1. Noţiuni teoretice

Propagarea undelor electromagnetice în ghidurile uniforme

În ghidurile metalice uniforme transmiterea energiei poate avea loc numai dacă frecvenţa depăşeşte o anumită valoare numită frecvenţă critică sau de tăiere. Frecvenţa critică depinde de forma şi dimensiunile secţiunii transversale a ghidului.

Într-un ghid dat se pot propaga mai multe structuri ale câmpului electromagnetic, care diferă între ele atât prin configuraţia liniilor de câmp cât şi prin frecvenţa critică, viteza de propagare, etc. Diversele moduri se pot propaga simultan prin acelaşi ghid uniform, fără a se influenţa între ele.

Modul care are cea mai joasă frecvenţă critică se numeşte mod fundamental sau mod dominant în ghidul respectiv. Celelalte moduri se numesc moduri superioare.

În cazul unei frecvenţe de lucru situată între frecvenţa critică a modului fundamental şi frecvenţa critică a primului mod superior, propagarea pe ghid este unimodală (există numai modul fundamental). Aceasta este situaţia curentă din reţelele de ghiduri.

Lungimea de undă în ghid, λ , diferă de lungimea de undă în spaţiul liber, λ . Lungimea de undă în ghid este determinată de frecvenţa de lucru şi de frecvenţa critică, prin urmare depinde şi de ghid:

Pentru ghidurile cu aer, lungimea de undă în ghid este întotdeauna mai mare decât lungimea de undă a undei plane în aer: λ>λ0=c0/f.

În cazul ghidurilor cu secţiune dreptunghiulară, modurile posibile de propagare pot fi împărţite în moduri de tip transversal electric, notate TEm,n (sau Hm,n) şi moduri de tip transversal magnetic, notate TMm,n (sau Em,n). Dintre toate aceste moduri, modul TE1,0 (sau H1,0) are cea mai joasă frecvenţă critică.

Frecvenţa critică a acestui mod fundamental este determinată numai de dimensiunea mare a secţiunii dreptunghiulare prin ghid:

Unde c0=3*108 m/s este viteza luminii în vid, εr este permitivitatea electrică relativă a dielectricului din ghid, iar a este dimensiunea (interioară) a ghidului (figura 1).

Fig. 1. Structura câmpului electromagnetic pentru modul H1,0 (TE1,0) în ghidul dreptunghiular

Unde staţionare

În general, într-un ghid există simultan o undă directă (care se propagă de la generator către sarcină) şi o undă inversă. În ghidurile ideale alcătuite din metal perfect conductor şi dielectric ideal, aceste unde se propagă fără atenuare.

Însumarea undei directe cu unda inversă conduce la apariţia în ghid a fenomenului de undă staţionară. În această situaţie amplitudinea oscilaţiei rezultante diferă de la un punct la altul în lungul ghidului, deoarece rezultatul însumării depinde de defazaj. Valoarea maximă a oscilaţiei se produce în planele în care cele două unde se întâlnesc în fază, iar valoarea minimă în planele în care ele sosesc în antifază. Distanţa între două maxime sau minime consecutive ale distribuţiei amplitudinilor este egală cu λg/2.

Dacă linia este fără pierderi, distribuţia este periodică; în acest caz, atât maximele cât minimele sunt egale între ele.

Aspectul distribuţiei amplitudinii de oscilaţie în lungul ghidului depinde de raportul dintre amplitudinea undei inverse şi amplitudinea undei directe. Acest raport este determinat de sarcina care se află la capătul ghidului. Din acest punct de vedere, orice sarcină poate fi caracterizată printr-un coeficient de reflexive, Γ.

Fig. 2. Distribuţia componentei ET în lungul ghidului, ca rezultat al suprapunerii undei directe cu unda inversă

Unde (ETdir)0 și (ETinv)0 sunt amplitudinile complexe ale undei directe, respectiv inverse, la sarcină. Cu această notaţie, valorile maxime şi minime ale distribuţiei devin:

Raportul lor se numeşte raport de undă staţionară, σ:

Rezonatoare electromagnetice

În domeniul microundelor, în locul obişnuitelor circuite rezonante se folosesc rezonatoarele de volum (cavităţi rezonante).

O cavitate rezonantă ideală este un domeniu din spaţiu, având de obicei o formă geometrică simplă, închis de pereţi metalici perfect conductori. Într-o cavitate ideală câmpul electromagnetic nu poate exista decât la anumite frecvenţe discrete numite frecvenţe de rezonanţă ale diferitelor moduri de oscilaţie posibile. Aceste frecvenţe depind de dimensiunile cavităţii.

În cavităţile reale, în locul frecvenţelor discrete de rezonanţă apar curbe de rezonanţă, cu atât mai aplatizate cu cât factorul de calitate al rezonatorului este mai mic.

Desfășurarea Lucrării:

1. Schema-bloc a instalației de măsură

3. Întrebări

3.1 De ce minimele distribuţiei măsurate atunci când linia este terminată în scurtcircuit nu sunt chiar nule?

In mod teoretic impedanta sarcinii ZS este zero. Deoarece impedanta nu este chiar zero, desi ea este foarte mica, va apare un mic defazaj intre unda directa si unda inversa.Acest defazaj este datorat si zgomotului instalatiei de masura => minimele nu vor fi nule.

3.2 Cum poate fi explicat faptul că la linia terminată adaptat distribuţia măsurată nu este perfect constantă?

Pentru o line terminata in sarcina adaptata, curba obtinutain urma masuratorilor ste aproape o line dreapta (datorita impedantei liniei care este aproximativ egala cu cea a sarcinii ZC≈ZS ).Datorita pierderilor liniei si a zgomotului instalatiei, distributia amplitudinii nu va fii perfect constanta.

3.3 De ce în cazul liniei lăsate în gol distribuţia măsurată diferă semnificativ de distribuţia teoretică existentă la o linie fără pierderi terminată în gol [1, 2]?

Teoretic, golul va avea o atenuare completa a undei directe à nu vom avea si unda inversa. Insa, in realitate, datorita radiatiei semnalului si a corpurilor din jurul liniei de transmisie, o parte din semnal se va intoarce sub forma undei inverse, ducand astfel la aparitia diferentei dintre cazul teoretic si cel real.

3.4 Cum poate fi pus în evidenţă zgomotul inerent oricărei instalaţii de măsură?

Prezenta zgomotului in instalatiile de masura se observa prin faptul ca minimele nu sunt perfect simetrice, existand mici variatii. (ex. Graficul sarcinii adaptat nu este constant).

3.5 Cum ar putea fi verificat faptul că pierderile liniei de măsură sunt nesemnificative?

De exemplu, pe graficul curbei in sarcina adaptata, distributia este aproape constanta, variatiile fiind suficient de mici pentru a nu modifica in mod semnificativ semnalul initial à pierderile liniei de masura sunt mici, putand spune ca sunt nesemnificative.

STUDIUL DISTRIBUȚIEI AMPLITUDINIISEMNALELOR ÎN LUNGUL UNEI LINII

Lucrarea 1

Bălăucă DragoșMihalcea MariaTăbârcă DanVoinea Mihai

Grupa 432D

2. Tabele date experimentale

Poziția sondei

47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95

Scurt 45μV

50μV

1.2mV

2mV

2.9mV

3.9mV

4mV

3.7mV

3mV

2.2mV

1.3mV

0.3mV

45μV

2.9mV

0.9mV

1.9mV

3mV

3.9mV

3.9mV

3.2mV

2.5mV

1.2mV

1.2mV

0.5mV

45μV

Gol 1.1mV

1.4mV

1.8mV

1.9mV

1.9mV

1.1mV

1.6mV

1.1mV

0.9mV

0.9mV

0.7mV

0.7mV

1mV

1.1mV

1.3mV

1.7mV

1.8mV

1.73mV

1.43mV

0.12mV

0.93mV

0.86mV

0.82mV

0.87mV

0.97mV

Sarcină adaptat

1.1mV

1.2mV

1.2mV

1.1mV

1mV

1.3mV

1.2mV

1.1mV

1.1mV

1.1mV

1.1mV

1.1mV

1.2mV

1.7mV

1.14mV

1.16mV

1.12mV

1.17mV

1.11mV

1.13mV

1.11mV

1.14mV

1.17mV

1.2mV

1.1mV

Poziția sondei

47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95

√Indicatia mV-metrului

0.21 0.22 1.09 1.41 1.7 1.78 2 1.92 1.53 1.48 1.14 0.54 0.21 1. 0.94 1.37 1.73 1.97 1.9 1.78 1.58 1.09 1.09 0.7 0.21

1.04 1.18 1.34 1.37 1.37 1.05 1.26 1.04 0.94 0.94 0.83 0.83 1 1.04 1.14 1.32 1.36 1.31 1.19 0.34 0.96 0.92 0.9 0.93 0.98

1.04 1.09 1.09 1.04 1 1.14 1.09 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.09 1.08 1.06 1.07 1.05 1.08 1.05 1.06 1.05 1.09 1.08 1.09 1.04