Celem ćwiczenia jest ugruntowanie znajomość parametrów linii przesyłowych oraz wiedzy z zachowania się fal elektromagnetycznych w liniach przesyłowych, jak również zaznajomienie z praktycznymi metodami pomiaru podstawowych parametrów fali elektromagnetycznej za pomocą linii pomiarowej.

Opis badanego układu

Linia przesyłowa (prowadnica falowa) jest to układ powierzchni granicznych różnych materiałów, umożliwiający skierowany przepływ energii pola elektromagnetycznego.

Sposobem opisu linii przesyłowych jest opis obwodowy. Dowolną linię przesyłową w opisie obwodowym przedstawiamy za pomocą układu zastępczego w postaci linii dwuprzewodowej. Linia przesyłowa obciążona odbiornikiem energii o impedancji wejściowej Z_k. Zakładamy liniowość odbiornika energii oraz bezstratność linii przesyłowej.

Odległość l od odbiornika energii będzie odmierzana od płaszczyzny odniesienia T, traktowanej jako płaszczyzna wejściowa. Napięcie i prąd w odległości l od wejścia odbiornika wyznaczyć można w oparciu zależności:

U(l) = U_p − exp(−jβl) + U₀exp(jβl)

I(l) = I_pexp(−jβl) + I₀exp(jβl)

Jedna z wielkości charakteryzujących wpływ obciążenia na proces propagacji fali w linii przesyłowej jest współczynnik odbicia Γ_k, zdefiniowany jako stosunek zespolonych amplitud odbitych i padających fal prądowych lub napięciowych, określonych w płaszczyźnie T tzn. dla l = 0:

$$\Gamma_{k} = \frac{U_{0}}{U_{p}} = - \frac{I_{0}}{I_{p}}$$

Metoda widełkowa

Dokładność wyznaczenia argumentu współczynnika odbicia decyduje dokładność pomiaru położenia minimum napięcia. W celu zwiększenia dokładności wyznaczenia minimum napięcia stosuje się tzw. metodę widełkową. Metoda ta polega na pomiarze szerokości minimum przez ustalenie położeń sond L₁ i L₂ z obu stron minimum napięcia, przy których wskazania woltomierza są jednakowe. Położenie minimum jest średnią arytmetyczną wartości L₁ i L₂:

Pomiar długości fali propagującej się w linii przesyłowej

Do wyznaczenia argumentu współczynnika odbicia konieczna jest znajomość długości fali w linii pomiarowej λ_f. Liczymy to z częstotliwości generatora oraz parametrów linii. Pomiar długości fali może być zrealizowany jednocześnie z pomiarem położenia pierwszego zera napięcia l₀₁ linii zwartej. W tym celu należy określić położenie następnego zera następnego zera napięcia l₀₂ i obliczyć długość fali w linii z zależności:

λ_f = 2(l₀₂−l₀₁)