Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Ed_lab

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
08.02.2019
Размер:
2.46 Mб
Скачать

МИНРОССИИБРНАУКИ

Госудаобразовательнпрофессиональногоственноеучреждениевысшегобраз

ования

«Санкт -Петербгосударсэлектротехническийргсийвенный

университетЛЭТИ“ ”имениВ..УльяЛенина( )»ова

(СПбГЭТУ)

Методическиеуказания клаборат орным работам подисципл ине

“Электродинамик а”

Санкт-Петербург ИздательствоСПбГЭТУЛЭТИ“ ”

2014

УДК53

7.8:621.385.6(07)

 

 

 

Методическиеуказаниялабораторнымрабп там

 

 

 

дисциплине

“Электродинамика” / Сост.:.

П. Зубко,

Н. Ю.Медведева , А.Г. Гага-

рин,А.Г.Алтынников

, А.В.Дроздовский.

СПб.Изд:

-воСПбГЭТУ

“ЛЭТИ”, 20

14. 32 с.

 

 

 

 

Содержатописания

лабораторпредназначенныхработ, дляозн

а-

комлениястудентовприменениемэлектродикакосновытех амикики

 

 

СВЧ.

 

 

Предстудентовляназаченыевн

огоотделения,обучающихсяпо

 

направлению 550700испециальностям071400, 200100.

Утверждено редакционно-издательскимсоветомуниверситета

вкачметодическихствеуказаний

Ó СПбГЭТУЛ“

ЭТИ”, 20 14

2

Лабораторная работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕДИСПЕ

 

РСИИВОЛН

 

 

ВОЛНОВОДЕ

И В КОАКСИАЛЬНОЙЛИНИИПЕР

 

ЕДАЧИ

 

Целиработы

. Изучениесвойствконструкцкоаксиальнойлинприи

 

 

 

 

 

я-

моугольноговолновода,такжеметизмерениядлиныикивов ны

 

 

 

 

 

 

инии

передачипараметров

 

, характеризующихрежимеёработы.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Оснположениявные

 

 

 

 

СВЧлиниейпередачиназываетсяустройство

 

 

, ограничивающееобласть

 

распространенияэлектромагнитволнСВЧдиапазонаправляющееых

 

 

 

 

 

 

потокихэлектромагэнергиивзаданапритной.номВзавленииисимости

 

 

 

 

 

 

отконструкцматериалови лин

 

ипередачиазделяютнаотдельныетипы.

 

 

 

Вданнойработеисследуютсясвойствапрям углноводаик аксльного

 

 

 

 

 

и-

альнлинии,коявляютйторыенаиболеераспространеннымиялиниямив

 

 

 

 

 

 

СВЧтехн.Этлиниипередачикеявляютсярегулярнымиих(свойстване

 

 

 

 

 

 

меняются внапраспрострвленииСВЧсигн)закрытымиланенияих(

 

 

 

 

 

 

попсечримеетзамкнутыйчноениепровконтурохватывающий, дящий

 

 

 

 

 

 

облраспространениятьэлектромагнитнойволны).

 

 

 

 

 

 

Электромагниволныраспросвнутрилинпередачиныераняющиеся

 

 

 

 

 

 

делятсяна:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- Электрическиеволны

(Е-, ТМ-, ТН-волна)

– этоэлектромагнитные

волны,векторнап яженн

 

остиэлектрическогополякоторых

 

 

имеетпопере

ч-

нуюипродольнуюсоставляющие,векторнап магнитногояженностиполя

 

 

 

 

 

 

лежитвплоскости,перпендикунапраспроствлениюярной

 

 

 

ранения.

 

- Магнитныеволны

 

(М-, ТЕ-волна)

– этоэлектромагнитныеволны

,ве к-

торнапряженности

магниполякоторыхного

 

имеетпоперечнуюодол

 

ь-

нуюсоставляющие,векторнап яженности

 

 

электрического полялежитв

 

плоскости,перпендикунапрасвлениюярной

 

 

пространения.

 

 

- Поперечныеэлектромагнитныеволны

 

(ТЕМ-волна)

– этоэле

ктромаг-

нитныеволны

,вектор а напряженностиэлектрического

 

имагнитногополяк

 

о-

торых лежатвплоскости,перпендикунапраспространениявл.ениюярной

 

 

 

 

 

 

Вобщемслучаевлинияхпередачи,

 

 

исследуемыхвданнойработе,

 

 

о-

жетсуществобесконечмножествоолнтипаатьое

 

 

 

 

Emn и Mmn (волныди

с-

перстипаонного

),отлиндексамичающихся

 

m и n, котоопркыееделяют

 

о-

личестполув,укладывающихсяолнпоперечногоутрисечелини

 

 

 

 

 

е-

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

ред.Каизчиждая

этихволнсущнестзадротвдругаисимогимеет

 

 

 

своюкритическуюдлинуволны

 

lкр.Критическаядлинаволныявляется

 

с-

новнымпара,определяющиметромвозсуществованияожностьопределе

 

 

 

н-

ноготипаввлиниилнпередачиназаданнчаст.Условиемратей

 

спростра-

ненияэлектромагнитнволныволноводесрабочейчаст той

 

lв

является

неравенство lв<lкр.Диапаздлинволн,прик длинаторыхволныбольше

 

 

 

критической,назывоблота,юттаккатьюечраспрки волнынестранение

 

 

 

 

прои.Волнуснаибольшейходитв

 

еличиной lкр называютволнойосновного

 

 

типа.

 

 

 

 

 

Следуотметить,что

 

длинаволны(

λв)влиниипередачиможе

тотл

и-

чатьсясоответдляличинсвободноготвующихпространства(

 

λ0). Еёв

е-

личинуможнопределиспомсоощтношенияью

 

:

 

 

 

lB

=

 

 

l0

 

 

 

 

 

µ -( l /

l )2

 

 

 

 

e

r

 

 

 

 

 

r

0

KP

 

 

где λ0 – длинаволнысвободномпространстве;

 

 

 

 

εr, µr – относительныед

и-

электрическмагнитнпроницаемостисреды;ая

 

 

 

 

λкр – критическаядлина

 

вовлинииныпередачи;

с – скоростьввакуумеета.

 

 

 

 

Коаксиальнаялинияпередачи.

 

 

 

 

 

 

 

Коаксиальнаялинияпередач

исостоитизкругцилиндрического

 

 

стержня,соосногокругцилойиндроболоР(.ич.еской1

 

 

 

 

 

а)Эле.

к-

тромагволраспространяюитныевпространсмеждунари жнымтвеся

 

 

 

 

 

 

 

внутпроводненним,заполненнтрикомиэлеками.Таккакоаксиал

 

 

 

 

 

 

ь-

наялинияв

ляется двухсвязлиниейпередачи,нейойарядус

 

 

 

 

Е и М-

j=0 j

 

 

 

H

 

E

H

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vф= с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

z

D

E

lв/2

 

 

 

 

а

 

б

 

 

Рис.

1.1

4

волнараспространениевозможно

ТЕМ-волны,которая

являетсяволной

основноготипадлякоаксиальнойлинии

.

 

 

ТЕМ-волнаявляетсяволнойбездисперсионноготипа,длякоторой

 

λкр

=∞и

λв = λ0. Структура поля ТЕМ-волныкоаксиальнойлинприведена

 

рис.

1.1, б.

 

 

Прямволновод.уг льный

Прямволнугольныйвод трубупрямоугольногосечения.Внеммогутраспрт волнылькостраняться дисперсионноготипа Hтn и дыкритическаядлинаволныопределяетсяпомощьюсоотношения

представляетсобоюполуюметаллическую

 

Eтn (ри с. 1.2, а). Взависимостиотпорядка

о-

λкр =

 

2

,

m2

a2 + n2 b2

 

 

где a, b – поперечнразмерыволноводае

 

; m,n=0,1,2… .

 

Наименьшуювеличинуλ

 

кр имеетволна

H10, структураполя

данной

волны приведена нарис.

1.2, б.

 

 

 

 

а

б

 

 

 

 

Рис.1.2

Метоизмерениядлиныикаволны

 

.

Дляпроведизмнеренийобхниясфоврмидл пениимороватьед

 

а-

чи стоячуюволну

.Врежиместоячейволнывдольосипереднии

ачибудут

существчередующиесяо,вкочкиваамторыхьплитудаолябудетравна

 

 

нузлы(лю),иточки,вкоторыхамплитудаолябудетмаксимальнапучн(

 

о-

 

 

 

5

сти)Рис.(1Расст.3)между. ояниеседнимипучностямиили(узлами)будет

 

 

равнятьсяполовидлиныволны( е

λв/2)Таккак.стоячаяволнапредставляет

 

собоюсуперпозициюдвухолн,распространяющихсявпротивоположных

 

 

направлениях,тодляееформирования

можно разместить впоперечномс

е-

ченииволнпроводящуюстенкукороткое( азамыкание

– КЗ)илиобраз

о-

ватьк

аком-тосечрехолжимноХХ(стого)да.

 

 

Рис.1.3

1.2. Описаниелабораторнойустановки

 

 

Блок-схемалабораторнойустановки

приведена нарис.

1.4. Вслучае

 

исследованияпрям угольноголноводаизмерительнаялинияпредставляе

 

 

т

собоюотрезокволноводаспродощесерединельширокойюнойстенки.

 

 

 

 

Вдольщелиможетпередвигатьсякареткаиндикаторнойголовкой.Индик

 

 

 

а-

торнаяголс держитпогруженныйвкачерщвволноводльззонд,кот

 

 

 

о-

ромнаводитсяЭДС,пропорциональнаянапряжен

 

ностиэлектрическогополя

 

вволноводеместераспз .Этондаложения

 

позволяетопределитьполож

 

е-

ниемаксиминимустоячейволным.умов

 

 

 

 

Коаксиальнаяизмерительнаялиниярис(.

 

1представляет.5) собойц

 

и-

линдпроводническрасположенный, междуиплоскоп

 

 

араллельными

наружнымипластинами.

Такаялинияявлбездетсяиструкт, сперсионной

 

у-

раполейвнейблизкаструполейвктуреоаксиальнойлинии.

 

 

Какивсл

у-

чаепрямвоугольноголноводафиксирполмаксимумовжеваниея

 

 

и-

нимумполястоячейв произвлны

 

одитсяпомощьюкареткисзондом,

 

е-

ремещающейсявдольлинии.

 

 

 

 

 

 

6

 

 

ВеличиныЭДСнаведенныеизмерительныйзондизмеряютсяп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о-

мощьювольтметра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор

 

 

Измерительная

 

 

 

 

 

 

Индикатор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СВЧ

 

 

 

линия

 

 

 

 

 

 

(воль тметр)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Детектор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Порядвыпработылненияк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Собрать. схему:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ соединитькабелемвыходге

 

 

нератораивходизмерительной

 

инии;

 

§ соединить кабелем выходголовкидетектора

 

 

 

 

 

 

свольтметром .

 

2Включить. генератор

 

 

 

вольтметр.Датьпрогретьсяприб

орамвтечение5

 

мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3Установи. режимработыгенератораьРучкой« .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MHz»установить

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

частоту f ,заданнуюпреподавателем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4Установить.

нужныйпредел

 

измеренияна

вольтметре.

 

 

 

5. Переизмекареткущаяритевдолиниипередачильную

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,отыскать3

– 4

максимума (иминимума)

стоячейволны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Результаты

измерений занестивтаблицу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Пропдерлациить

пп. 3 – 6 надругихчастотахзаданных( преподават

 

 

е-

лем).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Содержаниеотчета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Цельработы. .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Теоретические. сведения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3Блок.

-схеизмерений.а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Протокол измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5Графики. λ

в =

F(f)

(найденные экспериментально ирассчитанныепо

 

формулам)длякоакс

 

 

иальной линии идля прямвоугольноголновода

.

 

6. Выводы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5. Контрольныевопросы

 

1) Чтотакоедисперсия?

 

 

2) Какиетипыволнраспространяютсявпрямоугольноми

коаксиальном

волноводах?

 

 

3)Чтотакоеснмодаикритическаявнаядлинаволны?

 

4) Какимипараме

трамиопределяеткритичедлиннаволныская

л-

новедстр?ущейктуры

 

 

8

Лабораторнаяработа

2. МИКРОЛИНИИПЕРЕДОЛОСКОВЫЕ

 

АЧИ

Цели работы. Исследовамикролипниеролосковыхрйедачи

 

е-

зонаторов наихоснове

.Приобретениепрактическихнавыковработы

 

гене-

раторомкачающейсячастотыСВИП(

 

-генератором)вкомплексеиндикат

 

о-

ромКСВНиослаблений.

 

 

 

 

 

 

2.1. Оснположениявные

 

 

МикрополосковаялинияМПЛ() (

рис. 2.1, а) –

этодвухпроводная

о-

лосковаялинияпоперечнымсечениеввидепараллельныхпря,им

 

 

е-

ющая однуплоскостьсимметрии,параллельнуюнап спространвлению

 

 

е-

нияэнена(р.исгии

 

2.1, а: 1

проводящполоск, ая

2 – экранземляной(

электрод),

3 – подложкаиздиэлектрика)МПЛ.

– внастоящеевремянаи

-

ɛ1, µ1, ϭ1

 

w

 

 

y

t

1

h

ɛ2, µ2, ϭ2

 

 

 

x

 

3

 

 

2

y

 

а

 

 

 

 

E

 

 

H

t

 

 

 

 

h

 

 

x

 

 

б

Рис. 2.2

9

болееширокоп

рименяемаяСВЧ

-линияпередачиазработкем ниатю

 

р-

ныхустройств

СВЧ.

Основнымтипом

в МПЛ являетсяквази

ТЕМ-волна,

д-

накомогутбытьвозбужденыиволнывысшихтипов.Структураполявпоп

 

 

е-

речномсеченииМПЛпокриса. зана

 

 

2.1, б.

 

 

Однойизважнейшиххар

 

актеристикМПЛявляетсяволновоесопр

 

о-

тивление,опредгеометрляемоеразмерамлиндиэлектриччески ми

 

 

е-

скойпроницаемостьюподл.Длянулевойжкилосоктолщины

 

(t/h→0)

 

при соотношении w h <1

 

 

 

Z0 =

при соотношении wh ³1

60

εэф

é

æ

8h ö

+

1 æ

êln ç

 

÷

 

ç

 

 

ê

è

w ø

 

8 è

ë

 

 

 

 

 

 

w ö2 ù 2h ÷ø úú;

û

 

Z0 =

 

120π / ε

 

эф

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w/ h + 2.42 - 0.44h+/ w (1- h / w)6

 

 

 

 

 

 

 

 

где t – толщинамикрополоска;

 

h – толщинадиэлектрика;

 

w – ширинамикр

о-

полоска;

εэф – эффективнаядиэлектрпрон.Встатичеческаяцаемоскомть

 

 

 

 

 

 

случае ε

= ( ε +1)

+2

(- ε

-1/ 2

. Следуотметить,чтоэффе

 

к-

+1)(1 h 10w / )

 

 

 

эфr

r

 

 

 

 

 

 

 

 

тивнаядиэлектрпронопричцаемостьраспрскаяделяэнеделениемтся

 

 

 

 

 

р-

гиираспространяющейсяэлектромагнитнойволнымеждудиэлектрической

 

 

 

 

 

 

подложкойсотносительнойпроницаемостью

 

 

 

 

εr ивоздушнымпространством.

 

Соответственно,значения

 

εэф лежатвпределахот

 

 

εr до1.

 

 

 

Однимизпростейших

 

 

втожевремя

 

важнэлеСВЧйшихментов

-схем

наосноявляетсяМПЛмикропрезМПРо(),лосковыйнаторпредставля

 

 

 

 

 

 

ю-

щийсобойотрезокМПЛрезонадлинснойы

 

 

 

 

 

l. Такиерезонаторыпримен

я-

ювтехникесяСВЧвкачаствеотно

 

 

 

-селективныхичастотозадающих

 

элементовгенераторахиразличныхсистемахвязи.

 

 

 

 

 

Пок нструкцииМПР

 

делятся на короткозамкнутыеи

на разомкнутыенаконце.Короткозамкнутые

 

наконцахМПРиспользуютсяредкоиз

 

 

-затехнолтрудностейгическихбе

 

с-

печениякороткогозамык

 

аниямеждупроводникамиМПЛ.Нарис.

 

 

 

 

2.2 пока-

занпример

простейшего линейногоразомк

 

нутнакоМПРгонцах

 

.Основн ы-

михарактерисрезонаявляютсярезонанснаяикорчастотами

 

 

 

 

 

 

f0 идобро

т-

ность Q.Экспериментальноэтихарактеристикимогутбытьполучены

 

 

 

 

 

нао

с-

нове измехаренияактеристикпередачизонатора.Резонанснаячастота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете Электродинамика