Описание экспериментальной установки
На рис. 2.3 изображена схема установки для исследования поля волны H10 в волноводе прямоугольного сечения размером 23×10 мм, которая состоит из измерительной волноводной линии 1 и секций, соединенных фланцами.
Рис. 2.3. Схема установки для исследования электромагнитного поля в волноводе.
Источником колебаний в данной работе служит генератор, работающий в сантиметровом диапазоне волн. СВЧ-колебания по коаксиальному кабелю поступают к штырю 2, являющемуся возбудителем поля в волноводе. Подвижной поршень 3 используется для согласования выходного сопротивления возбуждающего устройства (штыря) с волноводом. При согласовании получаем наиболее интенсивное возбуждение волновода. На конец волновода может подключаться закорачивающая пластина или поглощающая нагрузка 4, представляющая собой отрезок волновода, куда вставлено несколько поглощающих пластинок, расположенных параллельно электрическим силовым линиям поля волны типа H10. Отрезок волновода с продольной щелью в широкой стенке, вдоль которой перемещается измерительная каретка с зондом-штырем 5, проходящим внутрь волновода, является волноводной измерительной линией. Зонд линии через детектор соединен с микроамперметром, благодаря чему оказывается возможным измерять относительные значения напряженности электрического поля в волноводе. В одном из фланцевых соединений сделан специальный зазор 6 для введения в волновод фильтров − металлических решеток, щели в которых прорезаны параллельно широкой (рис. 2.4 а) или узкой (рис. 2.4 б) стенке волновода.
Для изучения распределения напряженности магнитного поля в поперечном сечении волновода служит измерительная каретка с зондом-петлей 7. Так как в широкой стенке прямоугольного волновода с волной типа H10 нельзя прорезать поперечную щель, не нарушив распределения поля в волноводе, зонд этой измерительной линии движется вместе с притертой крышкой в верхней стенке.
Рис. 2.4. Решетчатые фильтры.
Таким образом, для измерения напряженности электрического поля в качестве зонда используется небольшой штырь, вводимый в волновод, а для измерения напряженности магнитного поля – небольшая петля. Конструктивно электрический и магнитный зонды выполнены в виде отдельных детекторных блоков, вставляемых в отверстие в притертой крышке по мере необходимости. К лабораторной установке прилагается несколько отрезков прямоугольных волноводов с прорезанными узкими щелями.
Домашнее задание
1. Рассчитать длину волны H10 в волноводе, если генератор СВЧ работает на частоте 10 ГГц.
Оценить диапазоны длин волн и частот, в которых волновод может быть применен при использовании волны типа H10. Проверить, выполняется ли условие невозможности существования волны типа H10.
2. Изобразить картину поля волны типа H10 в прямоугольном волноводе.
Построить следующие графики составляющих поля волны типа в поперечном сечении волновода:
;
;
.
3. Построить картину распределения токов в стенках волновода в слу-чае волны типа H10. Изобразить на рисунке щели, являющиеся излучающими и неизлучающими, в волноводах с волнами заданного типа.