Лабораторный комплекс «Исследование электромагнитных волн в волноводах»

Установка «Исследование ЭМВ на границе раздела сред» предназначена для проведения лабораторно-практических занятий в учреждениях начального профессионального, среднего профессионального и высшего профессионального образования, для получения базовых и углубленных профессиональных знаний и навыков по таким дисциплинам как электродинамика и распространение радиоволн.

Комплект учебного оборудования позволяет:

1. Проводить экспериментальное исследование условий распространения ЭМВ в волноводах на различных частотах.
2. Экспериментально проводить измерения электромагнитных полей в волноводах в режиме бегущих, стоячих и смешанных волн.
3. Экспериментально оценивать и проводить сравнительный анализ расчетного и графического способов определения длины волны в волноводе.
4. Экспериментально определять тип волны в волноводе в различных режимах волн.

Состав комплекса

1. Лабораторная установка № 1

Предназначена для экспериментального определения условия распространения ЭМВ в волноводах на частотах f < fкр и f > fкр.

Лабораторная установка № 1состоит из следующих элементов:

– генератор высокочастотных колебаний, позволяющий плавно подстраивать частоту для экспериментального определения критической частоты fкр;

– волноводный рефлектометр на основе направленного ответвителя сантиметрового диапазона;

– мультиметры (микроамперметры детекторных секций) мощности проходящей и отраженной волны;

– волноводный переход между волноводами разных поперечных сечений;

– исследуемый волновод сантиметрового диапазона, имеющий ответвление с резонансной камерой и детекторной головкой, нагруженный на поглощающую нагрузку.

Примерная принципиальная схема лабораторной установки № 1 представлена на рисунке, на схеме показаны и обозначены следующие элементы: W1, W3, W9 – соединение контактное несимметричное; W2 – переход коаксиально-волноводный; W4, W17– поглощающая нагрузка; W5 – ответвитель направленный; W6, W11 – детекторная секция; W7, W14, W16 – зонд связи; W8 – короткозамыкатель; W10 – переход волноводный плавный; W12 – короткозамыкатель подвижный; W13 – петля связи; W15– резонатор настраиваемый.

Коаксиальный кабель обеспечивает передачу электромагнитных колебаний от генератора к нижнему волноводу рефлектометра, в котором возбуждается волна Н10.

На частотах f, выше критической частоты волны Н10 в волноводе, с соответствующими размерами поперечного сечения а´в волна Н10 проходит исследуемый волновод. Часть энергии проходящей (прямой) волны ответвляется в Н-плечо Т-образного ответвления исследуемого волновода с коаксиальной резонансной камерой и детекторной головкой. Настройка на частоту прямой волны осуществляется короткозамыкателем Н-плеча, обеспечивающим наилучшее прохождение части энергии прямой волны в резонансную камеру и, соответственно, наилучшие условия для фиксирования прохождения прямых волн малой мощности. Мощность прямой волны фиксируется по показаниям мультиметра (микроамперметра mА1). При изменении частоты генератора до значений, близких к критической и ниже критической, основная доля энергии волны Н10 отражается от исследуемого волновода. Мощность отраженной волны, проходящей в рефлектометре в его верхний волновод, фиксируется по показаниям мультиметра (микроамперметра mА2).

2. Лабораторная установка № 2

Предназначена для исследования структуры поля волны Н10 в прямоугольном волноводе и экспериментального определения длины электромагнитной волны в волноводе.

Лабораторная установка № 2 состоит из следующих элементов:

отрезок волновода сантиметрового диапазона длинной порядка трех длин волн в волноводе;

измерительный зонд с детекторной головкой;

мультиметр;

генератор сантиметрового диапазона.

Отрезок волновода закрыт стенкой с одной стороны и открыт с другой. Возбуждение электромагнитных колебаний в волноводе происходит с помощью штыря в полости волновода, расположенного на расстоянии L/4 от закрывающей стенки закрытого конца волновода и на расстоянии а/2 от узких стенок (L – длина волны в волноводе, а – размер широкой стенки в поперечном сечении волновода).

Примерная принципиальная схема лабораторной установки № 2 представлена на рисунке, на схеме показаны и обозначены следующие элементы: W1, W6– соединение контактное несимметричное; W2 – коаксиально-волноводный переход; W3 – отрезок волновода с отверстиями; W4 – зонд связи регулируемый; W5 – детекторная секция; W7 – заглушка волновода.

От генератора ЭМК по коаксиальному кабелю подаются на разъем штыря. Таким образом, в волноводе возбуждается волна Н10.

Верхняя широкая стенка волновода по середине вдоль волновода имеет 20 измерительных отверстия (измерительные точки) и 7 точек поперек волновода вдоль широкой стенки у открытого конца (раскрыва). Раскрыв волновода может закрываться придаваемой заглушкой для обеспечения различных режимов волн.

Распространяющаяся к раскрыву волновода прямая ЭМВ Н10 и отраженная от неоднородности, в качестве которой выступают открытый и закрытый заглушкой раскрыв волновода, образуют в волноводе либо режим смешанных волн, либо режим стоячих волн.

Эти режимы определяются величиной коэффициента бегущей волны (КБВ):

КБВ = 0 ¸ 0,3 – режим стоячих волн;

КБВ = 0,3 ¸ 0,75 – режим смешанных волн;

КБВ = 0,75 и выше – режим бегущих волн.

Измеряя в каждой точке вдоль волновода плотность потока мощности, получают в конечном итоге картину поля вдоль волновода. Измерения поперек волновода позволяют получить картину поля волны Н10 поперек волновода.

Зонд детекторной головки в измерительную точку вставляется без усилий на полную глубину погружения зонда. Съем показаний мультеметра (микроамперметра) осуществляется при таком положении, при котором показания спокойно выходит на максимальную величину.

3. Набор аксессуаров и документов – 1 шт.
4. Комплект соединительных проводов и сетевых шнуров – 1 шт.

Комплект представляет собой минимальный набор соединительных проводов и сетевых шнуров, необходимых для выполнения базовых экспериментов.

5. Паспорт – 1 шт.

Паспорт – основной документ, определяющий название, состав комплекса, а также гарантийные обязательства.

6. Комплект технической документации – 1 шт.
7. Техническое описание оборудование – 1 шт.

Техническое описание оборудования – это комплект сопроводительной документации лабораторного комплекса с подробным описанием основных технических характеристик.