«ДОСЛІДЖЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРОМАГНИТНИХ ХВИЛЬ В ПРЯМОКУТНОМУ ХВИЛЕВОДІ»
по дисциплінах «Технічна електродинаміка »
для студентів денного та заочного навчання
Бакалаврський напрям 6.050903
Вінниця 2007
Дослідження основних параметрів електромагнітних хвиль в хвилеводі
Мета роботи - придбання навичок теоретичного та експериментального визначення основних параметрів хвилеводних ліній передачі, дослідження дисперсійних властивостей прямокутного хвилеводу з поперечно-електричними хвилями типу ТЕ(Н), а також подовжнього розподілу електричної складової електромагнітного поля.
Зміст роботи
1.1 Ознайомитись зі схемою експериментальної установки, вивчити конструктивні особливості хвилеводних ліній передачі, їх пристроїв та елементів, а також їх переваги і недоліки.
1.2 Засвоїти основні параметри прямокутних хвилеводних ліній передачі, їх фізичну сутність та методи вимірювання, а також розподіл структури поля і струмів при хвилі Н10
1.3 В режимі короткого замикання (КЗ) виміряти залежність довжини хвилі в хвилеводі (λв) від частоти генератора (частотний проміжок надається викладачем).
1.4 На тій же частоті визначити коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ) ρ в режимах узгодженого навантаження та вільного простору.
1.5 Виконати вимірювання залежності довжини хвилі в хвилеводі (λв) і визначити коефіцієнт стоячої хвилі (ρ) від частоти генератора згідно п. 1.3, 1.4 на всьому проміжку.
1.6 На одній із частот генератора (проміжку, що використовується) визначити картину розподілу поперечної складової електричного поля вздовж вісі хвилеводу (ЕУ=F(z)) для режиму короткого замикання, узгодженого навантаження та вільного простору.
1.7 За отриманими результатами виконати розрахунки основних пара метрів хвилеводної лінії передачі при хвилі Н10, а також теоретичні розрахунки λв, λф, υгр, υф.
ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Переваги хвилеводних ліній передачі і їх основні характеристики
В діапазоні сантиметрових та міліметрових хвиль лінії передач строяться на основі прямокутних і круглих хвилеводів (рис. 2.1 а, б).
Переваги хвилеводів в порівнянні з звичайними передавальними лініямизаключається в слідуючому:
1. Хвилеводи володіють найбільшою простотою і жорсткістю конструкції, а також однорідні по всій довжині;
2. Відсутністю потреб на випромінення, так як електромагнітне поле цілком замкнене всередині труб;
3. В зв'язку з відсутністю внутрішнього провідника відпадає необхідність введення підпор, що виключає втрати в діелектрику;
4. Втрати в стінках хвилеводу значно менші (питома провідність σ → ¥) ніж в провідникових та коаксіальних лініях;
5. Електрична міцність хвилеводу значно вища, ніж у звичайних ліній, так як збільшений шлях можливого електричного пробою в області максимальної напруженості електричного поля.
Рис. 2.1 Розподіл електричних та магнітних складових в
прямокутному (а) і круглому (б) хвилеводах
Найбільш широке застосування знаходять прямокутні хвилеводні лінії передачі. В таких лініях можуть розповсюджуватися як поперечно-магнітні ТМ(Е), які мають поздовжню складову електричного поля (Еz ¹ 0, Нz = 0), так і поперечно-електричні ТЕ(Н), які мають поздовжню складову магнітного поля (Еz = 0, Нz ¹ 0). Крім того в цих лініях фазова групова складові швидкості та швидкість розповсюдження сигналу не рівні між собою. В лініях має місце дисперсія - фазова швидкість розповсюдження залежить від частоти.
Основними характеристиками хвилеводних ліній передач є: коефіцієнт розповсюдження γ; коефіцієнт фази β; коефіцієнт затухання α; довжина хвилі в хвилеводі λв; фазова υф та групова υгр швидкості; хвильовий опір поперечно-магнітних ZЕ і поперечно-електричних ZН хвиль.
Слід відмітити, що в практиці найбільш широке застосування мають поперечно-електричні хвилі, особливістю яких є найбільша критична довжина хвилі.