Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
методичка Определение электрических параметров диэлектриков волноводным методом. Исследование высокочастотного фидера. Исследование характеристик периодических замедляющих систем. Рассмотрение волн в прямоугольном волноводе и полей в объемных резонаторах СВЧ.
Информация:
Тип работы: методичка.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 26.01.2009.
Год: 2009.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Министерство образования РФ
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Кафедра радиофизики и электроники
техническая электродинамика
Методические указания по лабораторным работам для студентов направления 552500 «Радиотехника» и специальности 190600 «Инженерное дело в медико-биологической практике»
Новгород 2000
УДК.621.371 (075)
Техническая электродинамика. Метод. указания. Сост. Петров Е.В.
НовГУ, В. Новгород, 2000.
Методические указания содержат 4 лабораторные работы по курсу «Техническая электродинамика» и предназначены для студентов направления 552500 «Радиотехника» и специальности 190600 «Инженерное дело в медико-биологической практике»
Методические указания одобрены к изданию на заседании кафедры РиЭ от___2000г.
Зав. кафедрой РиЭ
Трофимов А.Т.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ ВОЛНОВОДНЫМ МЕТОДОМ
Цель работы
Экспериментальное определение относительной диэлектрической проницаемости () и тангенса угла диэлектрических потерь () различных немагнитных диэлектриков. Общие положения
В технике СВЧ твердые диэлектрики широко используются для электроизоляции и крепления токонесущих элементов в передающих линиях, трансформирующих устройствах, для устройства фазовращателей и т.д. Конструирование и расчет устройств с применением таких материаловневозможно проводить без знания их электрических параметров на рабочих частотах проектируемых устройств.
Свойства немагнитных (а= 0) диэлектриков на СВЧ описываются относительным комплексным значением диэлектрической проницаемости:
,
где е и е* - действительнаяи мнимая части относительной комплексной диэлектрической проницаемости е'.
Потери мощности в диэлектрике на СВЧ характеризуются углом диэлектрических потерь (), тангенс которого равен отношению мнимой и действительной составляющих:
.
Большинство диэлектриков, используемых в диапазоне СВЧ, имеют относительную диэлектрическую проницаемость от 2 до 9 и тангенс угла потерьот 10-4 до 10-1 (см. таблицу 1).
Таблица 1.Свойства некоторых диэлектриков на СВЧ ( =3 см)(при 200-250С)
Диэлектрик
tg
Плексиглас
2,61
8,4•10-3
Полистирол
2,55
7•10-4
Фторопласт
2,08
3,7•10-4
Текстолит
3,67
6•10-2
Гетинакс
6
2•10-2
Стеклотекстолит
4,5
3•10-2
Пенопласт
1,1
1,5•10-3
Полиэтилен
2,3
3•10-4
Рис.1
Непосредственно и tg не могут быть измерены, поэтому их вычисляют по результатам измерений каких-либо других величин.
Различают три основных способа измерений. Первый из них состоит в измерении коэффициента отражения от испытуемого образца, подсоединенного к измерительной линии. Второй способ заключается в измерении резонансной частоты и добротности резонатора с диэлектриком и без него. Третий способ предполагает измерение разности фаз и амплитуд поля на входе приемной антенны при внесении и при отсутствии диэлектрика между передающей и приемной антеннами.
В настоящей работе производится определение электрическихпараметровдиэлектрика первым способом. Описание метода измерений
Измерение производится по схеме, изображенной на рис.1. Суть метода измерений можно пояснить путем рассмотрения распределений амплитуды падающей и отраженной волны в измерительной линии при различных нагрузках на конце линии, которые представлены на рис.2.
Представленные распределения полей не учитывают потерь в волноводе. На рис.2а показано распределение амплитуд падающей волны (Епад), отраженной (Еотр) и суммарной (ЕУ) в измерительной линии в отсутствии исследуемого образца. Распределение Eпад. и Еотр равномерное, суммарная волна чисто стоячая, т.е. Еmin=0. Длина волны в волноводе () определяется как удвоенное расстояние между двумя ближайшими минимумами.
При отражении от короткозамыкающей заглушки фаза электрического поля волны меняется на 180, поэтому суммарная волна имеет первый минимум в плоскости заглушки, а первый максимум - на расстоянии от плоскости заглушки. На рис.2б показано распределение соответствующих амплитуд волнпривнесении исследуемого образца. В этом случае распределение.Епад и Еотр в области расположения исследуемого образца не является равномерным. Амплитуда волны в диэлектрике с потерями уменьшается по экспоненциальному закону. Такое распределение Епад и Еотр приводит к тому, что суммарная волна будет уже не стоячая, а смешанная, т.е. коэффициент бегущей волны, который определяется по формуле:
будет уже не равным нулю, а величиной меньшей единицы, но большей нуля. Из рис.2б видно, что величина коэффициента бегущей волны будет тем больше, чем больше потери в диэлектрике.
Действительно, если потери в диэлектрике очень велики, то отраженная волна будет пренебрежимо мала и в волноводе наблюдается режим бегущей волны (Кбв =1).
Рис.2.
Рис.3
Положение минимумов и максимумов в этом случае также отличается от положения их в отсутствии образца (рис.2а). Объясняется это тем, что в волноводе с диэлектриком длина волны меньше длины волны в пустом волноводе. Различие в распределении минимумов и максимумов, таким образом, определяется диэлектрической проницаемостью вещества.
Для того, чтобы связать измеряемые с помощью измерительной линии величину Кбв и положение минимума волны, рассмотрим входное сопротивление короткозамкнутого отрезка волновода, заполненного диэлектриком:
,
где W- волновое сопротивление волновода с диэлектриком,
- постоянная распространения волновода с диэлектриком, d - длина образца
Нормируем входное сопротивление Zs относительно волнового сопротивления незаполненного диэлектриком волновода ():
.
Для волны H10, используемой в измерительной линииволновые сопротивления и определяются по формулам:
;
,
где - постоянная распространения пустого волновода.
С учетом (6) уравнение (5) перепишется в виде:
.
С другой стороны величина Zs/W0 - это также нормированное входное сопротивление правой части пустого волновода в сечении S. Оно может быть выражено через длину волны в пустом волноводе () и расстояние от сечения S до любого минимума волны (Zmin):
,
где
.
Для используемой в лабораторной установке измерительной линии, если зонд находится в минимуме стоячей волна, то расстояние от минимума до границы раздела "диэлектрик - воздух" (сечение S) определяется из выражения:
,
где
- отчет по шкале короткозамыкающего поршня, d - длина исследуемого образца, Z - отчет по линейке измерительной линии.
Объединяя выражения (7) и (8) получим:
.
Поскольку величины , Zmin,d мы определяем в результате измерений, уравнение (11) приводится к виду:
,
которое необходимо решить относительно d.Это легко проделать с помощью таблицы 2.
Поскольку уравнение (12) имеет множество решений, по таблицам 2 определяется несколько допустимых значений d. Для устранения неоднозначности решения уравнения (12) измерения проводятся на двух образцах разной длины для каждого материала. Для каждого образца находятся все допустимые значения и то значение , которое является одинаковым для обоих образцов, считается истинным.
Зная величину d легко определить диэлектрическую проницаемость диэлектрика. Действительно, для заполненного диэлектриком волновода:
,
где: л - длина волны генератора,
- длина волны в волноводе с диэлектрическим заполнением, a - размер широкой стенки волновода (а=23мм)
Выразив из (13) е, получим:
Формула (14) является расчетной для определения диэлектрической проницаемости вещества.
Для определения tgд кроме, Zmin,dиспользуется еще определяемая с помощью измерительной линии величины Кбв и рассчитанная величина е.
Расчетная формула имеет вид:
Точность формулы (15) зависит в основном от степени, точности измерения Кбв. В случае малых tgд это сделать нелегко, так как начинают сказываться потери в стенках волновода, потери на фланцах и т.д.
Для измерения малых Кбв (Кбв<0,1) целесообразно использовать метод удвоенного минимума, основанный на измерении остроты кривой распределения напряженности поля вблизи минимума. Дополнительным преимуществом этого метода является уменьшение погрешностей связанных с нагрузкой, а также создаваемых зондом, так как измерение происходит в области, где полное сопротивление мало.
Процесс измерения состоит в том, что прежде всего определяется положение и величина минимума напряженности поля. Затем находят два положения каретки измерительной линии Z1 в Z2, при которых будут удвоенные по сравнению со значением минимума показания индикатора (риc.2) .Так как характеристика детектора квадратичная, Кбв определяется следующим образом: Порядок выполнения работы
1. Включить генератор Г4-126
2. Включить индикаторный прибор В3-38
3. Настроить измерительную линиюна максимум показаний индикатора В3-38(смотри описание ИВЛ)
4. Для каждой пары образцов согласно методике, описанной выше, определяются: длина образца (d), положение минимума по линейке измерительной линии (Z), длина волны в пустом волноводе (лво), а также положения каретки измерительной линии (Z1, Z2 ) для измерения Кбв по формуле (16).
5. По формуле (11) определяется величина С в выражении (12)
6. По таблицам 2 определяется величина (до 4 значений)
7. По формулам (14) и (15) определяются е в tgд для каждого материала.
8. Измеренные величины сравниваются с действительным значениями из таблицы 1. Содержание отчета
1. Блок - схема установки.
2. Основные расчетные соотношения.
3. Результатыизмерений.
4. Сравнение измеренных величин с действительными.
Таблица 2
x
x
x
x
0,00
1
1,46
6,157
2,92
-0,077
5,306
-0,279
0,02
1,000
1,48
7,421
2,94
-0,07
5,341
-0,258
0,04
1,001
1,50
9,401
2,95
-0,062
5,375
-0,238
0,06
1,001
1,52
12,940
2,98
-0,055
5,410
-0,220
0,08
1,002
1,54
21,08
3,00
-0,048
5,445
-0,201
0,10
1,003
1,56
59,37
3,02
-0,041
5,488
-0,189
0,12
1,005
1,58
-68,77
3,04
-0,034
5,515
-0,175
0,14
1,007
1,60
-21,40
3,06
-0,027
5,550
-0,163
0,16
1,009
1,62
-12,535
3,08
-0,02
5,585
-0,150
0,18
1,011
1,64
-8,797
3,10
-0,13
5,620
-0,142
0,20
1,011
1,66
-6,735
3,12
-0,007
5,655
-0,131
0,22
1,017
1,68
-5,429
3,14
0
5,690
-0,119
0,24
1,020
1,70
-4,527
3,176
-0,011
5,725
-0,109
0,26
1,022
1,72
-3,868
3,211
0,022
5,759
-0,100
0,28
1,027
1,74
-3,364
3,211
0,022
5,794
-0,092
030
1,091
1,75
-2,957
3,245
0,032
5,629
-0,084
0,32
1,036
1,78
-2,646
3,294
0,042
5,864
-0,076
0,34
1,040
1,80
-2,381
3,316
0,053
5,899
-0,069
0,36
1,046
1,82
-2,159
3,351
0,064
5,934
-0,061
0,38
1,061
1,84
-1,970
3,386
0,074
5,959
-0,060
0,40
1,057
1,86
-1,807
3,421
0,084
6.004
-0,048
0,42
1,063
1,88
-1,665
3,456
0,094
6,039
-0,041
0,44
1,070
1,90
-1,541
3,491
0,104
6,074
-0,035
0,46
1,077
1,92
-1,430
3,526
0,115
6,109
-0,029
0,48
1,085
1,94
-1,332
3,560
0,125
6,143
-0,023
0,50
1,093
1,96
-1,244
3,596
0,136
6,178
-0,017
0,52
1,101
1,98
-1,165
3,630
0,146
6,213
-0,011
0,54
1,110
2,00
-1,096
3,666
0,158
6,243
-0,006
0,56
1,119
2,02
-1,027
3,7
0,169
6,283
0
0,58
1,130
2,04
-0,967
3,735
0,181
6,318
0,006
0,60
1,140
2,06
-0,912
3,770
0,093
6,358
0,01
0,62
1,151
2,08
-0,861
3,840
0,219
6,388
0,017
0,64
1,163
2,10
-0,814
3,875
0,239
6,423
0,022
0,66
1,176
2,12
-0,771
3,999
0,247
6,458
0,027
0,68
1,189
2,14
-0,730
3,944
0,268
6.492
0,033
0,7
1,203
2,16
-0,693
3,979
0,279
6,527
0,038
0,72
1,218
2,18
-0,657
4,014
0,297
6.562
0,043
0,74
1,234
2,20
-0,625
4,049
0,315
6,597
0,049
0,76
1,250
2,22
-0,594
4,094
0,337
6,632
0,055
0,78
1,268
2,24
-0,564
4,119
0,300
6,667
0,061
0,80
1,287
2,26
-0,537
4,154
0,385
6,702
0,066
0,82
1,307
2,28
-0,511
4,13
0,414
6,737
0,072
0,84
1,328
2,30
-0,487
4,224
0,428
6,772
0,079
0,86
1,350
2,32
-0,463
4,259
0,481
6,807
0,085
0,88
1,375
2,34
-0,441
4,293
0,523
6,842
0,091
0,90
1,400
2,35
-0,421
4,323
0,57
6,876
0,098
0,92
1,428
2,38
-0,401
4,334
0,629
6,911
0,105
0,94
1,457
2,40
-0,382
4,398
0,7
6,946
0,124
0,96
1,488
2,42
-0,364
4,433
0,787
6,984
0,120
0,98
1,521
2,44
-0,346
4,468
0,838
7,016
0,129
1,00
1,557
2,46
-0,330
4,503
1,045
7,051
0,132
1,02
l,596
2,48
-0,314
4,538
1,249
7,086
0,145
1,04
1,638
2,50
-0,299
4,573
1,556
7,121
0,156
1,06
1,683
2,52
-0,299
4,608
2,063
7,156
0,166
1,08
1,733
2,54
-0,284
4,642
3,08
7,181
0,178
1,10
1,786
2,56
-0,270
4,677
6,121
7,225
0,190
1,12
1,845
2,58
-0,257
4,712
7
0,201
1,14
1,909
2,60
-0,244
4,747
-6,010
7,295
0,22
1,16
1,979
2,62
-0,231
4,782
-2,99
7,330
0,236
1,18
2,057
3,64
-0,219
4,817
-1,975
7,365
0,255
1,20
2,143
2,66
-0,208
4,852
-1,474
7,4
0,277
1,22
2,240
2,68
-0,197
4,887
-1,16
7,435
0,302
1,24
2,348
2,70
-0,186
4.922
-0,956
7,47
0,33
1,26
2,471
2,72
-0,1
4,957
-0,609
7,515
0,366
1,28
2,610
2,74
-0,165
4,992
-0,699
7,54
0,408
1,30
2,771
2,76
-0,155
5,026
-0,612
7,575
0,460
1,32
2,957
2,78
-0,145
5,061
-0,542
7,609
0,521
1,34
3,176
2,80
-0,J36
5,095
-0,486
7,644
0,615
1,36
3,436
2,82
-0,127
5,131
-0,438
7,670
0,729
1,38
1,752
2,84
-0,118
5,166
-0,337
7,714
0,916
1.40
4,101
2,86
-0,101
5,201
-0,348
7,749
1,228
1,42
4,635
2,88
-0,093
5,236
-0,331
7,784
1,838
1,44
5,179
2,90
-0,085
5,271
-0,304
7,819
3,662
7,854
9,599
0,018
11,309
-0,272
12,986
0,034
7,889
-3,628
9,394
0,022
11,344
-0,242
13,02
0,037
7,924
-1,305
9,669
0,026
11,379
-0,218
13,055
0,041
7,958
-1,195
9,704
0,029
11,414
-0,206
13,09
0,044
7,993
-0,890
9,789
0,038
11,449
-0,179
13.124
0,046
8,028
-0,706
9,774
0,037
11,484
-0,164
13,139
0,051
8,064
-0,383
9,808
0,041
11,519
-0,150
13,194
0,055
8,098
-0,495
9,843
0,045
11,554
-0,139
13,229
0,059
8,133
-0,429
9,878
0,09
11,539
-0,128
13,264
0,063
8,163
-0,377
9,913
0,054
11,624
-0,118
13,299
0.068
8,203
-0,335
9,948
0,058
11,658
-0,110
13,334
0,072
8,238
-0,300
9,988
0,063
11,698
-0,102
13,369
0,077
8.273
-0,272
10,018
0,066
11,728
-0,095
13,404
0,083
8.308
-0,246
10,053
0,072
11,769
-0,088
13,439
0,089
8,312
-0,225
10,088
0,077
11,798
-0,082
13,473
0,095
8,377
-0,207
10,123
0,083
11,832
-0,075
13,508
0,102
8,412
-0,190
10,158
0,069
11,868
-0,07
13,543
0,11
8,447
0,17
10,192
0,095
11,903
-0,066
13,578
0,118
8,482
-0,162
10,227
0,101
11,938
-0,061
13,633
0,127
8,517
-0,150
10,297
0,116
11,973
-0,056
13,648
0,138
8,552
-0,138
10,232
0,124
12,008
-0,052
13,582
0,15
8,587
-0,129
10,367
0,133
12,042
-0,048
13,718
0,164
8,622
-0,120
10,402
0,143
12,077
-0,044
13,758
0,18
8,657
-0,112
10,437
0,153
12,112
-0,040
13,788
0,199
8,691
-0,105
10,483
0,165
12,147
-0,037
13,823
0,223
8,726
-0,096
10,507
0,179
12,132
-0,033
13,857
0,252
8,761
-0,089
10,541
0,195
12,217
-0,03
13,892
0,289
8,798
-0,083
10,676
0,212
12,258
-0,025
13,987
0.338
8,831
-0,076
10,611
0,233
12.287
-0,023
13,997
0,406
8,866
-0,070
10,646
0,255
12,322
-0,02
14,032
0,678
8,901
-0,065
10,681
0,283
12,357
-0,017
14,067
1.017
8,936
-0,059
10,715
0,326
12,391
-0,014
14,103
2,025
8,971
-0,054
10,751
0,373
12,426
-0,011
14,137
9,006
-0,049
10,786
0,496
12,461
-0,008
14,172
2,02
9,041
-0,045
10,821
0,524
12,476
-0,006
14.207
-1,007
9,075
-0,04
10,856
0,655
12,531
-0,003
14,241
-0,668
9,110
-0,036
10,891
0,874
12,563
0
14,276
-0,498
9,170
-0,027
10,925
1,308
12,601
0,003
14,311
-0,396
9,315
-0,023
10,960
2,612
12,636
0,006
14,346
-0,328
9,25
-0,019
10,995
12,671
0.008
14,381
-0,279
9,285
-0,015
11,030
-2,596
12,706
0,010
14,416
-0,242
9,319
-0,011
11,065
-2,292
12,741
0,014
14,451
-0,213
9.355
-0,007
11,100
-0,857
12,775
0,017
14,486
-0,19
9,39
-0,004
11,135
-0,639
12,810
0,022
14,581
-0,170
9,425
0
11,447
-0,503
12,845
0,022
14,556
-0,154
9,459
0,004
11,295
-0,420
12,88
0,025
14,591
-0,141
9,529
0,011
11,24
-0,357
12,915
0,028
14,625
-0,129
9,564
0,015
11,274
-0,309
12,95
0,031
14,660
-0,118
Литература
1. Гинстон Э.Л. Измерения на сантиметровых волнах. М., 1960
2. Н.А. Семенов. Техническая электродинамика. М., 1973.
3. P.А. Валитов, В.Н. Сретенский. Радиотехнические измерения М, 1970.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ФИДЕРА
Цель работы
Определение основных электрических параметров коаксиального кабеля и исследование их зависимости от частоты. Общие положения
Высокочастотный фидер представляет собой устройство, предназначенное для передачи высокочастотной энергии от передатчика к антенне или от антенны к приемнику. К фидеру предъявляются следующие требования:
1. Потери электромагнитной энергии, передаваемой по фидеру должны быть минимальны.
2. Фидер должен обладать достаточной электрической прочностью, т.е. должен быть рассчитан на передачу требуемой мощности без опасности возникновения электрического пробоя.
3. При передаче сигнала по фидеру не должно происходитьискажения сигнала
4. Фидерные линии должны быть свободны от антенного эффекта, т. е. сами по себе не должны излучатьили принимать электромагнитные волны.
5. Фидерные линии должны быть удобными в эксплуатации.
В диапазон и т.д.................
