Исследование структуры электромагнитных полей в волноводе

ГУАП

КАФЕДРА № 21

ОТЧЕТ
ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

Санкт-Петербург 2023

1. Цель работы:

ознакомление с методикой волноводных измерений и волноводной измерительной линией;

изучение конфигурации электромагнитных полей в волноводе для различных типов волн и способов их возбуждения;

измерение характеристик вол типа Н10 и Н20 в прямоугольном волноводе в трех режимах: короткое замыкание, согласованная нагрузка и открытый конец волновода.

1. Описание лабораторной установки:

[pic 1]

Рисунок 1 Схема измерительного комплекса

Через щель внутрь волновода вводится зонд, который представляет собой металлический штырь. Зонд, ориентирован параллельно вектору поперечной составляющей электрического поля. Вследствие этого в зонде наводится ЭДС, которая пропорциональна, величине напряженности электрического поля. Таким образом, становится ясно, что при анализе структуры поля в волноводе измеряется распределение поперечной составляющей электрического поля. Наведенная ЭДС вызывает ток в электрической цепи, в которую включен полупроводниковый диод. Если СВЧ-сигнал не модулирован, то с выходных зажимов измерительной головки снимается постоянная составляющая тока, индикация которого производится микроамперметром. Этот способ измерения мало чувствителен и поэтому на практике применяется редко. Для повышения чувствительности вводимое в измерительную линию поле предварительно модулируют по амплитуде.

На рисунке 1 обозначены: 1 – генератор СВЧ, сигнал которого амплитудно-модулирован частотой 1000 Гц; 2 – коаксиально-волноводная секция для возбуждения поля в волноводе; 3 – измерительная линия; 4 – линейная шкала; 5 – перемещающаяся вдоль щели измерительная головка; 6 – отрезок волновода с переменной нагрузкой; 7 – измерительный усилитель, настроенный на частоту 1000 Гц. Нагрузку волновода, равную волновому сопротивлению (ZH = Z0), принято называть согласованной. Технически она выполняется на основе введения в волновод поглощающего материала, состоящего из смеси графита и цемента.

1. Рабочие формулы:

3.1 Критическая длина волны:

[pic 2]

3.2 Длина волны в свободном пространстве:

[pic 3]

3.3 Теоретическая длина волны в волноводе:

[pic 4]

3.4 Теоретическая фазовая скорость:

[pic 5]

3.4 Теоретическое волновое сопротивление:

[pic 6]

где  абсолютные магнитная и диэлектрическая проницаемости среды (свободного пространства).[pic 7]

1. Результаты измерений и вычислений:

Таблица 1 - Измерение длины волны в волноводе