Podpis prowadzącego SPRAWOZDANIE

Transkrypt

1 Imię i nazwisko.. Grupa. Data. Podpis prowadzącego. SPRAWOZDANIE LABORATORIUM POFA/POFAT - ĆWICZENIE NR 1 Zadanie nr 1 (plik strip.pro,nazwa ośrodka wypełniającego prowadnicę - "airlossy") Rozważamy przypadek prowadnicy fali TEM, wypełnionej bezstratnym dielektrykiem o różnych wartościach przenikalności elektrycznej ε r i magnetycznej µ r, w której rozchodzi się fala bieżąca. Narysować obwiednie oraz przykładowe rozkłady pól E(x)/E 0 i H(x)/H 0 dla jednego z poniższych przypadków, wskazanego przez prowadzącego ćwiczenie ( pole E - kolor czerwony, pole H - kolor niebieski): a) f = 4 GHz ε r = 1 µ r = 1 b) f = 8 GHz ε r = 1 µ r = 1 c) f = 4 GHz ε r = 4 µ r = 1 d) f = 4 GHz ε r = 1 µ r = 4 Wyznaczyć wszystkie niżej podane parametry procesu falowego: a) α = λ = Z = E/H = WFS = β = b) α = λ = Z = E/H = WFS = β = c) α = λ = Z = E/H = WFS = β = d) α = λ = Z = E/H = WFS = β = Uwaga!!! W trakcie wyznaczania wartości impedancji Z proszę zwrócić szczególną uwagę na wartości amplitud pól E i H. Wartość WFS proszę wyznaczać w oparciu o kształt obwiedni pola E oraz zależność WFS=E max /E min. 1

2 Wnioski: Jak zmiana częstotliwości f fali TEM rozchodzącej się w ośrodku bezstratnym wpływa na następujące parametry procesu falowego: - długość fali λ - - współczynnik fazy β -. - impedancję falową Z -. Jak zmiana przenikalności elektrycznej ε r ośrodka bezstratnego wpływa na następujące parametry procesu falowego: - długość fali λ - - współczynnik fazy β -. - impedancję falową Z -. Jak zmiana przenikalności magnetycznej µ r ośrodka bezstratnego wpływa na następujące parametry procesu falowego: - długość fali λ - - współczynnik fazy β -. - impedancję falową Z -. Jaka funkcja matematyczna opisuje kształt obwiedni E(x)/E 0 gdzie x jest kierunkiem propagacji fali?... Jakie wartości przyjmują składowe pola H x, H z, E x, E y i dlaczego?

3 Zadanie nr 2 (plik stripm.pro,nazwa ośrodka wypełniającego prowadnicę- "dielektryk") Rozważamy przypadek prowadnicy fali TEM, zakończonej metalową płytą i wypełnionej bezstratnym dielektrykiem o różnych wartościach przenikalności elektrycznej ε r i magnetycznej µ r, w której generuje się fala stojąca. Narysować obwiednie pól E(x)/E 0 oraz H(x)/H 0 dla jednego z poniższych przypadków, wskazanego przez prowadzącego ćwiczenie (pole E - kolor czerwony, pole H - kolor niebieski). a) f = 5 GHz ε r = 1 µ r = 1 b) f = 10 GHz ε r = 1 µ r = 1 c) f = 5 GHz ε r = 4 µ r = 1 d) f = 5 GHz ε r = 1 µ r = 4 Wyznaczyć wszystkie niżej wymienione parametry procesu falowego: a) α = λ = Z = E/H = WFS = β = b) α = λ = Z = E/H = WFS = β = c) α = λ = Z = E/H = WFS = β = d) α = λ = Z = E/H = WFS = β = Uwaga!!! Proszę wyznaczać wartość impedancji falowej w miejscu, w którym wstawiona została metalowa płyta. Wartość WFS proszę wyznaczać w oparciu o kształt obwiedni pola E oraz zależność WFS=E max /E min. Wnioski: Jak zmiana częstotliwości f fali TEM rozchodzącej się w prowadnicy zakończonej metalową płytą i wypełnionej materiałem bezstratnym wpływa na następujące parametry procesu falowego: - długość fali λ - Jaka funkcja matematyczna opisuje kształt obwiedni E(x)/E 0 gdzie x jest kierunkiem propagacji? Jaka jest odległość między węzłem a strzałką obwiedni? 3

4 Jaka jest wartość współczynnika odbicia Γ na granicy z płytą metalową? Jakie wartości przyjmują całkowite pola E i H na granicy z płytą metalową w odniesieniu do amplitud E 0 i H 0?... Jaki jest sens fizyczny współczynnika fali stojącej WFS?... Zadanie nr 3 (plik strip, nazwa ośrodka wypełniającego prowadnice - "airlossy") W dwóch prowadnicach fali TEM wypełnionych dielektrykiem stratnym o określonych wartościach przenikalności elektrycznej ε r i magnetycznej µ r jest tłumiona fala płaska. Wyznaczyć przewodność elektryczną σ tak, aby w jednej prowadnicy uzyskać: a) f =1 GHz ε r =4 µ r =1 tgδ=1 σ = b) f =1 GHz ε r =4 µ r =1 tgδ=0.1 σ = Oszacować w trakcie symulacji wartość współczynnika tłumienia α w obu ośrodkach korzystając z zależności: α = E( x1 ) ln E( x2 ) ( x x ) 2 1 Porównać z pracą domową i skomentować. a) α = b) α =

5 Narysować obwiednie pól E i H korzystając z poniższych wykresów (pole E - kolor czerwony, pole H - kolor niebieski): Wnioski: Jaka funkcja matematyczna opisuje kształt obwiedni E(x)/E 0 gdzie x jest kierunkiem propagacji? Jak zmienia się wzajemne położenie pól E i H w porównaniu z ośrodkami bezstratnymi i dlaczego? Jaki jest sens fizyczny kąta impedancji? 5

6 Zadanie nr 4 (pliki stripdi1, stripdi2, nazwa ośrodków wypełniających prowadnice -"air" oraz "dielektryk2") Rozważamy 2 przypadki: a) Padanie fali TEM (f=2.5 [GHz]) z powietrza, do bezstratnego (σ=0), niemagnetycznego (µ r =1) dielektryka o względnej przenikalności elektrycznej ε r =4 (stripdi1.pro). b) Propagacja fali TEM (f=2.5 [GHz]) przez umieszczoną w powietrzu wkładkę dielektryczną o długości d=30 mm i parametrach ε r =4, µ r =1, σ=0 (stripdi2.pro). a) b) Rozmiary i własności ośrodków wypełniających prowadnice w modelu komputerowym: a) powietrze [mm] (ε r1 =1, µ r1 =1, σ 1 =0), dielektryk [mm] (ε r2 =4, µ r2 =1, σ 2 =0) b) powietrze 0-50 [mm] (ε r1 =1, µ r1 =1, σ 1 =0), dielektryk [mm] (ε r2 =4, µ r2 =1, σ 2 =0), powietrze [mm] (ε r3 =1, µ r3 =1, σ 3 =0) Określić dla wszystkich przypadków: a) f =2.5 GHz WFS1 = WFS2 = b) f =2.5 GHz WFS1 = WFS2 = WFS3= Narysować obwiednie pól E i H na jednym rysunku, oddzielnie dla obydwu przypadków (pole E - kolor czerwony, pole H - kolor niebieski): 6

7 Wnioski: Jaki rodzaj fali obserwujemy w ośrodku pierwszym, a jaki w drugim w podpunkcie a)? Podać wzór i obliczyć długość fali TEM (f=2.5[ghz]) rozchodzącej się we wkładce dielektrycznej z podpunktu b). Jaka jest grubość wkładki w stosunku do długości fali. Jaką wartość ma współczynnik odbicia Γ na granicy ośrodków 1 i 2 z podpunktu b)? Obliczenia przeprowadzić w oparciu o wyznaczoną wartość WFS. Co to jest i do czego służy transformator półfalowy? 7

8 Zadanie nr 5 (pliki layer1, layer2, layer3 nazwa ośrodków wypełniających prowadnice -"air" oraz "dielektryk1" i "dielektryk2") Rozważamy propagację fali TEM z powietrza do dielektryka ε r3 =16, µ r3 =1, σ 3 =0 przez warstwę pośredniczącą o parametrach ε r2 =4, µ r2 =1, σ 2 =0. Uruchomić symulacje dla następujących parametrów: a) (layer1.pro) - d 2 =15mm f = 2.5 GHz ε 1 = 1 ε 2 = 4 ε 3 = 16 b) (layer2.pro) - d 2 =15mm f = 5.0 GHz ε 1 = 1 ε 2 = 4 ε 3 = 16 c) (layer3.pro) - d 2 =45mm f = 2.5 GHz ε 1 = 1 ε 2 = 4 ε 3 = 16 Narysować obwiednie pól E i H na jednym rysunku oddzielnie dla wszystkich przypadków (pole E - kolor czerwony, pole H - kolor niebieski): 8

9 Co to jest transformator ćwierćfalowy? Jaki warunek na współczynnik odbicia Γ na granicy dwóch pierwszych ośrodków jest spełniony dla transformatora ćwierćfalowego? Przy jakiej liczbie ćwiartek fali odłożonych w ośrodku dopasowującym transformator ćwierćfalowy działa poprawnie? 9