- •Электродинамика
- •1. Исследование электрофизических свойств материалов в микроволновом диапазоне
- •1.1. Основные теоретические положения
- •1.1.1. Электрофизические свойства диэлектриков
- •1.1.2. Электрофизические свойства магнетиков
- •1.1.3. Электрофизические свойства гиротропных сред
- •1.2. Объекты измерений
- •1.3. Методика измерений
- •1.3.1. Измерение диэлектрической проницаемости
- •1.3.2. Измерение магнитной проницаемости феррита
- •4.3.3. Описание измерительной установки
- •1.4. Задание по лабораторной работе
- •1.4.1. Предварительное задание
- •1.4.2. Основное задание
- •1.4.3. Дополнительное задание
- •1.5. Содержание отчета
- •1.6. Контрольные вопросы
- •2. Исследование электромагнитных волн в волноводах
- •2.1. Основные теоретические положения
- •2.2. Описание объекта наследований
- •2.3. Описание измерительной установки
- •2.4. Задание по лабораторной работе
- •2.4.1. Предварительное задание
- •2.4.2. Основное задание
- •2.4.3. Дополнительное задание
- •2.5. Содержание отчета
- •2.6. Контрольные вопросы
- •3. Исследование замедляющих систем
- •3.1. Основные теоретические положения
- •3.1.1. Параметры замедляющих систем
- •3.2.2. Измерение характеристик и параметров зс
- •3.2. Описание исследуемого макета зс
- •3.3. Описание измерительной установки
- •3.4. Задание по лабораторной работе
- •3.4.1. Предварительное задание
- •3.4.2. Основное задание
- •3.4.3. Дополнительное задание
- •3.5. Содержание отчета
- •3.6. Контрольные вопросы
- •4. Исследование объёмных резонаторов
- •4.1. Основные теоретические положения
- •4.1.1. Параметры объемных резонаторов
- •4.1.2. Методы измерения параметров полых резонаторов
- •4.2. Описание объекта исследований
- •4.3. Описание измерительной установки
- •4.4. Задание по лабораторной работе
- •4.4.1. Предварительное задание
- •4.4.2. Основное задание
- •4.5. Содержание отчета
- •4.6. Контрольные вопросы
- •1. Особенности измерений в микроволновом диапазоне
- •2. Исходные данные для выполнения предварительного задания
- •Размеры замедляющей системы типа «цепочка связанных резонаторов»
- •Список рекомендованной литературы
- •Оглавление
- •1. Исследование электрофизических свойств материалов в микроволновом диапазоне 5
- •1.1. Основные теоретические положения 5
- •1.1.1. Электрофизические свойства диэлектриков 5
- •2.1. Основные теоретические положения 25
- •3.1. Основные теоретические положения 41
- •4.1. Основные теоретические положения 56
- •Электродинамика
- •197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
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.