Изучение свойств Т-волны в коаксиальной линии

Лабораторная работа №1.

Коаксиальная линия.

1. Цель работы: изучение свойств Т-волны в коаксиальной линии; определение параметров коаксиальной линии и входных характеристик отрезка коаксиальной линии; работа с круговой диаграммой; приобретение навыков работы с программой MicrowaveOffice.

2. Описание экспериментальной установки.

В качестве экспериментальной установки настоящей работы используется среда программы MicrowaveOffice.

С помощью утилиты TXLine можно оперативно рассчитать физические параметры различных типов линий СВЧ, в том числе и коаксиальной линии (RoundCoaxial).

В программе MicrowaveOfficeможно построить нужную схему линии СВЧ и произвести её исследование. В ходе этих исследований можно построить различные графики, изобразить полученные результаты на круговой диаграмме или представить их в форме таблицы.

3. Расчётная часть.

3.1. Расчет параметров коаксиальной линии.

В индивидуальном варианте задания на работу содержатся рабочая частота f₀ , электрическая длина Θ₀ на частоте f₀ , свойства материалов (тип металла проводников, тангенс угла потерь диэлектриков), волновое сопротивление Z₀, внешний диаметр проводника D. Значения указанных параметров содержатся в табл. 1.

                                                                                                             Таблица 1

Волновое сопротивление Z₀ = 50 [Ом].

3.1.1. Расчёт длины волны в линии на рабочей частоте f₀.

Мы выполнили расчёт длины волны λ на рабочей частоте f₀ по следующей формуле:

λ =  =  = 10 [см].

3.1.2. Расчёт погонной ёмкости и индуктивности коаксиальной линии.

Мы рассчитали погонную ёмкость и индуктивность следующим образом:

С_пог =  =  ≈ 66,6 [пФ];

L_пог =  = ≈ 166,9 [нГн]

Полученные результаты можно проверить по следующей формуле:

 =  = 50 [Ом] = Z₀.

3.1.3. Расчёт параметров отрезка коаксиальной линии в среде программы MicrowaveOffice.

Для расчёта указанных параметров мы запустили программу MicrowaveOffice и в меню Tools выбрали утилиту TXLine. Затем в открывшемся окне утилиты TXLine, предназначенной для оперативного расчета физических параметров различных типов линий СВЧ, мы выбрать вкладку RoundCoaxial (коаксиальная линия).В комбобоксе Dielectric выбрали Air – воздушный диэлектрик, поскольку представленные в списке диэлектрики плохо подходят для коаксиальной линии. Однако в полях ввода была вручную задана относительная диэлектрическая проницаемость (ε = 1) и тангенс угла потерь диэлектрика (tgδ = 0,005).

В комбобоксе Conductor мы выбрали металл проводников (медь). В рамке PhysicalCharacteristic мы выбрали «мм» для длины отрезка, внутреннего(Inner) и внешнего (Outer) диаметров.

Изменяя частоту в рамке Electrical Characteristic, мы рассчитали зависимость погонного затухания (Loss – в левой нижней части окна, в [дБ/м]) в коаксиальной линии от частоты в полосе 1…10 [ГГц] с шагом 2 [ГГц]. Полученные результаты сведены в табл. 2.

                                                          Таблица 2

По данным табл. 2 был построен график зависимости погонного затухания в коаксиальной линии от частоты, см. рис. 1.

3.2. Расчет входных характеристик отрезка коаксиальной линии.

В программе MicrowaveOffice в меню File мы выбрали New Project (Новый Проект). Далее в меню Project выбрали  Add Schematics, а в нём New Schematics. В появившемся окне ввели название схемы, после чего появилось окно, в

Рис. 1.

В появившемся окне ввели название схемы, после чего появилось окно, в котором мы построили исследуемую схему, см. рис. 2.

Схема строилась из элементов вкладки Elem (Elements – элементы), находящейся в левой нижней части главного окна. В категории Тransmission Lines/ Coaxial/ Physical следует мы выбрали и перетащить мышью