МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ



Кафедра ТЭ РЭО ВТ

Лабораторная работа № 1
по дисциплине: «электродинамика и распространение радиоволн»

по теме:

«исследование работы волноводной линии передачи»

2023

Цель работы – экспериментальное определение параметров, характеризующих электромагнитную волну в волноводе (????_В, ʋ_ф, ʋ_гр).

1. Описание установки и ее схема

Установка для проведения эксперимента представлена на рисунке 1.



6 7



1 2 3 4 5 8

Рисунок 1 – Функциональная схема установки:

1 – генератор с эталонным аттенюатором – 2; 3 – вентиль или аттенюатор; 4 –

волноводная линия передачи; 5 – измерительная линия; 6 – усилитель с индикатором; 7 –

детекторная секция (головка); 8 – исследуемый элемент

2. Экспериментальная часть

Определил длину волны в волноводе при заданном значении частоты. Нашел длину волны в волноводе по следующей зависимости: ????_В = (????₂ − ????₁) ∙ 2; где ????₂ и ????₁ – расстояния до наблюдаемых максимумов.

Таблица 1. Экспериментальные значения

Частота генератора f, МГц	Расстояние до первого максимума ????1, мм	Расстояние до второго максимума ????2, мм	Длина волны в волноводе (экспериментальная) ????В, мм
7900	28	64	(64 − 28) ∙ 2 = 72
8100	10	40	(40 − 10) ∙ 2 = 60
8400	25	53,5	(53,5 − 25) ∙ 2 = 57

Нашел теоретические значения длин волн волноводе, а также значения фазовых и групповых скоростей. В прямоугольном волноводе основной волной является волна ????

---

₁₀ (????_кр = 2????), где ???? – наибольший поперечный размер сечения волновода. В нашем случае ???? = 24 мм, следовательно, ????_кр = 48 мм.

1)Расчет теоретической длины волны волновода.

Формула для расчета:

;

; .

2)Расчет фазовой и групповой скоростей.

Формула для расчета фазовой скорости:

;

; .

Формула для расчета фазовой скорости:



≈ 1,84 ∙ 10⁸ м/с < с;



;





Критическая частота: .

По результатам расчетов построил графики зависимости длины волны (теоретические и экспериментальные значения) и значений фазовой и групповой скоростей от частоты (см. Рисунки 2 и 3).



Рисунок 2 – Зависимость длины волны в волноводе от частоты генератора



Рисунок 3 – Зависимость групповой и фазовой скоростей от частоты генератора

3. Вывод

При приближении частоты генератора к критической

---

, групповая скорость уменьшается и в пределе стремится к нулю, а фазовая скорость увеличивается и в пределе стремиться к бесконечности.

При приближении частоты генератора к критической длина волны возрастает и в пределе стремится к бесконечности.

Ответы на вопросы:

1. 
   Какие типы волны могут существовать в волноводе, и в каком смысле мы называем их независимыми? Волны, имеющие составляющую электрического поля вдоль направления распространения и не имеющие магнитной, относятся к Е – типу, и наоборот, волны, имеющие магнитную составляющую вдоль направления распространения и не имеющие электрической, относят к Н – типу. В волноводах могут наблюдаться: бегущие, стоячие и смешанные волны в зависимости от наличия большого или меньшего отражения на конце волновода. Режим работы линии характеризует коэффициент бегущей волны КБВ, принимающий значения от 1(бегущая волна) до 0 (стоящая волна).
   

2. 
   На что указывают цифры индексов в названии типа волн? Каждый тип волны обозначается соответствующей буквой с индексом из двух цифр E_mn и H_mn, где m – 0, 1, 2, 3… и n – 0, 1, 2, 3,..., показывающим число стоящих полуволн вдоль большей и меньшей сторон поперечного сечения волновода. Таким образом, по названию можно определить соответствующую ей структуру поля.
   
3. 
   Что понимается под дифференциальным волновым сопротивлением? Волновое сопротивление образуется благодаря взаимодействию противоположных (инверсных) сигналов в двух параллельно расположенных печатных проводниках, которые могут взаимодействовать с одной или двумя плоскостями. Что следует из того, что величина его действительная? При действительном значении h=h сдвиг по фазе отсутствует, поля синфазны. Когда h комплексная величина, то фазовый сдвиг лежит в пределах 0^ < j < 90^.
   
4. 
   Какие режимы могут быть в волноводе и условия их возникновения? Режимы работы волновода: критический режим, В этом режиме распространение энергии по волноводу не происходит, а электромагнитное поле колеблется в поперечном сечении; докритический режим, основной рабочий режим для передачи информации; закритический режим, Электромагнитная энергия по волноводу не может распространяться, а все составляющие поля пропорциональны  .(они резко убывают по экспоненте в пределах длины волны.
   
5. 
   Запишите выражения для поля бегущей волны? Бегущими волнами называются волны, которые переносят в пространстве энергию. Перенос энергии в волнах количественно характеризуется вектором плотности потока энергии. Этот вектор для упругих волн называется вектором Умова  (xt)=Acos(t-x/v)
   
6. 
   Что называется коэффициентом фазы? Коэффициентом затухания? Коэффициент  называют постоянной распространения; в нем α – коэффициент затухания, β – коэффициент фазы. Коэффициент затухания α характеризует затухание падающей волны на единицу длины линии (на 1 км), а коэффициент фазы β – изменение фазы падающей волны на единицу длины линии
   
7. 
   От чего зависит критическая частота данного типа волны в волноводе? Критическое волновое число зависит от формы и размера поперечного сечения волновода, а также от класса и типа волны. Соответственно fкр зависит от типа волновода, его поперечных размеров и от типа волны. Критическая частота fкр определяется из равенства, откуда следует, что fкр будет зависеть также от среды, заполняющей волновод. Укакого типа волны _кр наименьшая? Самая низкая критическая частота — у волны Н₁₀ (λ_кр = 2a); для волн других типов критические длины меньше. Для волны Н₂₀ критическая длина λ_кр = а, т. е. вдвое короче, чем для волны Н₁₀. Что понимается под _кр? Наименьшая частота, при которой возможно распространение данного типа волны в линии передачи.
   
8. 
   Что понимается под фронтом волны? Фронтом волны (или волновым фронтом) называется геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t. Фронт волны представляет собой ту поверхность, которая уже вовлечена в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли. Под фазовой скоростью? Это скорость, с которой волна распространяется в некоторой среде. Это скорость, с которой движется фаза любой частотной составляющей волны Групповой скоростью? Это скорость, с которой общая огибающая амплитуд волны, известная как модуляция или огибающая волны, распространяется в пространстве. Длинной волны в волноводе? Под данным термином понимают, расстояние между двумя ближайшими точками вдоль оси волновода, фазы колебаний которых отличаются на 2.
   
9. 
   Нарисуйте графики зависимости v_a v_гр _в от частоты?
   
10. 
    Чем хорош одноволновый режим и какая волна допускает его? Как выбрать для этого поперечные размеры волновода? Одноволновым режимом работы линии передачи называют режим, при котором передача энергии производится только одним типом волны, причём обычно используется основная волна, имеющая наибольшую  . Для обеспечения одноволнового режима работа во всем используемом диапазоне длин волн    необходимо, чтобы выполнялись неравенства:    и  Для указанной рабочей частоты f = 2,5 ГГц имеем т. е.   , откуда получаем следующие требования к размерам волноводов:   и   , т. е.   и   (мм)
    

---

11. 
    Как изменятся размеры «а» и «в» если допустить работу в докритическом режиме с волной высшего типа? При выборе размеров поперечного сечения волновода с основной волной исходят из условий, при которых волна Н10 находится в докритическом режиме, а высшие типы волн, в частности Н20 и Н01, находятся в закритическом режиме. Из этих условий следуют неравенства: 0,5l < a < l; b < 0,5l.
    
12. 
    Зачем вводится понятие нормированной к волновому сопротивлению нагрузки? Отношение полного нормированного напряжения к полному нормированному току называется полным нормированным сопротивлением устройства (нагрузки).
    
13. 
    Зачем надо согласовывать линию передачи и какие нежелательные явления сопровождают плохое согласование? Включение в линию согласующего элемента преследует следующие цели: увеличение мощности, передаваемой в нагрузку; увеличение электрической прочности линии; увеличение КПД линии; устранение вредного влияния отраженной волны на генератор.
    

В случае отсутствия согласования нагрузки с линией передачи часть энергии отражается, что обуславливает потери на отражение Lотр , которые измеряют в децибелах. Наличие дополнительных потерь приводит к возрастанию шума, поскольку коэффициент шума (или шумовая температура) пассивного четырехполюсника пропорционален потерям L.

14. 
    Что понимается под к.п.д. линии и чему он равен? Коэффициент полезного действия равен отношению мощностей в начале и конце линии:Он представляет собой линейную функцию тока. При холостом ходе, когда I = 0, он равен единице (нет передачи энергии – нет потерь). При коротком замыкании вся передаваемая мощность теряется в линии, и КПД равен нулю.
    

15. 
    Что понимается под узкополосным и широкополосным согласованием? В случае узкополосного согласования, режим бегущей волны достигается на единственной расчетной частоте. При отклонении частоты от расчетной возникает рассогласование и наблюдается снижение КБВ. Полоса частот, для которых КБВ превышает установленное допустимое значение   (например 0,7), называется полосой частот согласования  . При узкополосном согласовании полоса частот не контролируется при расчете номиналов элементов согласующего устройства и определяется путем поверочного расчета или экспериментально лишь после нахождения номиналов согласующих элементов.
    
16. 
    Какая цель ставится при широкополосном согласовании? При широкополосном согласовании (в отличие от узкополосного) подбор номиналов реактивного согласующего устройства производят таким образом, чтобы достичь одной из двух целей:
    

---

1) получить максимальное значение КБВ в заданной полосе частот;

2) получить максимальную полосу частот согласования при выбранном значении допустимого КБВ. Какие виды этого типа согласования Вам известны? широкополосные частотные компенсаторы; ступенчатые трансформаторы; плавные переходы или неоднородные линии.

17.Как работает (1/4) _в трансформатор? Как его надо включать в линии? Чему должно быть равно его волновое сопротивление? Четвертьволновый трансформатор – устройство, представляющее собой четвертьволновый отрезок линии с волновым сопротивлением, включенным в разрыв основной линии передачи. Для согласования несимметричных линий передачи с симметричными антеннами часто используются четвертьволновые отрезки, закороченные на одном конце, включенные параллельно с фидером в определённой точке, прямо перед антенной. Короткое замыкание на входе четвертьволнового отрезка дает на выходе теоретически бесконечное комплексное сопротивление и наоборот, если сопротивление на входе конечное, то рассчитать выходное сопротивление можно по следующей формуле:

Z_t = (Z_ист * Z_н)0.5 Zt - волновое согласующего ¼ отрезка,
Z_ист -сопротивление источника, Z_н - сопротивление нагрузки.

18. 
    Как работают реактивные согласующие элементы и какие виды их Вам известны? Построение согласующих Г-, Т- и П-образных цепей на сосредоточенных реактивных элементах основано на следующем прин­ципе: произвольную последовательную цепь, состоящую из последовательно вклю­ченных активного R_s и реактивного X_s сопротивлений, можно заменить эквивалент­ной цепью, состоящей из параллельно включенных активного R_p и реактивного Х_р сопротивлений. Для последовательной цепи: Z = R_s + jX_s, т. е. Для параллельной цепи, следовательно.
    

---

Смотрите также файлы

• Сбор и подготовка скважинной продукции введение.pdf

• Методика объемного моделирования базиса протеза.docx

• Правила подтверждения документов об образовании и о квалификации.rtf

• Решение Определим первоначальную (балансовую) стоимость оборудования т е.docx

• Кафедра экономики.docx