POLITECHNIKA WARSZAWSKA
Instytut Radioelektroniki
Zakład Techniki Mikrofalowej i Radiolokacyjnej

LABORATORIUM POLA i FALE

POLA w PROWADNICACH

FALOWYCH

Ćwiczenie laboratoryjne nr 4 - sala 531

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z

podstawowymi cechami pól i fal w prowadnicach
falowych. W prowadnic falowych przedmiotem
obserwacji będą fale bieżące, częściowo stojące i
stojące. Mierzone będą parametry tych fal, takie
jak długość fali i współczynnik fali stojącej.
Przedmiotem pomiarów i obserwacji będą także
rozkłady pól w falowodzie prostokątnym oraz linii
wspołosiowej.

Zakres wymaganych wiadomości

• definicje:

współczynnika fali stojącej i

współczynnika odbicia
• fala

padająca prostopadle na granicę dwóch

ośrodków

• wyznaczanie obwiedni pola E i H gdy

zadany jest współczynnik odbicia

Γ na granicy

dwóch ośrodków

• wyznaczanie obwiedni pola E i H gdy dane

są impedancje ośrodków
• co to jest fala płaska ?
• co to jest linia współosiowa i falowodowa ? -
jakie rodzaje fal rozchodzą się w tych liniach ?
• zakres

częstotliwości, w których stosuje się

wyżej wymienione prowadnice falowe
• co to jest częstotliwość graniczna lub
graniczna długość fali (od czego zależą) ?
• do jakiej wartości zbliża się długość fali w
falowodzie gdy f

→f

g

, a do jakiej gdy f>>f

g

• znajomość rozkładu pola elektrycznego i
magnetycznego w linii współosiowej i
falowodowej
• co to jest rodzaj podstawowy ?
• definicje

impedancji

• właściwej

• falowej

• charakterystycznej

Literatura

[1] MORAWSKI T., GWAREK W. - Teoria pola
elektromagnetycznego, WNT, W-wa 1978
[2] Wykład POLA i FALE

1.

Linia współosiowa i falowodowa

Do obserwacji fali bieżącej, częściowo

stojącej i fali stojącej oraz do pomiaru
parametrów tych fal stosuje się układ pomiarowy
pokazany na rys. 1

G

D

N

Z

W

W

WLP

FLP

I

T

P

Rys. 1 Układ do pomiaru parametrów fal w linii
G - generator, I - izolator, T - tłumik regulowany,
FLP - falowodowa linia pomiarowa, W - wskaźnik
względnego natężenia pola elektrycznego, P -
przejście z linii falowodowej na współosiową,
Zakończenia linii : D - dopasowane obciążenie, N
- niedopasowane obciążenie, Z - zwarcie

Należy wyznaczyć:

•

długość fali w linii współosiowejj

λ

• długość fali w linii falowodowej λ

f

Długość fali mierzy się w prowadnicy falowej
zakończonej zwarciem.
Pomiaru dokonuje się w ten sposób, że mierzy się
położenia dwóch kolejnych minimów tej fali
l

1min

, l

2min

a następnie oblicza się długość fali ze

wzoru:

λ =

−

2

2

1

(

)

min

min

l

l

Długość fali w powietrzu jest związana z
częstotliwością sygnału zależnością:

λ

0

=

C

f

gdzie: C = 3 108 m/s, prędkość światła w próżni
• porównać długość fali w falowodzie z długością
fali w linii współosiowej
• znając wymiary falowodu, rodzaj pobudzonej
fali oraz długość fali w wolnej przestrzeni obliczyć
długość fali w falowodzie i porównać z długością
fali zmierzoną w falowodowej prowadnicy falowej
W układzie badanym boki falowodu wynoszą:
a = 23mm, b = 12mm a pobudzona fala jest
rodzaju H

10

.

Wielkości

λ

f

oraz

λ

0

są powiązane zależnością:

2

λ

λ

λ

λ

f

=

−

⎛
⎝

⎜⎜

⎞
⎠

⎟⎟

0

0

2

1

g

gdzie -

λ

g

graniczna długość fali

λ

g

zależy od rozmiarów falowodu [boki a,b] i

rodzaju fali. Dla rodzaju Em,n lub Hm,n λg

wynosi:

λ

g

=

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

+ ⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

2

2

2

m

a

n
b

2. Rozkład pola elektrycznego w
prowadnicy falowej

A.

W układzie jak na rys. 2 wyznaczyć
względny rozkład pola w linii zakończonej
zwarciem.

PF

G

Z

W

Rys. 2 Układ do pomiaru rozkładu pola w
prowadnicy falowej G - generator, PF - linia
pomiarowa, (współosiowa lub falowodowa)
W - wskaźnik względnego natężenia pola
elektrycznego, Z - zwarcie

Należy wyznaczyć:

• długość fali w prowadnicy falowej λ .
Długość fali mierzy się w prowadnicy falowej
zakończonej zwarciem.
Pomiaru dokonuje się w ten sposób, że mierzy się
położenia dwóch kolejnych minimów tej fali l

1min

,

l

2min

a następnie oblicza się długość fali ze wzoru:

λ =

−

2

2

1

(

)

min

min

l

l

• względny rozkład pola wzdłuż linii zakończonej
zwarciem
Należy ustawić sondę na linii pomiarowej w
maksimum pola elektrycznego oraz ustawić
wskazanie miernika W na zero decybeli.
Względne pole elektryczne odpowiadające
wskazaniu miernika w [dB] wyraża się wzorem:

(

)

E

w

w

20

z z

−

=

0

10

Uwaga: Względny rozkład pola należy wyznaczyć
pomiędzy dwoma minimami
Należy odczytać położenie sondy dla
następujących wartości wskazań miernika W :
-1dB, -2dB, -3dB, -6dB, -10dB, -16dB, -20dB

Względny rozkład teoretyczny dany jest
zależnością

(

)

(

)

E

w

z z

sin

z z

−

=

−

0

0

2

π

λ

gdzie z

o

– położenie minimum fali stojącej o

najmniejszej wartości zmiennej z na skali
podziałki linii pomiarowej.

Uwaga: Pomiary i wykres teoretyczny
należy umieścić na tym samym rysunku

B.

Wyznaczyć względny rozkład pola dla linii

zakończonej nieznanym obciążeniem. Na
podstawie sporządzonego wykresu wyznaczyć
współczynnik fali stojącej.

Należy odczytać położenie sondy dla
wartości wskazań miernika W : -1dB, -2dB, -
3dB.........