1

POLITECHNIKA WARSZAWSKA
Instytut Radioelektroniki
Zakład Techniki Mikrofalowej i Radiolokacyjnej

LABORATORIUM: POLA I FALE

OGÓLNE WŁASNOŚCI FAL

Ć

wiczenie laboratoryjne nr 1

Ć

wiczenie prowadzą:

mgr inż. Bartłomiej Salski

mgr inż. Michał Sołtysiak

na podstawie opracowania:

dr inż. Małgorzaty Celuch

Warszawa 1.10.2008

2

I.

Informacje ogólne.

1.

Zakres wymagań:

Na kolokwium wstępnym wymagany jest zakres materiału przedstawiony na pierwszych
czterech wykładach, a w szczególności:

•

równania Maxwella,

•

rodzaje ośrodków,

•

fala płaska w ośrodku bezstratnym i stratnym,

•

warunki brzegowe,

•

padanie fali prostopadle na granicę ośrodków,

•

padanie fali na ośrodek uwarstwiony (transformacja impedancji).

2.

Zakres ćwiczenia:

Zagadnienia podstawowe:

•

symulacja komputerowa fal poprzecznych w obszarze nieograniczonym,

•

fale w dielektrykach stratnych i bezstratnych,

•

fala całkowicie stojąca i fala częściowo stojąca,

Zagadnienia uzupełniające:

•

płyta dielektryczna: odbicie i transmisja fali,

•

układ trzech ośrodków.

3.

Czas trwania ćwiczenia: 3 x 45min

4.

Warunek konieczny dopuszczenia do ćwiczenia:

Przedstawienie rozwiązań zadań 1 ÷ 4 zamieszczonych w części II niniejszej instrukcji oraz
zaliczenie kolokwium wstępnego.

5.

Forma sprawozdania:

Studenci opracowują sprawozdanie posługując się gotowym formularzem dostępnym na
stronie

http://www.ire.pw.edu.pl/ztm/POLSKI/MATpom.htm

. Studenci przystępujący do

realizacji ćwiczenia zobowiązani są do wydrukowania formularza sprawozdania we własnym
zakresie.

6.

Forma realizacji ćwiczenia

W czasie realizacji ćwiczenia każdy ze studentów pracuje przy odrębnym stanowisku
komputerowym i jest oceniany indywidualnie z uzyskanych wyników.

7.

Forma oceniania

Z laboratorium można otrzymać maksymalnie 5 punktów. Punkty te rozdzielają się w
następujący sposób:

•

kolokwium wejściowe – 1 punkt

•

sprawozdanie – 4 punkty

Uwaga!!! Warunkiem zaliczenia laboratorium jest uzyskanie co najmniej 0.5 punkta z
kolokwium wejściowego.

8.

Termin dostarczenia sprawozdania: przed zakończeniem laboratorium.

9.

Laboratorium odbywa się w sali

020

.

3

II.

Zadania do samodzielnego rozwiązania przed laboratorium.

Zadanie 0:
Proszę nie przystępować do rozwiązywania zadań obliczeniowych 1÷4 przed
przemyśleniem niniejszego zadania problemowego! Rozwiązania tego zadania nie trzeba
przedstawiać na piśmie.
Ź

ródło umieszczone w płaszczyźnie x=X

0

→

-

∞

wytwarza falę płaską monochromatyczną o

częstotliwości f i polaryzacji liniowej (pola Ez, Hy), rozchodzącą się w kierunku +Ox.
Rozważyć rozkład pola w następujących przypadkach:
a)

ośrodkiem jest próżnia,

b)

półprzestrzeń x<0 jest wypełniona próżnią, natomiast półprzestrzeń x≥0 metalem
idealnym,

c)

przestrzeń wypełniona jest próżnią, z wyjątkiem bardzo cienkiej (d

→

0) płyty z metalu

idealnego, umieszczonej w płaszczyźnie x=0,

d)

przestrzeń wypełniona jest próżnią, z wyjątkiem bardzo cienkiej (d

→

0) płyty z metalu

idealnego, umieszczonej w płaszczyźnie y=0,

e)

przestrzeń wypełniona jest próżnią, z wyjątkiem bardzo cienkiej (d

→

0) płyty z metalu

idealnego, umieszczonej w płaszczyźnie z=0,

f)

przestrzeń wypełniona jest próżnią, z wyjątkiem bardzo cienkiej (d

→

0) płyty z idealnego

przewodnika magnetycznego, umieszczonej w płaszczyźnie z=0.

Zadanie 1:
Fala TEM o częstotliwości f rozchodzi się w ośrodku o danych

ε

r

,

µ

r

, tg

δ

. Obliczyć długość

fali

λ

, wspólczynnik propagacji

γ

, współczynnik fazy

β

, współczynnik tłumienia

α

,

impedancję falową, impedancję charakterystyczną ośrodka, przewodność

σ

ośrodka oraz

wspóŁczynnik fali stojącej WFS w następujących przypadkach:
a)

f=4GHz,

ε

r

=1,

µ

r

=1, tg

δ

=0,

b)

f=8GHz,

ε

r

=4,

µ

r

=1, tg

δ

=0,

c)

f=4GHz,

ε

r

=1,

µ

r=4, tg

δ

=0,

d)

f=4GHz,

ε

r

=1,

µ

r=1, tg

δ

=0.1,

e)

f=4GHz,

ε

r

=1,

µ

r=1, tg

δ

=1,

f)

f=1GHz,

ε

r

=4,

µ

r=1, tg

δ

=0.1,

g)

f=1GHz,

ε

r

=4,

µ

r=1, tg

δ

=1.

Wyniki przedstawić w tabeli w taki sposób, aby w trakcie ćwiczenia łatwo można było
dopisać wartości tych samych parametrów odczytane z symulacji elektromagnetycznej.
Wykonać szkice obwiedni pola elektrycznego dla przypadków a, d.
Zadanie 2:
Fala TEM o częstotliwości f=5GHz pada z próżni na:
a) płytę wykonaną z idealnego metalu,
b) płytę o grubości d

→∞

wykonaną z bezstratnego dielektryka o

ε

r

=4.

Obliczyć współczynnik odbicia oraz współczynnik fali stojącej w każdym z ośrodków.
Wyniki przedstawić w tabeli w taki sposób, aby w trakcie ćwiczenia łatwo można było
dopisać wartości tych samych parametrów odczytane z symulacji elektromagnetycznej.
Wykonać szkice obwiedni pól elektrycznego i magnetycznego. Proszę zaopatrzyć się w
kolorowe pisaki, aby w trakcie ćwiczenia można było czytelnie nanieść obwiednie wyliczone
przez symulator.
Zadanie 3:
Jak zmieni się współczynnik odbicia od płyty oraz współczynnik fali stojącej przed płytą w
przypadku z zadania 2b, jeżeli:
a)

grubość płyty zmniejszymy do d=30mm,

b)

grubość płyty zmniejszymy do d=30mm, a częstotliwość zmniejszymy do 2.5GHz,

c)

grubość płyty zmniejszymy do d=15mm, a częstotliwość zmniejszymy do 2.5GHz,

4

Zadanie 4:
Zaprojektować układ dopasowujący próżnię do dielektryka o

ε

r

=16 na częstotliwości

f=2.5GHz.

III. Zadania do realizacji w trakcie laboratorium.

Opis zadań do realizacji w trakcie laboratorium zawarty jest w formularzu sprawozdania
dostępnym na stronie

http://www.ire.pw.edu.pl/ztm/POLSKI/MATpom.htm

.