Лабораторная работа №2.

Исследование электромагнитного поля в круглом волноводе.

Цель работы

1. 
   Моделирование электромагнитного поля волны основного типа и волны первого высшего типа в круглом волноводе.
   
2. 
   Измерение длины волны в волноводе для волн типов и .
   

Методические указания по самоподготовке

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить основные свойства и характеристики электромагнитных волн в круглом волноводе и способы их возбуждения [1] или [2]; [3].

В круглом волноводе, как и в прямоугольном, могут распространяться волны типов и . В работе моделируются и исследуются волна основного типа и волна первого высшего типа . В круглом волноводе поле типа имеет критическую длину волны , поле типа – , где – радиус волновода.

Условия одноволнового режима имеют вид



Диапазон длин волн, в котором по круглому волноводу могут распространяться волны двух типов и , определяется неравенствами



где поля второго высшего типа .

Необходимо изучить принципы построения картин векторных линий

---

и бегущих волн и в круглом волноводе (рис.2.1). Следует понимать, что в силу граничных условий векторные линии (сплошные линии на рис. 2.1) должны быть перпендикулярны к металлическим стенкам волновода, а линии (штриховые линии) всегда образуют замкнутые петли и у стенок ориентированы по касательным к их поверхности. Поле волны изображено в том поперечном сечении волновода, в котором в рассматриваемый момент времени продольная составляющая =0 (рис. 2.1, а). Поэтому линии лежат в плоскости этого сечения; линии перпендикулярны к ним. На рис. 2.1, а показано поле волны и в продольном сечении, в котором лежат векторные линии , а линии перпендикулярны к плоскости сечения и изображены точками или крестиками. Необходимо помнить, что у бегущих в волноводе волн любого типа поперечные составляющие векторов и колеблются в одинаковой фазе, вследствие чего эти составляющие принимают экстремальные значения в одних и тех же поперечных сечениях. Расстояние между такими сечениями равно (рис. 2.1). С течением времени вся картина векторных линий бегущей волны перемещается в направлении оси с фазовой скоростью (см. формулу (1.6) в работе 1).

Векторные линии

---

волны полностью лежат в поперечных сечениях и образуют замкнутые петли в виде окружностей, а векторные линии имеют продольные составляющие, параллельные оси волновода (рис. 2.1, б). Характерной особенностью структуры поля является отсутствие зависимости от азимутального угла , т.е. симметрия относительно оси . Поэтому волну называют осесимметричной. Благодаря осевой симметрии поля эта волна находит широкое применение во вращающихся соединениях и других устройствах, где отсутствует зависимость от угла .

а	б
Рис. 2.1. Векторные линии волн и

Основной целью исследования волны является оценка зависимости радиальной составляющей напряженности электрического поля от угла . Из формул для составления волны [1] следует, что значение изменяется от угла по закону синуса или косинуса (в зависимости от выбора положения начальной плоскости отчета для углов :


Порядок выполнения работы

---

А. Предварительные расчеты

1. Для круглого волновода, заполненного воздухом и имеющего радиус =15 мм, с помощью формул () и () рассчитать диапазоны частот, в пределах которых в волноводе могут распространяться: а) только основная волна ; б) только волны и .

2. По формуле (2.3) рассчитать и построить теоретическую зависимость нормированного значения от угла для волны в интервале .

3. Для частоты рассчитать длину волны в волноводе для волн основного типа и первого высшего типа по формулам:







Результаты расчётов параметров электромагниных волн свести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Величина	Тип волны
Длина волны , м
Фазовая скорость , м/c
Скорость распространения энергии , м/c

Б. Моделирование

На основе предварительных расчётов можно произвести пошаговое моделирование круглого волновода.

---

Для начала работы необходимо запустить HFSS. Программа автоматически создаст пустой проект. В проект необходимо добавить HFSS Design нажатием специальной кнопки на панели управления, как изображено на рис. 2.2

Рис. 2.2. Кнопка Insert HFSS Design.

В результате этого создастся интерфейс для создания будущей модели волновода. Полный его вид представлен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Интерфейс HFSS Design

Далее необходимо создать геометрическую модель будущего волновода. Для этого на панели управления надо выбрать цилиндр (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Выбор цилиндрической фигуры

В интерфейсе, как представлено на рис. 2.5, создастся цилиндр произвольного размера.

Рис. 2.5. Цилиндр произвольных размеров в интерфейсе HFSS Design

Теперь, для того чтобы задать размеры будущему волноводу, необходимо в разделе Model (рис. 2.6) выбрать созданный цилиндр

Рис. 2.6. Интерфейс бокового меню HFSS Design

Далее, во вкладке Properties, представленной на рис. 2.7, зададим цилиндру радиус ( мм) и длину ( мм).

Рис. 2.7. Интерфейс вкладки Properties и параметры цилиндра

---

Смотрите также файлы

• Инструкция педагогапсихолога общие положения Педагогпсихолог назначается и освобождается от должности директором школы.docx

• Доклад подготовил Белохвостов Виктор Владимирович группа 1 вбмо201кс 1 Введение 2 Карьеризм с точки зрения работодателя 3.docx

• Рабочая программа учебной дисциплины оп. 07 Уголовное право.docx

• Прогнозирование и планирование денежных потоков в организации ооо тд Азбука Защиты.docx

• Реферат днкглавная молекула жизни студент группы, курса Лечебного факультета.docx