(сечения 1), линии в средней части поперечного сечения располагаются наиболее густо, что указывает на максимум напряженности электрического поля, и становятся все более редкими по мере приближения к узким стенкам, на которых напряженность электрического поля равна нулю. Если отсчитывать координату от узкой стенки (  – см.), то зависимость амплитуды напряженности электрического поля от координаты описывается выражением



Скорость, с которой распространяются вдоль оси волновода плоские поверхности постоянной фазы бегущей волны, называется ее фазовой скоростью и определяется соотношением



причем для волны прямоугольного волновода

С этой скоростью перемещается в направлении возрастающий значений картина векторных линий, изображенная на рис. 1.3.

Скорость распространения энергии, переносимой вдоль оси волновода гармонической бегущей волной, определяется выражением



При значениях и соответственно поле типа представляет собой местное затухающее поле, для которого не существуют такие характеристики, как .

Бегущая волна типа характеризуется длиной волны в волноводе , определяемой расстоянием вдоль оси волновода, на котором фаза волны изменяется на

---

(рис. 1.3) и выражаемая соотношением



Если в волноводе распространяется бегущая волна типа , что может иметь место при выполнении условия и соответственно , и вновь отсчитывать координату от узкой стенки ( , то распределение амплитуд напряженности электрического поля вдоль оси описывается следующим выражением:



Поскольку отношение амплитуд не может быть отрицательным, синус следует брать по абсолютной величине (фаза поля при изменяется на ).

Отражающий фильтр для подавления нежелательного типа волны обычно представляет собой решетку из тонких проводников, ориентированных параллельно вектору этой волны. В этом случае подавляемый тип волны интенсивно возбуждает в проводниках электрические токи и отражается решеткой. Если проводники решетки ориентированы ортогонально линиям волны рабочего типа, то эта волна не возбуждает в проводниках токов и проходит сквозь решетку почти без отражения. Например, фильтр на рис. 1.4 отражает волну и пропускает волну

Рис. 1.4. Отражающий фильтр.

---

Порядок выполнения работы

А. Предварительные расчеты

1. Согласно (1.4) определить частотный диапазон одноволнового режима прямоугольного волновода сечением , который заполнен воздухом

2. Для этого же волновода рассчитать и построить теоретическую зависимость (1.5).

3. С помощью (1.6) - (1.8) для исследуемого волновода рассчитать зависимости в интервале частот 2800-3800 МГц через 200 МГц, свести значения в табл. 1.1 и построить графики.

Таблица 1.1. Параметры, полученные расчетом и моделированием

2800
3000
3200
3400
3600
3800

---

4. Определить частотную границу, начиная с которой по рассматриваемому волноводу может распространяться бегущая волна типа

Б. Моделирование

1. Открыть файл Rectangular.aedt.

2. С помощью вращения при зажатой средней кнопки мыши осмотреть модель. При необходимости передвинуть камеру использовать комбинацию – зажатая клавиша Shift и левая кнопка мыши.

3. В верхнем меню выбрать подменю HFSS и выбрать пункт Analyze All.

4. В окне Project Manager (открыть его в подменю View если оно не открыто) раскрыть пункт Rectangular, далее раскрыть HFSSDesign1, Field overlays и обе составляющие поля E и H.

5. Нажатием правой кнопки мыши на Mag_E1 или Mag-H1 и выбором пункта Plot Visibility можно включить отображение E или H поля.

6. При выбранном поле в окне Properties ниже можно установить частоту рассматриваемого поля. Доступные в работе поля рассчитаны программой на 1500, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600 и 3800 МГц.

7. Для более наглядной демонстрации процесса перемещения волн нажать правой кнопкой мыши на Mag_E1 или Mag_H1 и выбрать пункт Animate, после чего нажать OK.

8. В появившемся окне можно с помощью ползунка изменить скорость анимации и пронаблюдать за перемещением поля в волноводе.

9. Для измерения длины волны в волноводе необходимо выйти из режима анимации, путем закрытия окна Animation. После чего выбрать Measure – Position на верхней панели (если значка нет, обратить внимание на выбор Draw в нижнем меню). Измерение проводить путем нажатия левой кнопкой мыши на точку и установкой мыши в другую точку. При выполнении этих действий в окне Measure Data отобразится расстояние между точками.

10. Наиболее удобно измерять половину длины волны в волноводе , так как это расстояние между соседними максимумами поля в волноводе.

11. Повторить измерения при изменении частоты наблюдаемого поля согласно таблице. Для просмотра затухающего поля при несоблюдении граничных условий выберите частоту 1500 МГц.

Содержание отчета

1. 
   Формулы, результаты расчетов по разделу А.
   
2. 
   Графическое изображение структуры поля бегущей волны .
   
3. 
   Результаты измерений по разделу Б.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Какие типы полей могут существовать в прямоугольном волноводе?
   
2. 
   От чего зависят критические длины волн волей типов и ?
   
3. 
   При каком условии поле рассматриваемого типа представляет собой в волноводе распространяющуюся плоскую бегущую волну?
   
4. 
   При каком условии поле рассматриваемого типа представляет собой в волноводе местное затухающее поле?
   
5. 
   Что такое основной тип поля?
   
6. 
   Что такое первый высший тип поля?
   
7. 
   При каких условиях на заданной длине волны , (частоте ) в волноводе может распространяться бегущая волна только основного типа?
   
8. 
   Что такое одноволновый режим волновода?
   
9. 
   Для каких значений длин волн целесообразно использование прямоугольного волновода?
   
10. 
    Что определяет фазовая скорость?
    
11. 
    Как связаны между собой фазовая скорость и скорость распространения энергии?
    
12. 
    Что такое длина волны в волноводе?
    
13. 
    Какой формулой определяется длина волны в волноводе?
    
14. 
    Из каких соображений выбирается конфигурация отражающего фильтра для подавления нежелательного типа волны?
    

---

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

---

Смотрите также файлы

• По дисциплине Линейные системы автоматического регулирования комплексного тестирования в магистратуру.docx

• Но очень важная миссия быть классным руководителем. Одни учителя считают эту работу дополнительной нагрузкой к своей преподавательской деятельности, другие называют её самой главной.docx

• Сложносочиненное предложение.docx

• 1. Предмет и задачи дисциплины Основы нейрофизиологи и высшей нервнойдеятельности.docx

• Самостоятельная работа по теме Задание Составьте таблицу Странычлены нато.docx