Линия передачи с дисперсией

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определить основные параметры, характеризующие линию передачи с дисперсией, а также выяснить принципиально важные в данном случае зависимостей этих параметров от частоты.

2. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Структурная схема лабораторной установки показана на рисунке 1. Все элементы ее передающего тракта соединены последовательно: генератор СВЧ 1, ферритовый стержень 2, регулируемый аттенюатор 3, измерительная линия 4,кроткозамкнутоя нагрузка 5. Индикаторная головка измерительной линии подключена к измерителю отношения напряжения 6.

Рисунок 1 - Функциональная схема установки для исследования прямоугольного волновода

2.1 Экспериментальные результаты

Измеряли размеры поперечного сечения прямоугольного волновода а и в: а=0,023м, в=0,01м.

Рассчитали критическую длину волны:

и критическую частоту по формуле

:

.

Установили частоту генератора не противоречащую условию и измеряли зависимость длины волны от частоты. Результаты измерения f и , а также длины волны в неограниченном пространстве, вычисленного по формуле записали в таблицу 1. Построили графики зависимости и от частоты (рисунок 1).

Таблица 1 - Зависимости длины волны в волноводе и неограниченном пространстве от частоты волны f

Рисунок 1 - Зависимости длины волны в волноводе и неограниченном пространстве от частоты волны f

2.2 Расчетные результаты

По формулам

рассчитаем зависимости фазовой скорости Vф и скорости переноса энергии Vэ от частоты, полученные нами экспериментальные значения.

Для этого и последующих пунктов рассчитаем и построим графики подставляя , , рассчитанных теоретически по формулам:

,

где измеряется в мм;

и .

Результаты занесли в таблицу 2 и построили графики (рисунок 2).

Таблица 2 - Экспериментальные и теоретические зависимости фазовой скорости Vф и скорости переноса энергии Vэ от частоты

Рисунок 2 - Экспериментальные и теоретические зависимости фазовой скорости Vф и скорости переноса энергии Vэ от частоты

Рассчитаем зависимости от частоты коэффициента фазы , характеристического сопротивления волны Н₁₀ и волнового сопротивления по формулам:

; ,

где Zc=337Oм - характеристическое сопротивление свободного пространства.

Таблица 3 - Экспериментальные и теоретические зависимости от частоты коэффициента фазы , характеристического сопротивления волны Н₁₀ и волнового сопротивления Zв

Рисунок 3 - Экспериментальные и теоретические зависимости от частоты коэффициента фазы , характеристического сопротивления волны Н₁₀ и волнового сопротивления Zв

Для граничных частот полосы найдем значения предельной и допустимой мощности (таблица 3), используя формулы:

; ,

где а, в - размеры поперечного сечения волновода, в см;

Рпр. и Рдоп. - в кВт.

Таблица 4 - Значение предельной и допустимой мощности для граничных частот экспериментальной полосы

Определим значение параметров на нижней граничной частоте при заполнении волновода диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью .

Таблица 5 - значения параметров при заполнении волновода диэлектриком на нижней граничной частоте (f =8000МГц)

Основные технические характеристики, полученные экспериментально, исследуемого волновода сведены в таблицу 5.

Таблица 6 - Основные технические характеристики волновода

3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Анализ результатов измерения частоты

Как видно из графика (рисунок 1) длина волны в волноводе и длина волны в неограниченном пространстве с увеличением частоты f уменьшается. Длина волны в неограниченном пространстве становится короче медленней, чем длина волны в волноводе . Длина волны в волноводе больше, чем в неограниченном пространстве и стремится к максимуму при подходе к критической частоте f = 65000МГц.

3.2 Анализ фазовой скорости Vф и скорости переноса энергии Vэ от частоты

При приближении к критической частот фазовая скорость Vф имеет максимум, а - минимум. При увеличении частоты фазовая скорость Vф уменьшается, а скорость переноса энергии Vэ - увеличивается. Скорости приближаются друг к другу при увеличении частоты.

3.3 Анализ коэффициента фазы , характеристического сопротивления волны Н₁₀ и волнового сопротивления Zв

Из графиков (рисунок 2) можно проследить зависимость коэффициента фазы от частоты - при увеличении частоты возрастает.

Это происходит потому, что он обратно пропорционален длине волны в волноводе , которая, в свою очередь, убывает при увеличении частоты.

Волновое сопротивление Zв с увеличением частоты уменьшается пропорционально характеристическому сопротивлению волны Н_{10 .}Теоретические значения сопротивлений несколько ниже экспериментальных.

3.4 Анализ предельной и допустимой мощности

Предельная и допустимая мощности с увеличением частоты возрастает. Это обусловлено уменьшением соотношения длины волны в волноводе к длине волны в неограниченном пространстве .

3.5 Анализ основных характеристик волновода при заполнении волновода диэлектриком

При заполнении волновода диэлектриком длина волны в волноводе и неограниченном пространстве становится короче. Фазовая и скорость переноса энергии Vэ не изменяют своего численного значения. Коэффициент фазы предельная и допустимая мощности увеличиваются.