Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра радіотехнічних систем

Методичні вказівки

до розрахунково – графічної роботи з дисципліни

“Електродинаміка та поширення радіохвиль”

О деса ОНПУ 2007

Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра радіотехнічних систем

Методичні вказівки

до розрахунково – графічної роботи з дисципліни

“Електродинаміка та поширення радіохвиль”

для студентів спеціальностей

7.090701 – "Радіотехніка";

7.090702 – "Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси";

7.090703 – "Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення".

Затверджено

на засіданні кафедри РТС

Протокол №10 від 21.04.07

О деса ОНПУ 2007

Методичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з дисципліни "Електродинаміка та поширення радіохвиль" для студентів спеціальностей 7.090701 – "Радіотехніка"; 7.090702 – "Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси"; 7.090703 – "Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення" денної форми навчання /Укл.:Яні В.Ф. – Одеса, ОНПУ, 2007. – 30 с.

Укладач: Яні В.Ф., ст.викладач

Зміст

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РГР________________________________5

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 1

Кафедра радіотехнічних систем 1

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 2

Кафедра радіотехнічних систем 2

Зміст 4

1. СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ 6

2. УМОВИ ЗАДАЧІ 10

3. ТИПОВИЙ ПРИКЛАД РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАДАЧІ 12

4. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 27

Додаток A 28

1. 

Загальна характеристика ргр

Метою РГР є оволодіння основними методами дослідження структури поля в хвилеводних пристроях НВЧ.

РГР носить комплексний характер і складається з трьох завдань.

В першому завданні на основі аналізу виразів для складових векторів напруженості електричного та магнітного полів необхідно дати відповідь на запитання – якими хвилями ( типу “ Е”чи “Н” ) утворюється поле в хвилеводі, знайти проекції векторів Е і Н на осі координат в данній точці простору в даний момент часу, а також визначити напрямок подачі енергії в хвилеводі.

В другому завданні необхідно на підставі теоретичног матеріалу,

який наведений в методичних вказівках до РГР, розрвхувати параметри хвиль, що поширюються в хвилеводах 1 та 3,зобразити структуру поля цих хвиль у поперечному перерізі хвилеводу, вказати діапазон у якому може поширюватись хвиля в хвилеводі 1, а також побудувати графіки залежності фазової та групової швидкості в хвилеводі 3 від частоти.

В третьому завданні на підставі вхідних даних, які наведені в таблиці віріантів, необхідно зобразити принципову схему досліджуваного хвиле водного пристрою та описати принцип дії кожного з вузлів. Призначення вузлів ( А,В,С,Д,Е ) наведено в таблиці варіантів. Принцип їх дії можна знайти в списку літератури, а умовно графічне позначення – в додатку А.

Захист кожного із завдань відбувається відповідно на 4,8 та 12 тиждні.

Підсумковий захист РГР – на 14 тиждні.

1. Стислі теоретичні положення

Як відомо, усі існуючі типи хвиль, що можуть поширюватись у прямокутному хвилеводі, можна поділити на електрично-поперечні (ТЕ, або Н - хвилі) та магнітно-поперечні (ТМ, або Е-хвилі), тобто хвилі типу та . Індекс m означає кількість стоячих півхвиль, які укладуються на широкій стінці хвилеводу (розмір її – а мм), a індекс n – кількість таких півхвиль по вузькій стінці хвилеводу (її розмір – b мм).

Для хвиль Нmn складові поля описують виразами [2, с. 33]:

(1.1)

(1.2)

де – амплітуда джерела коливань;

- стала поширення;

- хвильове число.

З іншого боку стала поширення зв’язана з критичною довжиною хвилі ( ) відношенням:

(1.3)

- критична довжина хвилі;

- довжина хвилі у вільному просторі;

- критична частота хвилі;

- довжина хвилі у хвильоводі;

- швидкість світла, яка дорівнює .

Критичну довжину хвилі можна визначити по формулі:

(1.4)

Основним видом хвилі у прямокутному хвилеводі є такий, що поширюється при найнижчій робочій частоті (найбільшій довжині ). Таким типом хвилі є хвиля , у якої

Амплітуда джерела коливань залежить від площіни поперечного перерізу хвилевода ( ), хвилевого опору джерела ( ) та потужності джерела коливань ( ) і описується виразом:

(1.5)

У свою чергу хвилевий опір дорівнює:

(1.6)

Фазова швидкість поширення хвиль визначається як:

(1.7)

Групову швидкість поширення визначають по формулі:

(1.8)

В прямокутному хвилеводі найнижчим типом коливань Е-хвиль є хвиля . Хвилі типу та неможливі.

Для хвиль складові поля визначаються по слідуючим формулам [2,с.37]:

(1.9)

(1.10)

Вирази для та для Е-хвилі визначаються по формулам (1.3)...(1.8).

Для відображення структури хвиль типа необхідно повторити структуру поля хвилі по осі Х m разів, якщо через кожний раз міняти напрямок силових ліній напружності поля.

Структура поля хвиль утворюється простим поворотом попередніх відображень хвиль на тобто переміною осей X та Y.

Структура полів Е-хвиль в прямокутному хвилеводі є багатократним повтором поля хвилі , якщо сторону а поділити на m частин, а сторону b – на n частин та через відповідні точки провести прямі, які паралельні сторонам прямокутника. Таким чином прямокутний пeреріз хвилевода разіб’ється на mn однакових прямокутників, в якіх структура поля повторюється. Деякі структури полів хвиль типу Е та Н представлені на рис. 1.1 та рис. 1.2:

Р

ис. 1.1.

Рис. 1.2.