Лабы / 10
.docxФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ
(МТУСИ)
Лабораторная работа №10
Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе
Москва 2016
Цель работы: в данной работе необходимо изучить структуру поля волны H10 в прямоугольном волноводе и рассчитать параметры этой волны, а также необходимо овладеть методикой измерения основных характеристик волны H10 в прямоугольном волноводе.
Рис.1. Структурная схема установки
Расчётная часть
№ варианта |
f, ГГц |
Металл, из которого изготовлен волновод |
||
Вариант 1 |
Вариант 2 |
Вариант 3 |
||
12 |
0,8 |
Серебро |
Медь |
Латунь |
1) Сформулировать условия, которым должны удовлетворять поперечные размеры прямоугольного волновода для создания в нем на заданной частоте одноволнового режима работы и выбрать соответствующий этим условиям стандартные волноводы.
Условие обеспечения одноволнового режима:
где λ – длина волны, определяема по формуле:
где с – скорость света, а f – частота волны, тогда:
187.5 мм < a < 375 мм
b < 187.5 мм
Выберем, удовлетворяющие этим условиям, волноводы:
2) Для выбранных в пункте 1 прямоугольных волноводов рассчитать на заданной частоте коэффициент затухания, обусловленный потерями в стенках волноводов (при расчете считать, что волноводы заполнены идеальным диэлектриком с εr=1, μr=1, и стенки волноводов выполнены из металла, указанного в таблице 1, вариант 1). По результатам расчетов выбрать волновод, обеспечивающий минимальное значение коэффициента затухания.
Константы:
Коэффициент затухания α будем рассчитывать по формуле:
где: RS – поверхностное сопротивление, равное:
ZC – сопротивление вакуума, равное:
Волновод № 36 с размерами 330*165 мм обеспечивает минимальный коэффициент затухания.
3) Для выбранного в пункте 2 волновода рассчитать основные параметры волны Н10 на заданной частоте (таблица 1), причем коэффициент затухания следует рассчитать для двух остальных типов металлов, указанных в таблице 1.
Критическая длинна волны:
Продольное волновое число:
Длинна волны в волноводе:
Характеристическое сопротивление:
Фазовая скорость:
Скорость распространения энергии:
Коэффициент затухания:
Для серебра (σ=6,1*107 См/м)
Для меди (σ=5,8*107 См/м)
Для латуни (σ=2,41*107 См/м)
Эксперимент
Измерим зависимость амплитуды напряженности электрического поля от координаты x в поперечной плоскости волновода.
x, мм |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
42 |
I, мкА |
0 |
7 |
6 |
7 |
12 |
13 |
12 |
9 |
8 |
7 |
Рис.2
Измерим зависимость амплитуды напряженности электрического поля от координаты z в плоскости x=a/2 в режиме стоячей волны.
z, мм |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
I, мкА |
0 |
12 |
48 |
64 |
76 |
96 |
92 |
65 |
49 |
16 |
0 |
Рис.3
При f=3000 МГц, λ=90 мм.
При f=3100 МГц, λ=85 мм.
Выводы
В ходе эксперимента мы поняли, что напряженность электрического поля зависит от координаты x и координаты z, а также что длинна волны зависит от частоты.