Исследование линий передачи поверхностных электромагнитных волн

Лабораторная работа №2

«Исследование линии передачи поверхностных электромагнитных волн»

Выполнил: ст. гр. 10ЕК2у

Татаринцев Ю. С.

Костюньков С.А

Швецов А.Н.

Проверил:

Якимов А.Н.

Пенза 2012

Лабораторная работа №2.

Исследование линий передачи поверхностных электромагнитных волн.

Цель работы: изучение электродинамических условий возникновения поверхностной волны, методов измерения ее основных параметров, исследование характеристик поверхностной волны, распространяющейся вдоль плоских замеряющих структур.

Общие сведения.

Под поверхностной волной понимают электромагнитную волну, которая распространяется вдоль поверхности раздела двух сред и фактически существует лишь в некотором слое, примыкающем к этой поверхности.

Описание лабораторной установки.

Лабораторная установка (рисунок 1) содержит: излучающую рупорную антенну 1, питаемую от СВЧ генератора; плоскую замедляющую структуру 2, возбуждаемую этой антенной; СВЧ зонды 3 и 4, в качестве которых использованы детектирующие СВЧ диоды; систему перемещения 5 зонда 4 в вертикальной плоскости; экранированные провода 6, обеспечивающие с помощью переключателя 7 подключение зондов 3 и 4 поочередно к измерительной головке 8; систему перемещения зонда 3 в горизонтальной плоскости вдоль оси излучения 9; плоский металлический экран 10 для создания режима стоячих волн; элементы крепления функциональных узлов установки 11.

Рисунок 1. Схема лабораторной установки.

Расчетная часть.

Рассчитаем коэффициенты затухания и замедления для диэлектрической пластины на металле (h=5 мм) и плоской металлической ребристой структуры (a=6 мм, d=7 мм, h=8 мм) при λ=4,2 см и относительной диэлектрической проницаемости пластины .

Для диэлектрической пластины на металле коэффициент замедления из формулы:

имеет значение равное:

Из формулы:

найдем коэффициент затухания, где , .

Для плоской металлической ребристой структуры определим:

Рассчитаем для исследуемых структур зависимости и , предусмотрев изменение коэффициента замедления в интервале от 1 до 1,5. Расчет представить в табличном и графическом видах.

Для диэлектрической пластины на металле зависимость имеет вид:

,

Представим вычисления в виде таблицы, подставляя значения коэффициента замедления от 1 до 1,5.

Таблица 1. Данные расчетной зависимости

		1,05	1,1	1,15	1,2	1,25	1,3	1,35	1,4	1,45	1,5
		0,142	0,152	0,168	0,176	0,188	0,196	0,260	0,249	0,135	0,12

По данным таблицы построим зависимость

Рисунок 2. График зависимости .

Для плоской металлической ребристой структуры можем записать:

Представим вычисления в виде таблицы, подставляя значения коэффициента замедления от 1 до 1,5.

Таблица 2. Данные расчетной зависимости .

		1,05	1,1	1,15	1,2	1,25	1,3	1,35	1,4	1,45	1,5
		0,153	0,215	0,264	0,296	0,435	0,471	0,505	0,538	0,569	0,6

По данным таблицы построим зависимость .

Рисунок 3. График зависимости .

Произведем расчет основных параметров поверхностной волны диэлектрической пластины на металле при .

Начнем с определения длинны волны , в режиме стоячих волн, вдоль замедляющей структуры. Для этого фиксируют отражательный экран перпендикулярно направлению распространения волны и фиксируют положения минимумов напряженности поля. Удвоенное расстояние между соседними минимумами есть длинна волны . Для уточнения величины этой длинны волны пользуются «методом вилки».

По полученным значениям длинны волны , определим экспериментальные коэффициенты замедления по следующей формуле:

Исходные данные и расчетные величины занесем в таблицу 3.

Таблица 3. Исходные данные расчета и расчетные экспериментальные значения.

Структура	x1, см	U, мВ	x2, см	U, мВ	λ1, см	, см	ξ
С двумя диэлектриками	15,4		14,0		2,2	2,3	1,391304
	14,7		13,5	16,5	2,4
С одним диэлектриком	14,0		14,1		2,8	2,5	1,28
	13,5		13,0		2,2
Крупноребристая	16,4		15,2			3,1	1,032258
	15,8		14,5		3,2
Мелкоребристая	13,9		15,0		3,4	3,3	0,969697
	14,3		15,8		3,2

Произведем измерение распределения поля вдоль оси распространения волны. Результаты измерений занесем в таблицу 4.

Таблица 4. Распределение поля вдоль оси распространения.

Структура	x
	U
Мелкоребристая				0,2	0,3
Крупноребристая					0,5	0,6		3,5				15,5
С одним диэлектриком				0,8	0,8		3,5
С двумя диэлектриками												10,6

По данным таблицы построим зависимость распределения поля от длинны пластины.

Рисунок 4. Зависимость распределения поля от длинны пластины.

Построим зависимость фазовой скорости поверхностной волны от частоты определяется по формуле:

Воспользовавшись таблицей 3, для определения длинны поверхностной волны , и приняв интервал изменения длинны волны генератора , построим зависимость фазовой скорости от длины волны генератора. Занесем расчетные данные в таблицу 5.

Таблица 5. Определение фазовой скорости.

2,25		413333333,3	333333334,4	306666667,8
2,5
2,75		338181812,7	272727278,9	250909091,0
3,25	304615388,8	286153847,2	230769238,6	212307693,4
3,5	282857149,9	265714288,2	214285710,8	197142858,2
3,75
	мелкоребристая	крупноребристая	с одним диэлектриком	с двумя диэлектриками

Рисунок 5. Зависимость фазовой скорости поверхностной волны от частоты генератора.

Вывод: в данной лабораторной работе изучили поверхностные волны, методы их образования, изучили и определили основные ее характеристики. После анализа теоретических данных и экспериментальных можно сказать, что они отличаются незначительно, например параметр . Выяснили, что этот коэффициент сильно зависит от геометрии замедляющей структуры. Определили, что фазовая скорость зависит от вида и типа замедляющей структуры, она увеличивается при увеличении частоты, и уменьшается при уменьшении. А так же произвели построение всех сопутствующих характеристик.