Методические указания и контрольные задания для студентов заочного факультета по специальности «Физика и техника оптической связи» (стр. 1 из 2)

Негосударственное образовательное учреждение

«Институт Телеинфо»

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ВОЛНЫ

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочного факультета

по специальности «Физика и техника оптической связи»

Составитель:

к.т.н., доц. Л.С. Текучева

Самара, 2004

1. Методические указания

В курсе «Электромагнитные поля и волны» (ЭМПиВ) изучаются основы теории макроскопической электродинамики и ее применение для анализа и расчета характеристик и параметров полей в аппаратуре связи и радиотехники; рассматриваются процессы в устройствах, где основные явления носят волновой характер: излучатели, волноводы, линии передачи, объемные резонаторы, фильтры СВЧ, световоды и т.д.

В курсе ЭМПиВ можно выделить ряд составных частей: теория электромагнитного поля, теория излучения и распространения радиоволн в безграничном пространстве и при наличии границ раздела, теории линий передачи, основы построения и анализа элементов и устройств волноводного тракта.

Этот курс является основополагающим для дисциплин: «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн», «Системы радиосвязи», «Оптические системы передачи», «Линии связи» и др.

При изучении курса «Электромагнитные поля и волны» по утвержденной программе следует пользоваться основной литературой, а для углубленного, расширенного освоения материала рекомендуется дополнительная литература.

В курсе «Электромагнитные поля и волны» изложение законов электродинамики проводится с позиций макроскопической физики. Изучение дисциплины проводится дедуктивным методом, следуя от общих положений к частным. Электромагнитное поле рассматривается как особая форма существования материи; статические и стационарные поля изучаются как частные случаи единого электромагнитного поля.

Очень важно для дальнейшего понимания усвоить в начале курса физическую трактовку основных параметров, твердо знать и понимать основные уравнения электромагнитного поля (уравнения Максвелла).

Изучая курс, следует стремиться понять формулировку и метод решения поставленной задачи, а не запоминать все промежуточные математические преобразования.

После выполнения контрольной работы, прослушивания обзорных лекций и прохождения лабораторного практикума студент допускается к сдаче зачета или экзамена. Список изучаемых вопросов по курсу дан в приложении.

Пояснения к решению задач даны в приложениях.

2. Литература

Основная:

1. Витевский В.Б., Павловская Э.А, «Электромагнитные волны в технике
связи» - М.: «Радио и связь», 1995 г - 121 с.

2. Витевский В.Б., Маслов О.Н., Павловская Э.А. «Сборник упражнений и задач по электродинамическим дисциплинам» - М.: «Радио и связь»,1996 г-197с.

3. Текуцчева Л.С. Методические указания к лабораторному практикуму по ЭМПиВ - Самара: Телеинфо, 2005 г-33 с.

Дополнительная:

4. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. «Техническая электро-
динамика» - М.: «Радио и связь», 2000 г - 536 с.

5. Выгодский М.Я. «Справочник по высшей математике» - М.: «Физмат
гиз», 1961 г-783 с.

6. Корн Г., Корн Т., «Справочник по математике для научных работни-
ков и инженеров» - М.: «Наука», 1984 г-831 с.

3. Контрольные задания

Указания по выполнению контрольных работ

Контрольные задания составлены в 100 вариантах. Каждый студент выполняет самостоятельно контрольную работу. Вариант задания определяется двумя последними цифрами номера зачетной книжки:

m – предпоследняя, n – последняя.

При выполнении контрольной работы студент должен придерживаться следующих правил:

1. Решение задачи начинать с поясняющего чертежа.

2. Прежде чем выполнять какой-либо расчет, укажите его цель, дайте
ссылку на источник, откуда берете расчетные соотношения (номер литерату-
ры по списку).

3. Поясните все вновь вводимые значения.

4. Напишите общую формулу, подставьте в нее числовые значения из-
вестных величин, приведите результаты промежуточных вычислений и ко-
нечный результат, в промежуточных вычислениях размерности величин не
указываются, а в конечном результате приведение размерности обязательно.

5. Все величины должны выражаться в стандартных единицах меж-
дународной системы единиц СИ.

6. Все расчеты должны выполняться с точностью до второй-третьей
значащей цифры после запятой.

7. Определение векторных величин следует сопровождать рисунками с
указанием направления векторов.

8. Графики и рисунки должны быть разборчивыми. Они должны содержать стандартный масштаб, размерности величин и расчетные точки.

9.При выполнении контрольной работы необходимо указывать номер
зачетной книжки , номер варианта и исходные данные для решения задач.

10. В конце работы следует привести список использованной литературы
и расписаться.

Задача 1

При помощи матриц рассеяния S находится распределение нормированных волн по плечам СВЧ узлов в соответствии с табл.1. Все свободные плечи нагружены на согласованные нагрузки.

Таблица 1

m	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номер вопроса Мощность, Вт	1 100	5 50	2 10	4 1	3 1	3 100	4 50	5 20	2 100	1 10
n Вариант	0 а	1 б	2 а	3 б	4 а	5 б	6 а	7 а	8 б	9 б

1. Найти распределение амплитуд и мощностей волн по плечам волноводного Е-тройника при подаче мощности в одно из боковых плеч (1 или 2), если:

а) короткозамыкающий поршень находится в плоскости отсчета

= 0;

б) короткозамыкающий поршень смещен на произвольное расстояние

относительно плоскости отсчета Е-плеча.

2. Найти распределение амплитуд и мощностей волн по плечам волноводного Н-тройника при подаче мощности в одно из боковых плеч (1 или 2), если в плоскости отсчета Н-плеча имеет место режим:

а) эквивалентного холостого хода;

б) короткозамыкающий поршень смещен на произвольное расстояние

от плоскости отсчета.

3. Используя матрицу рассеяния, показать, при каком соотношении нагрузок боковых плеч двойного волноводного тройника (приведенных к плоскости отсчета) энергия электромагнитной волны, подводимой:

а) к Н-плечу, не проходит в Е-плечо;

б) к Е-плечу, максимально проходит в Н-плечо.

4. Найти распределение мощностей по плечам щелевого волноводного моста при подаче:

а) в плечо 1; б) в плечо 2.

5. Используя матрицу рассеяния, показать, в какие плечи волноводного кольцевого моста следует включить выходы передатчиков для работы на общую антенну в случае:

а) синфазного;

б) противофазного возбуждения волн в плоскости отсчета плеч.

Мощности обоих передатчиков равны.

При решении задачи необходимо привести эскиз устройства с обозначением плеч и схему эквивалентного многополюсника.

Задача 2

Необходимо согласовать коаксиальную или двухпроводную линию с заданным значением Z_В с активной нагрузкой R_н = q Z_В в полосе частот от f_Н до f_В. Модуль коэффициента отражения

на входе перехода ≤ . Согласование произвести либо биномиальным ступенчатым переходом с максимально плоской характеристикой, либо чебышевским ступенчатым переходом.

Требуется определить:

1) количество ступеней перехода n и его общую длину;

2) коэффициенты отражения от ступеней перехода;

3) волновое сопротивление Z_Вi и геометрические размеры каждой ступени (диаметр внутренего проводника 2а_i у коаксиальной линии или расстояние между осями проводников 2d_i в двухпроводной линии);

4) рассчитать и построить частотную зависимость

= ψ (f) в полосе частот от 0,8f_Н до 1,2f_В при числе точек не менее 20.

5) начертить эскиз согласующего перехода с отражением результатов расчета.

Исходные данные даны в таблице 2.

Таблица 2

m	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Тип перехода ZВ, Ом q	Бин. 200 1 2,6	Чеб. 250 1 2,0	Бин. 300 1 1,8	Чеб. 50 2,2 0,5	Бин. 70 2,3 0,6	Чеб. 150 1 1,9	Бин. 280 1 0,55	Чеб. 350 2,1 0,4	Бин. 50 2,5 2,3	Чеб. 75 2,1 1,4
Тип линии	двухпроводная			коаксиальная			двухпровод- ная		коаксиаль- ная
Диаметр проводника 2а, мм	3,0	2,5	4,0	2,0	3,0	3,5	2,8	3,5	2,0	3,0
n	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
fН, МГц fВ, МГц	130 75 0,08	120 55 0,06	140 60 0,07	150 85 0,09	125 70 0,05	135 80 0,04	100 40 0,12	100 35 0,14	115 45 0,11	125 50 0,1

ПРИЛОЖЕНИЕ 1