Материал: Соосные и перпендикулярные волноводные переходы. методические указания к выполнению лабораторной работы № 2 по курсу «Техническая электродинамика». Худяков Ю.В

Допустимой (рабочей) мощностью называют предельную мощность пропускания, умноженную на коэффициент запаса, то есть

.

Нужно отметить, что соотношения (17) - (20) верны лишь для импульсного режима работы, поскольку они учитывают только электрические причины пробоя.

2. 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.

3. 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. За счет чего в соосном переходе с прямоугольного волновода на круглый происходит преобразование волны Н₁₀ в волну H₁₁?

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 H₁₁ 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?

4. 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 и , а также минимальную , среднюю и максимальную длины рабочих волн и полосу пропускания ;

б) найти число полуволн, укладывающихся в переходе при трех значениях длины волны: , ;

в) построить зависимость длины волны в волноводе от текущей длины перехода ℓ при , . 4. Для соосного перехода с прямоугольного волновода на круглый с преобразованием волны Н₁₀ в волну Н₁₁ определить на основании измеренных размеров:

а) длины волн: , , , , ;

б) полосу пропускания ;

в) длину волны в волноводе 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 ;

б) критические длины волн в круглом волноводе и его гасящем объеме при колебаниях типа Н₁₁ и E₀₁ ( , , , );

в) длины волн в волноводе в круглой части перехода и гасящем объеме: , , . 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 , , , , и нужно воспользоваться соотношениями (2), (3), (9), (10) и (16). При этом за а₂ принять наибольший из широких размеров перехода.

Число полуволн , укладывающихся в переходе с прямоугольного волновода на прямоугольный, может быть найдено на основании (1).

Для построения графиков функциональной зависимости по пункту 3в необходимо использовать равенство (6), подставляя в него значения ℓ от 0 до L, а вместо соответственно

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 (по пункту 5 а) 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:

1. результаты выполнения домашнего задания;

2. результаты по всем пунктам лабораторного задания;

3. графические материалы;

4. краткие выводы по всем этапам исследований.

6. Контрольные вопросы по выполненной лабораторной работе

1. В каких случаях условие существования только волны Н₁₁ в прямоугольном волноводе определяется критической длиной одной из волн: Н₂₀ или Н₀₁?

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 полого соосного 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. Сазонов, Д.М. Устройства СВЧ [Текст] : учеб. пособие для вузов / Д.М. Сазонов, А.Н. Гридин, Б.А. Мишустин. – М. : Высшая школа, 1981.- 295 с.

2. Конструкции СВЧ устройств и экранов[Текст] : учеб. пособие для вузов / под ред. А.М. Чернушенко. - М. : Радио и связь, 1983. – 400 с.

3. Баскаков, С.И. Основы электродинамики [Текст] : учеб. пособие для вузов / С.И. Баскаков. - М. : Советское радио, 1973. – 248 с.

Содержание

1. Общие указания……………………………. ……….1

1.1. Цель работы……………………………………….1 1.2.Краткие теоретические сведения…………………1

2. Домашнее задание и методические указания по его выполнению……………………………………………10

3. Вопросы к домашнему заданию……………………10

4. Лабораторное задание и методические указания по его выполнению…………………………………12

5. Содержание отчета………………………………….15

6. Контрольные вопросы по выполненной

лабораторной работе………………………………….15

Библиографический список…………………………16