Материал: Волноводные устройства и их переходы. методические указания к лабораторным работам по дисциплине Техническая электродинамика. Филатов В.И., Филатов И.А
Домашнее задание и методические указания по его выполнению
Дать краткое описание волноводных переходов, наиболее часто используемых на практике.
Для выполнения этого пункта задания нужно изучить материал соответствующих лекций по курсу «Техническая электродинамика», а также проработать материал по следующим литературным источникам [1, с.98 - 103]; [3, с.226 -232].
При описании переходов отметить их достоинства и недостатки, области применения, способы согласования с соединяемыми элементами волноводного тракта, а также обратить внимание на трансформацию типов волн в переходах.
Вопросы к домашнему заданию
1. Каким образом изменяется эквивалентное сопротивление в переходе с прямоугольного волновода на прямоугольный?
2. Какие типы СВЧ переходов наиболее часто используются на практике?
3. Каковы условия существования только одной волны Н10 в переходе с прямоугольного волновода на прямоугольный?
4. 3а счет чего в соосном переходе с прямоугольного волновода на круглый происходит преобразование волны Н10 в волну Н11?
5. Из каких соображений выбирается длина соосных переходов?
6. Почему в перпендикулярном переходе с прямоугольного волновода на круглый волна E01 проходит беспрепятственно, а волна Н11 гасится?
7. Из каких соображений выбирается длина гасящего объема?
8. Чем обусловлено различие в диаметрах круглого волновода и его гасящего объема?
9. Можно ли в переходе с преобразованием волны Н10 в E01 погасить волну Н11 за счет выбора радиуса круглого волновода?
10. Каковы достоинства и недостатки биноминальных и чебышевских переходов?
11. В чем состоит достоинство экспоненциального перехода?
12. Какова трансформация типов волн в коаксиально-волноводных переходах?
13. Что является элементом связи между коаксиальной линией и прямоугольным волноводом в коаксиально-волноводных переходах?
14. Можно ли повысить электрическую прочность волноводных переходов без изменения их размеров?
15. Влияет ли на электрическую прочность перехода (рис.3) наличие в нем согласующей диафрагмы?
Лабораторное задание и методические указания по его выполнению
Лабораторное задание включает в свой состав следующие пункты:
1. Изучить по образцам конструктивные особенности всех СВЧ
переходов (их количество и конкретные типы указываются преподавателем).
2. Измерить все размеры СВЧ переходов и составить эскизы чертежей.
3. Для перехода с прямоугольного волновода на прямоугольный:
а) определить расчетным путем по измеренным размерам граничные длины волн λгн и λгв, а также минимальную (λmin) , среднюю (λcp) и максимальную (λmax) длины рабочих волн и полосу пропускания ∆λ;
б) найти число полуволн, укладывающихся в переходе при трех значениях длины волны: λ= λmin, λcp, λmax;
в) построить зависимость длины волны в волноводе λв от текущей длины перехода при λ=λmin, λcp, λmax.
4. Для соосного перехода с прямоугольного волновода на круглый с преобразованием волны Н10 в волну Н11 определить на основании измеренных размеров:
а) длины волн: λгн, λгв, λmin, λcp, λmax;
б) полосу пропускания ∆λ;
в) длину волны в волноводе λвН11 в круглой части перехода.
5. Для перпендикулярного перехода с прямоугольного волновода на круглый с преобразованием волны Н10 в волну E01 определить по измеренным размерам:
а) рабочую длину волны λ;
б) критические длины волн в круглом волноводе и его гасящем объеме при колебаниях типа Н11 и E01 (λкрН11, λкр.г.Н11, λкрЕ01, λкр.г.Е01);
в) длины волн в волноводе в круглой части перехода и гасящем объеме: λвН11, λвЕ01, λвгН11, λвгЕ01.
6. Для всех переходов, в том числе и для перехода с коаксиальной линии на прямоугольный волновод, определить предельную пропускаемую мощность.
В пункте 1 студенты должны выяснить конструктивные особенности элементов связи переходов с одной линии передачи на другую, их согласующих устройств, элементов сочленения, элементов крепления и т.п.
Линейные размеры СВЧ переходов и их отдельных составных частей измеряются, как уже отмечалось, с помощью линейки и штангенциркуля.
Для нахождения величин λгн, λгв, λmin, λcp, λmax и ∆λ нужно воспользоваться соотношениями (2), (3), (9), (10) и (16) При этом за а2 принять наибольший из широких размеров перехода.
Число полуволн n, укладывающихся в переходе с прямоугольного волновода на прямоугольный, может быть найдено на основании (1).
Для построения графиков функциональной зависимости λв=F( ) по пункту Зв необходимо использовать равенство (6), подставляя в него значения от 0 до L, а вместо λ соответственно λmin, λcp, λmax.
Критические длины волн в круглом волноводе и его гасящем объеме (пункт 5б) определяются с помощью соотношений:
Длины волн в волноводе для круглой части переходов и гасящего объема (пункты 4в и 5в) находятся по формулам:
Для определения рабочей длины волны λ (по пункту 5а) необходимо воспользоваться соотношением (13).
Пропускаемые по переходам предельные мощности можно найти с помощью формул (17) - (20), причем для каждого перехода из двух определяемых мощностей за предельную следует принять наименьшую из них.
5. Содержание отчета
Отчет по выполненной лабораторной работе должен содержать:
5.1 Результаты выполнения домашнего задания.
5.2 Результаты по всем пунктам лабораторного задания.
5.3 Графические материалы.
5.4 Краткие выводы по всем этапам исследований.
6. Контрольные вопросы по выполненной лабораторной работе
1. В каких случаях условие существования только волны Н10 в прямоугольном волноводе определяется критической длиной одной из волн: Н20 или H01?
2. Как определяется полоса пропускания соосного перехода с прямоугольного волновода на прямоугольный?
3. Как определяется полоса пропускания соосного перехода с прямоугольного волновода на круглый?
4. Как определяется полоса пропускания перпендикулярного перехода с прямоугольного волновода на круглый?
5. Как определяется полоса пропускания перпендикулярного перехода с коаксиальной линии на прямоугольный волновод?
6. Какие из исследуемых в лабораторной работе переходов можно отнести к Е- или Н-тройниковым разветвлениям?
7. Изобразить графически при волне Н11 эквивалентную схему гасящего объема перехода в виде двухпроводной линии с указанием ее продольного размера в длинах волн.
8. Изобразить графически картину электромагнитного поля в соосном переходе с прямоугольного волновода на прямоугольный.
9. Указать и объяснить в каких поперечных сечениях пологосоосного металлического перехода с прямоугольного волновода на прямоугольный электрическая прочность будет максимальной и минимальной.
10. Какое из поперечных сечений соосного перехода с прямоугольного волновода на прямоугольный определяет предельную пропускаемую мощность по переходу? Пояснить физически и аналитически.
11. Какой фазовый сдвиг имеют волны, распространяющиеся от места возбуждения в разные стороны в круглой части перехода с гасящим объемом?
12. Изобразить графически картину электромагнитного поля в соосном переходе с прямоугольного волновода на круглый.
13. Влияет ли гасящий объем на электрическую прочность перехода? Пояснить аналитически.
14. Изобразить графически картину электромагнитного поля в коаксиально-волноводном переходе.
15. Изобразить графически изменение длины волны колебаний вдоль оси коаксиально-волноводного перехода.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Конструкции СВЧ устройств и экранов / Под ред. А.М. Чернушенко. - М.: Радио и связь, 1983. - 400с.
2. Баскаков С.И. Основы электродинамики. - М.: Советское радио, 1973. - 248с.
3. Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1981. - 205с.
СОДЕРЖАНИЕ
лабораторная работа №1
ПОЛЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВОЛНОВОДЫ
ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ……………………………………………3
лабораторная работа №2
СООСНЫЕ И ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫЕ
ВОЛНОВОДНЫЕ ПЕРЕХОДЫ………………………………………….13
Библиографический список………………………………………………24
ВОЛНОВОДНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИХ ПЕРЕХОДЫ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным №1,2 по дисциплине
«Техническая электродинамика» для студентов
специальности 210201 «Проектирование и технология
радиоэлектронных средств» очной и заочной форм обучения
Составители: канд. техн. наук В.И.Филатов,
канд. техн. наук И.А.Филатов.
В авторской редакции
Подписано в печать
Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов.
Усл. печ. л. Уч.- изд. л.
ГОУВПО «Воронежский государственный технический
университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14