом диапазоне частот для введения возмущающего тела в виде металлического штыря. Отверстия расположены таким образом, чтобы расстояние между ними было много меньше длины волны любого типа, распространяющегося в волноводе в данном диапазоне частот.
2.3. Описание измерительной установки
И
змерения
зависимости длины волны в волноводе и
постоянной затухания от частоты
производятся резонансным методом.
Схема измерительной установки показана
на рис. 2.6. Она состоит из генератора
качающейся частоты 1, индикатора
2, частотомера 3, направленных
ответвителей 4 для контроля падающей
мощности и 5 для подачи сигнала на
частотомер, исследуемых макетов 6,
7, 8, представляющих собой
закороченные с двух сторон отрезки
прямоугольного, круглого и коаксиального
волноводов, элементов возбуждения и
связи в виде петли и штыря и детекторной
головки 9, сигнал с которой поступает
на индикатор 2.
Исследуемые макеты волноводов возбуждаются от ГКЧ. Если на длине макета укладывается целое число полуволн:
то в отрезке волновода наблюдается
резонанс и амплитуда сигнала, поступающего
на индикатор, резко увеличивается
(скобки в последнем выражении указывают,
что нулевое значение индекса p
может быть только для Е-волн). Зная
частоту резонанса
и число полуволн
,
укладывающихся на длине макета, можно
определить
,
соответствующую данной частоте и по
найденным таким образом точкам построить
дисперсионную характеристику волновода,
воспользовавшись соотношениями (2.8) и
(2.5). Для определения количества полуволн
используется возмущающее тело, при
введении которого в волновод происходит
смещение резонансной частоты,
пропорциональное квадрату напряженности
электрического поля в месте расположения
тела. Помещая возмущающее тело в
различные отверстия и измеряя смещение
резонансной частоты, можно определить
число максимумов электрического поля,
т. е. число полуволн
на длине макета.
При резонансе поле в закороченном отрезке волновода имеет вид стоячей волны, т. е. функция имеет вид:
– для -волн
– для -волн
– для -волн
Для определения постоянной затухания необходимо измерить добротность резонатора, используя выражение
где
– ширина резонансной кривой на уровне
.
С другой стороны,
где
– циклическая резонансная частота;
– энергия, запасенная в отрезке волновода
(
– энергия бегущей волны, запасенная в
единице длины волновода
).
Суммарная мощность
потерь
определяется как мощность потерь в
боковых и торцевых стенках, а также
потерь на излучение через элементы
возбуждения и связи. Для минимизации
потерь связь резонатора с генератором
и детекторной головкой выбирается
максимально слабой. В этом случае
,
и этой величиной можно пренебречь.
Потери энергии в боковых стенках
вычисляют по формуле:
Следовательно,
Мощность, передаваемая по волноводу
,
пропорциональна групповой скорости и
равна
.
Для стоячей волны энергия, запасенная
в единице длины волновода
.
Таким образом, из (2.28) получаем
В первом приближении отношение
возможно считать равным отношению
площадей торцевых и боковых стенок
резонатора.