ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка предназначена для исследования явлений отражения и преломления электромагнитных волн на границах раздела сред с различными физическими характеристиками и измерения модулей коэффициентов отражения и прохождения в диапазоне частот 5,3…10,6 ГГц.

Лабораторная установка состоит из передающей части, приемной части и подставки, на которой закрепляются пластины из различных материалов (рис.3.1). Эти пластины имитируют границу раздела двух сред.

Передающая часть антенны содержит генератор СВЧ (1) и рупорную антенну (2). Можно считать, что на расстоянии 7…10 длин волн от рупорной антенны в ограниченной области пространства создается плоская электромагнитная волна. Падая под углом j на пластину (7), в зависимости от материала пластины и вида поляризации волна может:

а) полностью отразиться;

б) частично пройти сквозь пластину и частично отразиться;

в) полностью пройти сквозь пластину.

Приемная часть состоит из рупорной антенны (2), переменного аттенюатора (3), детекторной секции (4) и стрелочного индикатора (5). Переменный аттенюатор служит для регулировки мощности, поступающей на детекторную секцию от рупорной антенны. Расположенный в детекторной секции, СВЧ диод выпрямляет ток высокой частоты. После выпрямления ток диода поступает на микроамперметр постоянного тока (5). Приемная часть установки укреплена на платформе, которая может перемещаться по окружности с центром в точке 0 (рис.3.1) и, следовательно, может регистрировать как отраженную (положение а), так и прошедшую (положение б) волны.

При непосредственном присоединении рупорных антенн (2) к волноводу от генератора и аттенюатору (3) в данной установке получается нормальная (относительно плоскости падения волны) поляризация. Для получения параллельной поляризации присоединение рупорных антенн должно производиться через волноводные скрутки.

Рис. 3.1. Структурная схема лабораторной установки (1 – генератор СВЧ диапазона, 2 - рупорная антенна, 3 – переменный аттенюатор, 4 – детекторная секция, 5 – индикаторный прибор (микроамперметр), 6 – шкала отсчета углов, 7 – исследуемая пластина).

Так как передающая часть является неподвижной, то угол падения изменяется путем вращения подставки с образцом. Отсчет угла падения производится по шкале, которая поворачивается вместе с образцом. В соответствии с определением, приведенным выше, за ноль отсчета принимается направление перпендикуляра к поверхности исследуемой пластины.

Для экспериментального определения модулей коэффициента отражения и коэффициента прохождения пользуются косвенным методом с использованием переменного аттенюатора, проградуированного в децибелах. Изменяя ослабление аттенюатора, добиваясь неизменных показаний микроамперметра, определяют отношение мощностей отраженной и падающей волн при определении модуля коэффициента отражения, и отношение мощностей прошедшей и падающей волн при определении модуля коэффициента прохождения.

Рассмотрим, например, измерение модуля коэффициента отражения. При расположении приемной антенны в поле падающей волны в тракт приема аттенюатором вводят ослабление N₁ и фиксируют показание микроамперметра, которое составляет порядка 5 мкА. Затем, помещая антенну в поле отраженной волны, уменьшаю ослабление аттенюатора до величины N₂, при которой показание микроамперметра остается неизменным. Изменение ослабления N₂-N₁ равно отношению вышеуказанных мощностей, выраженному в децибелах. Так как мощности, принимаемые антенной, пропорциональны квадратам напряженностей соответствующих электрических полей, то можно записать

N₂-N₁ =10lg =20lg .

Откуда следует

. (2.13)

Определение значения коэффициента прохождения производится аналогично, а модуль коэффициента прохождения рассчитывается по формуле

, (2.14)

где N₃ – величина ослабления аттенюатора при расположении приемной антенны в поле прошедшей волны. Заметим, что применение аттенюатора позволяет избежать влияния нелинейной характеристики детектора на результаты измерений.

Следует иметь в виду, что в данной установке фронт падающей волны лишь приближенно считается плоским и волна распространяется в ограниченной области пространства. Также ввиду конечных размеров отражающих поверхностей возможны нежелательные отражения волн от их краев. Эти причины могут вызвать некоторое расхождение результатов измерений с теоретическими результатами расчета.

ЗАДАНИЕ К РАБОТЕ

4.1. Определить зависимость значений модуля коэффициента отражения от угла падения волны.

4.2. Определить зависимость значений модуля коэффициента отражения от плоского слоя диэлектрика и коэффициента прохождения через этот слой от угла падения волны.

4.3. Определить угол Брюстера.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: