Ćwiczenie 59

Temat : BADANIE PROPAGACJI MIKROFAL

1) Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest zapoznanie ze sposobem rozchodzenia się fali elektromagnetycznej o długości rzędu centymetrów, czyli tzw. mikrofal, a także wyznaczenie parametrów fali.

2) Wprowadzenie :

Przez mikrofale rozumiemy fale elektromagnetyczne o długościach od 0,1m do 0,001m. Korzystną cechą mikrofal jest to, że ich długość jest porównywalna z rozmiarami badanego obiektu. Przy niskich częstotliwościach fala elektromagnetyczna rozchodzi się wzdłuż linii transmisyjnych. W obszarze mikrofal analiza zjawisk falowych jest stosowana zarówno w linii transmisyjnej jak i w przestrzeni otwartej.

Fale elektromagnetyczna o długości około 3 cm jest generowana klistronem refleksowym i przez elementy sprzęgające wprowadza do falowodu prostokątnego. Falowód jest zakończony anteną nadawczą. W pewnej odległości znajduje się tuba odbiorcza z diodą detekcyjną. Dioda połączona jest z miernikiem elektrycznym.

3) Układ pomiarowy :

1- głowica klistronu 7- ramię z podziałką milimetrową

2- tłumik fali 8- stolik z podziałką kątową

3- tuba nadawcza 9- ramię z podziałką milimetrową

4- tuba odbiorcza Z- zasilacz klistronu

5- głowica detekcyjna V- woltomierz

6- ruchome podstawki

Klistron refleksowy - generator fali ciągłej w zakresie częstotliwości mikrofalowych.

Głowica detekcyjna - składa się z odcinka falowodu na osi którego znajduje się dioda

półprzewodnikową.

4) Dyskusja błędów :

5) Pomiar charakterystyki kierunkowej tuby nadawczej :

Wyznaczamy w płaszczyźnie poziomej rozkład mocy P tuby nadawczej N, zmieniając położenie tuby odbiorczej O przy ustalonej odległości.

a) Dane :

r = 50cm ; Φ ∈ ( 0° - 30°) co 2.5°; Umax =1 mV;

f(Φ) = (U/Umax)*100%

b) Tabela wyników :

Kąt ustawienia tuby odbiorczej ( ° )	Wskazanie woltomierza ( mV )	f(Φ) = (U/Umax)*100% ( % )
0.0	3.00 ( 1.00 )	100
2.5	2.88 ( 0.96 )	96
5.0	2.59 ( 0.86 )	86
7.5	2.28 ( 0.76 )	76
10	1.87 ( 0.62 )	62
12.5	1.48 ( 0.49 )	49
15	1.10 ( 0.36 )	36
17.5	0.91 ( 0.30 )	30
20	0.66 ( 0.22 )	22
22.5	0.45 ( 0.15 )	15
25	0.32 ( 0.11 )	11
27.5	0.18 ( 0.06 )	6
30	0.09 ( 0.03 )	3

c) Wnioski :

Dla tych pomiarów wykonano wykres zależności natężenia promieniowania od kąta Ud(f). Ze względu na symetryczną budowę nadajnika wykres tej zależności dla kątów ujemnych będzie symetryczna względem osi Ud. Wykres nr 1 przedstawia charakterystykę kierunkową nadajnika mikrofalowego. Taki a nie inny kształt krzywej jest spowodowany konstrukcją klistronu i tuby nadawczej i widać, że najsilniejsze promieniowanie możemy wykryć na osi przyrządu.

6) Badanie długości fali za pomocą interferometru Michelsona :

a) Układ pomiarowy :

13. płyta metalowa P- płyta półprzepuszczalna

Przesuwamy powoli jedną z płyt metalowych wzdłuż osi. Notujemy położenie płyty gdy na woltomierzu zaobserwujemy maksymalną wartość. Z rozkładów maksimów wyznaczamy długość fali.

b) Tabela wyników :

Nr	Odległość ( mm )	Nr	Odległość (mm)	Nr	Odległość (mm)
1	19	6	16	11	16
2	16	7	16	12	15
3	15	8	14	13	14
4	15	9	15	14	16
5	15	10	14	15	13

Wartość średnia wynosi : 15.3 mm

Długość fali wynosi : 30.6 mm

c) Wzór na średnią długość fali :

7) Określenie płaszczyzny polaryzacji mikrofal :

Na ramieniu ruchomym umieszczamy detektor punktowy. Notujemy napięcie i położenie detektora. Następnie obracamy detektor o 90 stopni wzdłuż osi poziomej. Odczytujemy napięcia. Następnie na stoliku pomiarowym umieszczamy ramkę z drutami równoległymi. Odczytujemy napięcia gdy druty są umieszczone pionowo i poziomo.

a) Tabela wyników :

Sposób ustawienia ramki z drutami	Poziome ułożenie detektora U( mV )	Pionowe ułożenie detektora U( mV)
bez siatki	0.00	7.73
pionowa orientacja drutów ramki	0.00	1.43
pozioma orientacja drutów ramki	0.00	6.78
orientacja drutów ramki pod kątem 45 stopni	1.21	1.13

2. Wnioski :

Na podstawie powyższych wyników można wnioskować, że mikrofale są spolaryzowane poziomo. Przy przejściu przez pręty położone prostopadle zostają wytłumione (zmniejsza się amplituda fali). W przypadku poziomej orientacji drutów fala nie jest tłumiona.

STRONA 1

---