Лабораторная работа №1
по курсу: "Электромагнитные поля и волны".
Исследование распространения электромагнитных волн в реальных средах.
Бригада 1, вариант 1.
Выполнил: Алексеев В.Ю.
студент группы М-32
Руководитель: Федотова Т.Н.
к. т. н., доцент
Новосибирск, 2005
1. Цель работы:
Исследование влияния параметров реальных сред на процесс распространения электромагнитных волн.
Описание лабораторной установки.
Лабораторная установка (рисунок 1) состоит из генератора сигналов СВЧ (1), измерительной линии (2), заполненной исследуемой средой (3), измерителя напряжения (4), короткозамыкателя (5) и согласованной поглощающей нагрузки (6).
Рисунок 1. Структурная схема лабораторной установки.
Исходные данные и предварительные расчеты.
Для бригады 1, варианта 1:
· 
;
· исследуемые среды: фторопласт (
, 
, 
), текстолит (
, 
, );
· 
, 
;
· 
.
Расчет для фторопласта.
,
.
Определяем эквивалентную проводимость среды:
.
Рассчитаем тангенс угла диэлектрических потерь:
.
Определим длину волны в свободном пространстве:
.
Теперь можно рассчитать фазовую скорость волны в прямоугольном волноводе:
.
Определяем фазовую постоянную:
.
Длина волны будет следующей:
.
Находим характеристическое сопротивление данной среды:
.
Определяем модуль характеристического сопротивления прямоугольного волновода:
.
Коэффициент затухания:
.
Расчет для текстолита.
,
.
Определяем эквивалентную проводимость среды:
.
Рассчитаем тангенс угла диэлектрических потерь:
.
Определим длину волны в свободном пространстве:
.
Теперь можно рассчитать фазовую скорость волны в прямоугольном волноводе:
.
Определяем фазовую постоянную:
.
Длина волны будет следующей:
.
Находим характеристическое сопротивление данной среды:
.
Определяем модуль характеристического сопротивления прямоугольного волновода:
.
Коэффициент затухания:
.
Экспериментальные исследования.
Исследования для фторопласта.
— первый минимум амплитуды стоячей волны, 
— второй минимум амплитуды стоячей волны. Вычислим расстояние между соседними минимумами:
Откуда получаем длину волны в прямоугольном волноводе:
.
Определяем фазовую постоянную и фазовую скорость волны в прямоугольном волноводе:
.
.
Вычислим диэлектрическую проницаемость среды:
откуда получаем: 
.
Исследуем зависимость амплитуды напряженности электрического поля при перемещении зонда измерительной линии вдоль прямоугольного волновода с исследуемой средой, двигаясь от генератора к нагрузке.
Таблица 1. Зависимость Em(l) для фторопласта.
| |||||||||||
| |||||||||||
| 7,1 | 6,2 | 7,7 | 8,9 | 5,8 | 7,4 | 8,8 | 7,3 | 6,7 | 8,9 |
Рисунок 2. Зависимость Em(l) для фторопласта.
По графику рассчитываем коэффициент затухания:
.
Вычисляем эквивалентную проводимость, тангенс угла диэлектрических потерь, комплексную диэлектрическую проницаемость, модуль характеристического сопротивления:
.
, откуда:
.
, откуда получаем:
.
.
.
Исследования для текстолита.
— первый минимум амплитуды стоячей волны, 
— второй минимум амплитуды стоячей волны. Вычислим расстояние между соседними минимумами:
Откуда получаем длину волны в прямоугольном волноводе:
.
Определяем фазовую постоянную и фазовую скорость волны в прямоугольном волноводе:
.
.
Вычислим диэлектрическую проницаемость среды:
откуда получаем:
.
Исследуем зависимость амплитуды напряженности электрического поля при перемещении зонда измерительной линии вдоль прямоугольного волновода с исследуемой средой, двигаясь от генератора к нагрузке.
Таблица 2. Зависимость Em(l) для текстолита.
|
| ||||||||||||
|
| ||||||||||||
|
| 8,4 | 8,4 | 6,2 | 8,5 | 4,5 | 5,8 | 8,2 | 5,2 | 5,7 | 7,5 | 3,9 | 6,2 |
Рисунок 3. Зависимость Em(l) для текстолита.
По графику рассчитываем коэффициент затухания:
.
Вычисляем эквивалентную проводимость, тангенс угла диэлектрических потерь, комплексную диэлектрическую проницаемость, модуль характеристического сопротивления:
.
, откуда:
.
, откуда получаем:
.
.
.