СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Установка позволяет определить вид амплитудного распределения поля вдоль волновода, длину волны в волноводе и комплексное сопротивление нагрузки. Структурная схема установки приведена на рис.4.1.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Расчётная часть к первому заданию

5.1.1. Рассчитать по размерам поперечного сечения волновода верхнюю l_в и нижнюю l_н границы одноволнового режима и соответствующие им частоты f_в и f_н.

5.1.2. Определить среднюю длину волны l=(l_в+l_н)/2 и частоту f=(f_в+f_н)/2 одноволнового режима.

5.1.3. Выбрать два значения частоты генератора f₁, f₂ (но не на краях диапазона) для создания одноволнового режима в волноводе.

5.1.4. Рассчитать значения длин волн в волноводе L₁, L₂ с воздушным заполнением, соответствующие частотам f₁, f₂.

Порядок проведения эксперимента на первом занятии

Построение амплитудных распределений при короткозамыкающей и согласованной нагрузках. Измерение длины волны в волноводе

5.2.1. Включить генератор и дать ему прогреться в течение 10…15 минут.

5.2.2. Установить в волноводе режим стоячей волны, для чего к выходу измерительной линии подключить короткозамыкающую нагрузку.

5.2.3. Настроить измерительную линию на частоту генератора при помощи перемещения короткозамыкающих поршней в измерительной головке линии, добиваясь максимального показания индикаторного прибора. При отсутствии показаний индикаторного прибора изменить местоположение головки на измерительной линии и настройку повторить.

5.2.4. Перемещая головку вдоль измерительной линии (изменяя координату z), снять амплитудное распределение поля в волноводе a=j(z), то есть зависимость показаний индикаторного прибора a от расстояния z.

5.2.5. Изменяя частоту генератора f₁ на f₂, повторить операции 5.2.3 и 5.2.4. Результаты измерений занести в таблицу типа табл. 5.1.

Таблица 5.1

Результаты экспериментального определения вида амплитудного распределения при ……………… нагрузке

5.2.6. По результатам измерений построить графики амплитудного распределения поля в волноводе a=j(z).

5.2.7. Определить экспериментально значения длин волн в волноводе L₁, L₂ и сравнить их с рассчитанными значениями.

5.2.8. Установить на выходе измерительной линии согласованную нагрузку вместо короткозамыкающей нагрузки и снять амплитудное распределение аналогично пункту 5.2.4. Результаты измерений занести в таблицу типа табл. 5.1 и построить график амплитудного распределения.

5.2.9. Сделать выводы.

Расчётная часть ко второму занятию

5.3.1. Рассчитать значение волнового сопротивления волновода с воздушным заполнением.

5.3.2. Для частоты, заданной преподавателем, рассчитать значения длин волн в прямоугольном волноводе с различным диэлектрическим заполнением. Значения относительных диэлектрических проницаемостей e применяемых диэлектриков приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Значения относительных диэлектрических проницаемостей диэлектриков

Порядок проведения эксперимента на втором занятии

Измерение и расчёт значений нормированного сдвига и коэффициента бегущей волны, необходимых для определения полного сопротивления нагрузки

5.4.1. Для частоты f₂ определить координаты всех узлов амплитудного распределения в режиме стоячей волны. Данный пункт выполняется, если после выполнения пунктов 5.2.1…5.2.4 генератор выключался.

5.4.2. Определить длину волны L в волноводе.

5.4.3. Подключить к выходу измерительной линии реактивную нагрузку, предварительно отключив короткозамыкающую или согласованную нагрузку.

5.4.4. Определить координаты узлов z_{min р.н.} амплитудного распределения в волноводе для трёх положений L короткозамыкающего поршня.

5.4.5. Определить значения К_БВ в волноводе при короткозамыкающей и реактивной нагрузках.

5.4.6. Определить величину и направление сдвига Dz – расстояния между ближайшим узлами амплитудных распределений при реактивной и короткозамыкающей нагрузках (для трёх положений короткозамыкающего поршня L). Направление сдвига определяется относительно координаты узла при коротком замыкании.

5.4.7. Отнормировать значения Dz к длине волны L в волноводе.

5.4.8. Результаты измерений и расчётов занести в таблицу типа табл. 5.3.

Таблица 5.3

Результаты экспериментального исследования

Определение полного сопротивления нагрузки

5.5.1. По известным значениям Dz/L и К_БВ с помощью диаграммы полных сопротивлений (диаграммы Вольперта) определить нормированные значения составляющих комплексного сопротивления нагрузки. Методика определения приведена в разделе 2 описания настоящей лабораторной работы.

5.5.2. Определить значение комплексного сопротивления волноводной нагрузки.

5.5.3. Сделать выводы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

Отчёт должен содержать:

6.1. Структурную схему лабораторной установки.

6.2. Расчёт диапазона частот одноволнового режима.

6.3. Результаты расчёта длин волн в волноводе.

6.4. Амплитудные распределения поля в волноводе в виде таблиц и графиков.

6.5. Результаты определения комплексного сопротивления нагрузки.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Нарисуйте коаксиальную линию, прямоугольный и круглый волноводы ([1] §13.1, [2] §3.1, §4.1, §5.1, [3] §19.1, §19.11, §19.19).

7.2. По какому признаку классифицируются направляемые электромагнитные волны? Какие направляемые электромагнитные волны называются поперечными (Т), какие – электрическими (Е), а какие – магнитными (Н)? ([1] §13.2, [2] §2.7, [3] §17.3).

7.3. Какие классы направляемых электромагнитных волн могут существовать в коаксиальной линии, а какие – в волноводах? ([1] §13.5, [3] §17.3).

7.4. Что называется длиной волны? ([1] §13.4, [3] §18.2).

7.5. Что называется критической частотой (или критической длиной волны) направляющей системы? При каком соотношении рабочей частоты (рабочей длины волны) и критической частоты (критической длины волны) волна определённого типа будет распространяться по волноводу? ([1] §13.4, [2] §2.4, §3.7, [3] §18.2).

7.6. Напишите выражение для длины волны в волноводе ([1] §13.4, [3] §18.2).

7.7. Какая волна называется основной (низшей) волной направляющей системы? ([1] §14.1, §14.2, §14.4, [2] §2.7, [3] §18.8)

7.8. Нарисуйте график распределения напряжённости электрического поля вдоль прямоугольного (коаксиального) волновода при следующих видах нагрузок: короткое замыкание; согласованная нагрузка; комплексная нагрузка ([1] §16.1, §16.2, [2] §7.1, [3] §21.2).

7.9. Объясните принцип действия измерительной линии ([2] §8.7).

7.10. Объясните смысл коэффициентов К_БВ, К_СВ. Как связаны между собой модуль коэффициента отражения, К_БВ, К_СВ? ([2] §7.1, [3] §21.2).

7.11. Разъясните понятие «критическая длина волны» волновода ([1] §13.4, [3] §18.2).

7.12. Каково условие одноволнового режима в прямоугольном (коаксиальном) волноводе? ([1] §14.4, §15.7, [2] §4.4).

7.13. В чём преимущества одноволнового режима? ([1] §14.4, §15.7, [2] §4.4).

7.14. Разъясните понятие «основная волна» волновода ([1] §14.1, §14.2, §14.4, [2] §2.7, [3] §18.8).

7.15. Нарисуйте структуру поля основной волны в прямоугольном волноводе ([1] §14.1, [2] §3.5, [3] §19.6).

7.16. Нарисуйте структуру поля основной волны в коаксиальном волноводе ([1] §14.4, §15.7, [2] §4.4).

7.17. Объясните, почему длина волны в прямоугольном волноводе больше, чем в свободном пространстве ([1] §14.4, §15.7, [2] §4.4).

7.18. Как изменится длина волны в волноводе при изменении его диэлектрического заполнения? ([1] §14.4, §15.7, [2] §4.4).

7.19. Нарисуйте и объясните зависимость фазовой и групповой скоростей от длины волны для основной волны в прямоугольном волноводе ([1] §14.4, §15.7, [2] §4.4).

7.20. Где на круговой диаграмме полных сопротивлений шкалы модуля коэффициента отражения, К_БВ, К_СВ? ([1] §16.4, [2] §7.3).

7.21. Приведите методику определения полного сопротивления нагрузки по круговой диаграмме полных сопротивлений (диаграмме Вольперта) ([1] §16.4, [2] §7.3).

7.22. Как можно определить значение К_БВ по круговой диаграмме полных сопротивлений, если известно значение комплексного нормированного сопротивления нагрузки? ([1] §16.4, [2] §7.3).

ЛИТЕРАТУРА

1. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 1971.

2. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. – М.: Высшая школа, 1970.

3. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 1978.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВОДНОГО

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: