SPRAWOZDANIE LABORATORIUM POFA/POFAT

Imię i nazwisko
Data
…………………………………………..
……………………………….
Grupa
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 εr i magnetycznej µr, w której rozchodzi się fala bieżąca.
Narysować obwiednie oraz przykładowe rozkłady pól E(x)/E0 i H(x)/H0 dla jednego z
poniższych przypadków, wskazanego przez prowadzącego ćwiczenie ( pole E - kolor czerwony,
pole H - kolor niebieski):
a) f = 4 GHz εr = 1 µr = 1
c) f = 4 GHz εr = 4 µr = 1
b) f = 8 GHz εr = 1 µr = 1
d) f = 4 GHz εr = 1 µr = 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=Emax/Emin.
1
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 εr ośrodka bezstratnego wpływa na następujące
parametry procesu falowego:
- długość fali λ -…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
- współczynnik fazy β - ……………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………
- impedancję falową Z - ……………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………
Jak zmiana przenikalności magnetycznej µr 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)/E0 gdzie x jest kierunkiem
propagacji fali?
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………...................................................................................................................................
Jakie wartości przyjmują składowe pola Hx, Hz, Ex, Ey i dlaczego?
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
………….....................................................................................................................................
………………………………………………………………………………………………....
2
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 εr i
magnetycznej µr, w której generuje się fala stojąca. Narysować obwiednie pól E(x)/E0 oraz
H(x)/H0 dla jednego z poniższych przypadków, wskazanego przez prowadzącego ćwiczenie
(pole E - kolor czerwony, pole H - kolor niebieski).
a) f = 5 GHz εr = 1 µr = 1
c) f = 5 GHz εr = 4 µr = 1
b) f = 10 GHz εr = 1 µr = 1
d) f = 5 GHz εr = 1 µr = 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=Emax/Emin.
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)/E0 gdzie x jest kierunkiem
propagacji?
…………………………………………………………………………………………………
Jaka jest odległość między węzłem a strzałką obwiedni?
…………………………………………………………………………………………………
3
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 E0 i H0?
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………....................................................................................................................................
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 εr i magnetycznej µr jest tłumiona fala płaska.
Wyznaczyć przewodność elektryczną σ tak, aby w jednej prowadnicy uzyskać:
a) f =1 GHz
b) f =1 GHz
εr=4
εr=4
µr=1
µr=1
tgδ=1
tgδ=0.1
σ=…
σ=…
Oszacować w trakcie symulacji wartość współczynnika tłumienia α w obu ośrodkach
korzystając z zależności:
 E ( x1 ) 

ln
E ( x2 ) 
α= 
( x 2 − x1 )
Porównać z pracą domową i skomentować.
a) α =
b) α =
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
4
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)/E0 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
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 (µr=1) dielektryka o względnej przenikalności elektrycznej εr=4
(stripdi1.pro).
b)
Propagacja fali TEM (f=2.5 [GHz]) przez umieszczoną w powietrzu wkładkę
dielektryczną o długości d=30 mm i parametrach εr=4, µr=1, σ=0 (stripdi2.pro).
a)
b)
Rozmiary i własności ośrodków wypełniających prowadnice w modelu komputerowym:
a) powietrze 0-100 [mm] (εr1=1, µr1=1, σ1=0), dielektryk 100-200 [mm] (εr2=4, µr2=1, σ2=0)
b) powietrze 0-50 [mm] (εr1=1, µr1=1, σ1=0), dielektryk 50-80 [mm] (εr2=4, µr2=1, σ2=0),
powietrze 80-130 [mm] (εr3=1, µr3=1, σ3=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
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
Zadanie nr 5 (pliki „layer1”, „layer2”, „layer3” nazwa ośrodków wypełniających prowadnice -"air" oraz
"dielektryk1" i "dielektryk2")
Rozważamy propagację fali TEM z powietrza do dielektryka εr3=16, µr3=1, σ3=0 przez
warstwę pośredniczącą o parametrach εr2=4, µr2=1, σ2=0.
Uruchomić symulacje dla następujących parametrów:
f = 2.5 GHz
ε1 = 1
ε2 = 4
ε3 = 16
b) (layer2.pro) - d2=15mm f = 5.0 GHz
ε1 = 1
ε2 = 4
ε3 = 16
c) (layer3.pro) - d2=45mm f = 2.5 GHz
ε1 = 1
ε2 = 4
ε3 = 16
a) (layer1.pro) - d2=15mm
Narysować obwiednie pól E i H na jednym rysunku oddzielnie dla wszystkich przypadków
(pole E - kolor czerwony, pole H - kolor niebieski):
8
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