Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе Чувствин М. Б проверил Худяков К. Н

• Название: Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе Чувствин М. Б проверил Худяков К. Н
• Дата: 08.02.2023
• Размер: 185.75 Kb.
• Имя файла: EiRR_laba10.docx
• Тип: Исследование; #927063

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра технической электродинамики и антенн

Лабораторная работа №10

Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе

Выполнил: Чувствин М.Б

Проверил: Худяков К.Н

Москва 2008

Цельработы:

1. 
   Изучение структуры поля волны Н₁₀в прямоугольном волноводе.
   
2. 
   Расчет основных параметров волны.
   
3. 
   Овладение методикой измерения основных характеристик волны.
   

Расчетнаячасть:

Таблица 1

№ вар.	f, ГГц	Металл, из которого изготовлен волновод
		вар. 1	вар. 2	вар.3
17	35	латунь	медь	серебро

1. 
   Сформулироватьусловия,которымдолжныудовлетворятьпоперечныеразмерыпрямоугольноговолноводадлясозданиявнемназаданнойчастотеодноволновогорежимаработыивыбратьсоответсвующийэтимусловиямстандартныеволноводы.
   

Поперечные размеры прямоугольного волновода выберем из условия обеспечения одноволнового режима, то есть должны выполняться условия:

^  a  

2

b  ^

2 ,

где λ – длина волны, определяема по формуле:

  ^c

f

  8.571  10^{ 3} м _,

где с – скорость света, а f – частота волны, тогда:

4.3  a  8.6

в миллиметрах.

b  4.3 _,

Выберем, удовлетворяющие этим условиям, волноводы, согласно [1], с.5:

таблица 2

№	a*b, мм
10	4.4*2.2
11	5.2*2.6
12	6.2*3.1
13	7.2*3.4

2. 
   Для выбранных в пункте 1 прямоугольных волноводов рассчитать на заданной частоте(таблица 1) коэффициент затухания, обусловленный потерями в стенках волноводов(при расчете считать , что волноводы заполнены идеальным диэлектриком, и стенкиволноводов выполнены из металла, указанного в таблице 1, вар. 1). По результатамрасчетов выбрать волновод, обеспечивающий минимальное значение коэффициентазатухания.
   

Коэффициент затухания α будем рассчитывать по формуле:

R
^2b  ^ ²

 

1 

S _

bZ_c



a _ 2a _
,

где: R_S – поверхностное сопротивление, равное:
R_S 

,

Z_c – сопротивление вакуума, равное:
Z_c 

,

и константы:

   1.2610^{ 6 Гн}

0
м

  39
  8.85

МСм м

 12 ^Ф

10

м _,

Рассчитаем коэффициент затухания для волноводов из таблицы 2 для латуни:

 ₁₀  0.662 ^дБ

м _,

 ₁₁  0.182 ^дБ

м _,

 ₁₂  0.105 ^дБ

м _,

 ₁₃  0.077 ^дБ

м _.

Вывод: волновод № 13 с размерами 7.2*3.4 обеспечивает минимальный коэффициент затухания.

3. 
   Для выбранного в пункте 2 волновода рассчитать основные параметры волны Н₁₀назаданной частоте (таблица 1), причем коэффициент затухания следует рассчитатьдлядвух остальныхтипов металлов,указанныхвтаблице 1.
   
   • 
     критическая длина волны:
     

 _кр  2a

 _кр  0.014 м

• 
  продольное волновое число:
  

2

  k
  585.999

k 



• 
  длина волны в волноводе:
  

  ^

  0.011 м

• 
  характеристическое сопротивление:
  

Z_c

H
Z_c 

10

• 
  фазовая скорость:
  

Z_c  4.191  10⁵ Ом

^H10

 _ф ^

  ¹

ф
  4.191  10^{5 м} с

• 
  скорость распространения энергии:
  

 _э   
 ^ ²



1

_ 2a _

• 
  коэффициент затухания:
  

 _э  2.696  10⁵

R
^2b 



м с
^ ²

 

1 

S _

bZ_c



a _ 2a _

• 
  для латуни (σ=39 МСм/м):
  

• 
  для меди (σ=57 МСм/м):
  

• 
  для серебра (σ=62 МСм/м):
  

дБ

 ₁₃  0.077 _м


м
 ₁₃  0.064 ^дБ

м
 ₁₃  0.061 ^дБ

Выводпорасчетнойчасти: волновод № 13 с рамерами 7.2*3.4 выполненный из серебра

обеспечивает минимальный коэффициент затухания.

Содержаниеработы:

1. 
   Измерить распределение амплитуды напряженности электрического поля волны вдоль широкой стенки волновода.
   
2. 
   Измерить распределение амплитуды напряженности электрического поля волны вдоль оси волновода в режиме стоячей волны.
   
3. 
   Измерить длину волны, фазовую скорость и скорость распространения энергии в заданном диапазоне частот.
   

Блоксхемаизмерительнойустановки:

1. 
   генератор СВЧ Г4-80
   
2. 
   волноводный измерительный тракт 58*25 мм
   
3. 
   корткозамыкающий поршень
   
4. 
   индикаторная головка
   
5. 
   измерительный усилитель
   

СтруктураполяволныН10впрямоугольномволноводе:

Выполнение:

• 
  вдоль узкой стенки
  

l, мм	0	5	10	15	20	25	30	35	40	42
I, мкА	0	80	168	224	352	416	416	384	288	272

5 ^10 ⁴
4 ^10 ⁴
3 ^10 ⁴

I

2 ^10 ⁴
1 ^10 ^4
0 0 0.01 0.02 0.03 0.04

l

• 
  вдоль широкой стенки:
  

l, мм	45	55	65	75	85	95	105	115	125	135	145
I, мкА	0	0	281	1792	2584	5120	5120	3072	1024	72	0

0.006
0.005
0.004
I ^0.003

0.002

0.001
0

0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

l

f, МГц	3100	3200	3300	3400
λ, мм	175	150	142	130