Radosław Paliszkiewicz
Korekta i uzupełnienie sprawozdania nr 1
Ćwiczenie nr 59: Badanie propagacji mikrofal
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest poznanie zjawisk falowych w zakresie mikrofalowym oraz wyznaczanie parametrów fal.
2. Wprowadzenie.
Mikrofale to cześć widma fal elektromagnetycznych, których przedział przyjmuje się orientacyjnie od 1 GHz do 100 GHz. Fale te maja zastosowanie w wielu dziedzinach, ze względu na swoje ciekawe właściwości. Wśród nich istotną cechą tych fal jest możliwość oddziaływania na dielektryki. Jak wiadomo, wpływają na ich energie wewnętrzna, co zostało powszechnie wykorzystane w kuchenkach mikrofalowych. Inna ciekawa własnością tych fal jest jej długość -porównywalna z rozmiarami obiektów, obwodów w których fale są wytwarzane i przenoszone. Te cechy mikrofal wpływają na jej lepsze właściwości "skupiające", co znalazło szerokie zastosowanie w radiolokacji. Źródłami mikrofal mogą być diody Gunna, choć te emitują niską moc fal, oraz klistron i magneton generujące fale większych mocy.
3.3. Wyniki pomiarów
Tabela 1
Lp. |
φ |
U1 |
ΔU1 |
δU1 |
U2 |
ΔU1 |
δU2 |
UŚR |
ΔUŚR |
|
[deg] |
[mV] |
[mV] |
[%] |
[mV] |
[mV] |
[%] |
[mV] |
[mV] |
1 |
0.00 |
19.20 |
0.02 |
0.11 |
19.20 |
0.02 |
0.11 |
19.20 |
0.00 |
2 |
2.50 |
20.10 |
0.03 |
0.15 |
19.40 |
0.02 |
0.11 |
19.75 |
0.35 |
3 |
5.00 |
21.80 |
0.03 |
0.14 |
18.50 |
0.02 |
0.11 |
20.15 |
1.65 |
4 |
7.50 |
25.50 |
0.03 |
0.12 |
18.50 |
0.02 |
0.11 |
22.00 |
3.50 |
5 |
10.00 |
26.60 |
0.03 |
0.12 |
18.20 |
0.02 |
0.11 |
22.40 |
4.20 |
6 |
12.50 |
22.80 |
0.03 |
0.14 |
17.00 |
0.02 |
0.12 |
19.90 |
2.90 |
7 |
15.00 |
19.90 |
0.02 |
0.11 |
14.70 |
0.02 |
0.14 |
17.30 |
2.60 |
8 |
17.50 |
14.80 |
0.02 |
0.14 |
12.80 |
0.02 |
0.16 |
13.80 |
1.00 |
9 |
20.00 |
10.40 |
0.02 |
0.20 |
10.50 |
0.02 |
0.20 |
10.45 |
0.05 |
10 |
22.50 |
8.50 |
0.02 |
0.24 |
8.00 |
0.02 |
0.25 |
8.25 |
0.25 |
11 |
25.00 |
6.50 |
0.02 |
0.31 |
6.00 |
0.02 |
0.34 |
6.25 |
0.25 |
12 |
27.50 |
4.80 |
0.02 |
0.42 |
4.40 |
0.02 |
0.46 |
4.60 |
0.20 |
13 |
30.00 |
4.50 |
0.02 |
0.45 |
3.50 |
0.02 |
0.58 |
4.00 |
0.50 |
14 |
32.50 |
2.80 |
0.02 |
0.72 |
2.60 |
0.02 |
0.80 |
2.70 |
0.10 |
15 |
35.00 |
1.90 |
0.02 |
1.10 |
2.10 |
0.02 |
1.00 |
2.00 |
0.10 |
16 |
37.50 |
1.00 |
0.02 |
2.00 |
1.50 |
0.02 |
1.40 |
1.25 |
0.25 |
17 |
40.00 |
0.70 |
0.02 |
3.00 |
1.00 |
0.02 |
2.00 |
0.85 |
0.15 |
18 |
42.50 |
0.60 |
0.02 |
3.40 |
0.60 |
0.02 |
3.40 |
0.60 |
0.00 |
19 |
45.00 |
0.30 |
0.02 |
7.00 |
0.30 |
0.02 |
7.00 |
0.30 |
0.00 |
4.2. Wyniki pomiarów
Tabela 2
Lp. |
U |
l |
|
|
|
[mV] |
[cm] |
[cm] |
[cm] |
1 |
0.27 |
52 |
|
|
2 |
0.33 |
49 |
3 |
1 |
3 |
0.30 |
46 |
3 |
1 |
4 |
0.28 |
43 |
3 |
1 |
5 |
0.30 |
40 |
3 |
1 |
Zatem średnia połowy długości fali wynosi :
,
co dla n = 4 daje:
,
.
Niestety przy tak zapisanych wynikach pomiaru mamy skażenie błędem rzędu ±1 cm dla każdego pomiaru, co dla daje = ±2 cm i czyni wynik bezużytecznym (błąd względny stanowiący ponad 30% pomiaru). Z drugiej strony można było wyniki pomiaru zapisać dokładniej (urządzenie pomiarowe pozwalało na dokładność rzędu 1mm).
5.3. Średni błąd kwadratowy średniej arytmetycznej
Przy pomiarach charakterystyki kierunkowej tuby nadawczej możliwe jest wyznaczenie średniego błędu kwadratowego średniej arytmetycznej serii pomiarów. Skorzystamy ze wzoru:
,
gdzie liczba pomiarów n = 2. Podstawiamy:
,
Dla dwóch pomiarów mamy:
,
.
Nasz wzór przyjmie postać:
,
co oznacza, że średni błąd kwadratowy jest równy:
.
Wyniki takiego wyliczenia średniego błędu kwadratowego znajdują się w
tabeli 1
Przy pomiarach długości fali stojącej mamy wszystki wyniki równe sobie i równe wartości średniej, zatem nie ma mowy o obliczeniu średniego błędu kwadratowego ani błędu pojedynczego pomiaru serii pomiarów.
2