Экспериментальная часть

3.1Определение диэлектрической проницаемости сред

В основе метода лежит зависимость длины волны в волноводе от диэлектрической проницаемости исследуемого материала, заполняющего волновод:

. (18)

Здесь

ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды,

- длина волны в вакууме на частоте f,

а - размер широкой стенки прямоугольного волновода (в действующей лабораторной установке а=23мм).

Из (18) следует, что

. (19)

Образец среды представляет собой стержень прямоугольного сечения, выполненный из материала четырех типов: второпласта, оргстекла, текстолита и дерева. Все эти образцы являются однородной изотропной средой, т.е. такой средой, электромагнитные характеристики которой не зависят от координат и направления распространения волны.

Порядок выполнения задания

1. Тумблером «Сеть» включить генератор1 и измеритель напряжения 4.

2. Установить образец среды в волноводканавкой вверх скосом в направлении нагрузки.

3. К выходу волновода в качестве нагрузки необходимо присоединить короткозамыкатель (5). В результате интерференции двух бегущих волн – прямой волны от генератора и отражённой волны от короткозамыкателя – образуется стоячая волна (рис.2).

4. Настроить измерительную линию на заданную преподавателем частоту.

Критерием настройки измерительной линии служит максимально возможное отклонение стрелки измерительного прибора (4). Если прибор «зашкаливает», то необходимо уменьшить уровень сигнала на выходе генератора.

5. Перемещая каретку с зондом по измерительной линии, определить с помошью измерительной линейки, установленной на линии, положение двух соседних минимумов стоячей волны.

6. Определить длину волны в волноводе как показано на рис.2. В режиме стоячей волны длина волны в волноводе равна удвоенному расстоянию между любыми двумя соседними узлами стоячей волны.

7. Измерения повторить для всех предложенных образцов.

8. С помощью формулы (17) определить относительную диэлектрическую проницаемость сред.

Рис.2. К определению длины волны в волноводе

3.2 Определение коэффициента затухания

Методика определения коэффициента затухания основывается на измерении зависимости напряженности поля от расстояния в режиме бегущей волны и вычислении коэффициента затухания по формуле (20).

По мере распространения в среде, заполняющей волновод, волна испытывает затухание по экспоненциальному закону (рис.3):

, (20)

где ­­ начальное значение амплитуды напряженности поля,

α - коэффициент затухания,

z - координата расстояния.

Рис.3. Затухание волны в среде с потерями.

Порядок выполнения задания

1.Установить на конце волновода измерительной линии вместо короткозамыкателя согласованную поглощающую нагрузку 6.

2. Перемещая индикаторную головку с зондом вдоль измерительной линии, измерить зависимость напряженности поля от расстояния.

При измерении индикаторную головку следует перемещать от генератора к нагрузке. За нулевую координату можно принять начало измерительной линейки волновода и перемещать каретку с зондом с шагом 3 мм вдоль всего волновода.

3. Для определения коэффициента затухания по результатам эксперимента построить график распределения напряжённости поля бегущей волны. После этого график следует аппроксимировать плавной экспоненциальной кривой, на которой выбрать любые две точки, разнесенные на некоторое расстояние . При этом отношение амплитуд поля в двух точках, разнесенных на расстояние , определяется как

(21)

Откуда (22)

При построении графиков зависимости уровня поля от расстояния учесть, что диод детектора имеет квадратичную вольт – амперную характеристику. Поэтому оконечный прибор измеряет уровень, пропорциональный квадрату тока диода, т.е.величину, пропорциональную мощности сигнала. Для получения величин, пропорциональных напряженности поля, из показаний прибора необходимо извлечь квадратный корень.

Оба пункта задания повторить для всех четырех предложенных образцов сред.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

1. Отчет оформляется по установленной форме.

2. Блок-схема лабораторной установки.

3. Результаты предварительного расчета.

4. Графики распределения напряженности электрического поля вдоль измерительной линии.

5. Значения , , полученные на основании эксперимента.

6.Выводы о работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется электромагнитной волной?

2. Назовите свойства плоской волны.

3. Что называется длиной волны?

4. Объяснить физический смысл фазовой постоянной.

5. Запишите решение волнового уравнения для плоской волны и объясните значение каждого символа.

6. Чем обусловлены потери в диэлектриках и проводниках?

7. Что называется углом потерь?

8. Объясните методику экспериментального определения основных электромагнитных свойств сред.