АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС  УНИВЕРСИТЕТI

 Радиотехника кафедрасы

 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТТІ ТОЛҚЫНДАРДЫ ТАРАТУ ТЕОРИЯСЫ

Есептеу-графикалық жұмыстарға әдістемелік нұсқа

(радиотехника  және телекоммуникация мамандығының барлық түріндегі студенттері үшін)

 

Алматы  2010 

Құрастырғандар: А.Х. Хорош, А.М. Дараев. 5B071900 - Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығының студенттері үшін  есептеу-графикалық тапсырмаларды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар.  - Алматы: АУЭС, 2011- 9 б. 

 

Кіріспе 

         Әдістемелік құрал 5В071900 - Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығы бойынша оқитын барлық оқу түрінің студенттері үшін «Электромагнитті толқындарды тарату теориясы» курсы бойынша есептеу-графикалық жұмыстарды орындауда қолдануға арналған.

Бұл әдістемелік құралда асажоғары жиілікті аралықтағы, электромагнит толқындарының тарату желілеріндегі және радиожелі көрсеткіштерін талдау мен есептеуде мақсаты дағдыны алу болып табылатын есептеу-графикалық жұмыстар берілген.

Әрбір жұмыс бойынша тапсырмалар бітірушілердің кәсіби қызметінде ықтимал объектілер қатарына кіретін оптика, радио, желі бойынша дабылдарды қабылдау мен сәулелендіру, түрлі таратуларды қамтитын, технологиялық жүйелер, техникалық құралдар немесе басқа да жүйелерді ескере отырып құрастырылған.

Есептеу-графикалық жұмыстарды орындауға орта есеппен 15-20 сағат қажет.

 

Есептеу-графикалық жұмысты орындау бойынша нұсқау

Есептеу-графикалық жұмыс тапсырмасының кемінде 100 нұсқауы қарастырылған. Әрбір студент 3 жұмысты орындайды. Тапсырма нұсқауы сынақ кітапшасы нөмірінің соңғы үш санымен (m,n,p) анықталады, мысалы: № 993456 нөмірлі сынақ кітапшасының m=4; n=5; p=6.

         Жұмысты орындау кезінде студент келесі ережелерді ұстануы керек:

         1) Есептеуді орындау кезінде оның мақсатын көрсетіңіз, формула нөмірі мен қолданған әдебиеттерге (әдебиеттер нөмірін тізім бойынша) сілтемені келтіріңіз. Мысалы: (3.41) [1] формула арқылы толқындардың фазалық жылдамдығын анықтаймыз.

         2)  Енгізілген түсініктемені қайта анықтаңыз.

         3)  Жалпы формуланы жазыңыз, формулаға берілген шаманың сандық мағынасын қойыңыз, соңғы және аралық есептеу нәтижелерін келтіріңіз. Аралық есептеуде шама өлшемі көрсетілмейді, ал соңғы нәтижеде міндетті түрде мөлшері көрсетіледі.

         4) Барлық шамалар СИ халықаралық бірлік жүйесі  стандартты бірлігіне тең болуы керек.

         5) Есептеудің соңғы нәтижесін жазу барысында еселенген және бөлшектелген шамаларын қолдану қажет. Мысалы,  Е=7·10-5  В/м. деп жазбай,   Е=70 мкВ/м  деп жазу керек.

         6)   Барлық есептеулер нақты үш-төрт мағыналы сандармен орындалуы керек. Мысалы: 0,213

         7) Векторлы шама анықтамасын векторлар бағытын көрсететін суреттермен көрсету керек.

         8) График миллиметрлі қағазда немесе компьютерлік техниканы қолдану арқылы құрылады. Олар есептік нүкте, шама өлшемі және стандартты масштабтан құрылуы керек. Суреттер түсінікті түрде болуы керек. Амплитудалы-жиіліктік сипаттаманы құруда сызықтық немесе логарифмдік масштаб алынуы мүмкін, ал нүкте санын барлық тәуелділік ерекшеліктерін көрсететіндей етіп таңдау керек.

         9)  Жұмыстың соңында қолданған әдебиеттер тізімін келтіріп, өз қолын қойып, жұмыстың орындалған уақытын көрсетуі керек.

         10)  Барлық сипаттамаларда егер айнымалы шамада * белгісі кездессе, есептеуде және жұмысты орындауда қажетті көрсеткіштерді мұғалім береді.

         11) Жұмыстың соңында алынған нәтижелерді бағалау үшін орындалған жұмыс туралы қорытынды жасалуы керек.

        

№ 1 есептеу-графикалық тапсырма

 

          Тегіс электромагниттік толқын εа=εε0, және μа0, және σ  көрсеткіштерімен шексіз ортадағы поляризацияланған  YOZ жазықтығында Z ось сызығын жағалай таралады. ЕМ (1,2 кестеге қараңыз) координата басына электрлік өріс кернеуінің векторлық  амплитуда мәні қойылады.

         Орындау қажет:

          1) - α әлсіреу коэффициенті, β фаза коэффициенті, VФ фазалық жылдамдық, λ толқын ұзындығы, Zс ортаның қарсыласу сипаттамасы фазасы және модули толқын көрсеткіштерін анықтау;

          2)   - L өріс амплитудасының азаюына сәйкес z=z0 нүктесіндегі магнитті және электрлік өріс кернеуінің кешенді және лездің мәндерін жазу, сонымен бірге осы нүктедегі  Пср  векторды көрсету;

          3) - тербелістің бір айналым барысындағы уақыттың өзгеруінен z0 нүктесінде Е және Н өріс векторларының тәуелді лездік мәндерінің графигін құру;

          4) - төртполюсник секілді жолдың есептелген бөлігін қарастыра отырып, f - 2f жиілік аралығында * коэффициентінің амплитудалы-жиіліктік сипаттамасын құру және есептеу.

 

1 кесте - №1 ЕГТ бойынша есептеу үшін бастапқы мәліметтер

n

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Еm(B/м)

10

20

30

40

50

15

25

35

45

55

ε

1.8

2.0

2.2

2.5

3.0

3.5

1.5

1.9

2.4

2.9

 

        2 кесте - №1 ЕГТ бойынша есептеу үшін бастапқы мәліметтер    

р

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

f (ГГц)

8

6

4

2

1

3

5

7

9

11

σ (МСм/м)

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

L (дБ)

12

14

16

18

20

22

25

28

31

34

 

         Тапсырманы орындау кезінде [1, 6 тар; 3 тар; 3; 7 тар] материалдарын қолдану ұсынылады.

         Тапсырманың төртінші пунктінде ортаның үлесті өткіздігішінде (2 кестені қараңыз)   «*» белгісін қолданылғанына назар аудару керек. Мұндай жағдайда мұғалімнен тапсырманы нақтылап алу керек.

№ 2 есептеу-графикалық тапсырма

 

         1)  Берілген толқын ұзындығы аралығындағы ұзындығы L толқын жол бөлігінде * коэффициентінің фаза-жиіліктік және амплитудалы-жиіліктік сипаттамаларын құрастыру.

         2)  Осы аралықта толқын ұзындығы белсенді қуатқа ауысуына қатыса алатын, барлық толқын түрінің электромагниттік өрісінің күштік желісін бейнелеу керек. Олардың көлденең координатасынан өту құраушыларының тәуелділік графигін құру.  Толқын өткізгіш  қабырғаларында толқынның осы түрін өріске таратуға сәйкес келетін, тоқ бетінің тығыздылығын тарату бейнесін келтіру.

         3) Егер импульстің толтыру жиілігі толқын өткізгіш  жұмыс аралығының орталық жиілігіне тең болса, онда кіріспен салыстырғанда толқын өткізгіш шығысындағы тікбұрышты формалы импульс ұзақтығы неше рет өзгереді.

         3-5 кестелерде есептеу үшін бастапқы мәліметтер келтірілген.

                                      

3кесте - №2 ЕГТ бойынша есептеу үшін бастапқы мәліметтер                                                                                                    

m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Еmax(B/м) өріс амплитудасы

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

                                                                                                     

            4 кесте - №2 ЕГТ бойынша есептеу үшін бастапқы мәліметтер          

n

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Бөлік ұзындығы L(м)

10

15

12

25

13

3.5

14

4.5

17

5.5

Қабық материалдары

мыс

жез

күміс

мыс

 

            5 кесте - №2 ЕГТ бойынша есептеу үшін бастапқы мәліметтер                                                                                                     

р

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Толқын өткізгіш түрі

o

¡

¤

o

¡

¤

o

¡

¤

o

Толқын өткізгіш сипаттамалық өлшемдері (мм)

195х

98

110

1.2/

4.4

28.5х

12.6

17

5/

18

23х

10

13

2.6/

9.4

58х

29

 жұмыс аралығы (диапазоны) λmin-λmax (м)

0.2-

0.38

 

0.287

-

0.374

0.01-

30

0.029

-

0.056

0.045

-

0.057

0.036

-30

0.023

-

0.045

0.034

-

0.044

0.02

-30

0.058

-

0.115

Импульс ұзақтығы (нс)

4

3.3

100

1

0.5

150

0.4

0.7

75

1.2

Ескерту-сипаттық өлшем есебіндегі коаксиалды толқынжол үшін тиісінше қабықшалар және орталық желінің радиусы келтірілген.

Толқын өткізгіш шығыс және кіріс бойынша  тамаша үйлестірілген, ал диэлектрде жоғалу аз деп есептеу керек.

Толқын өткізгіш бойынша электрді ауыстыруда мод санына қарамастан, генератордың қуаттылығы өзгермейді (мұнда барлық мод үшін амплитуда теңдігін қабылдауға болады).

Тапсырманы орындау кезінде [1, 10 тар; 2, 8-11 тар, 3, 13-15 тар; 20; 4, 6 тар] материалдарын қолдану ұсынылады.

Тапсырманың бірінші пунктінде «*» белгісін қолданылғанына назар аудару керек. Мұндай жағдайда мұғалімнен тапсырманы нақтылап алу керек.

 

№ 3 есептеу-графикалық тапсырма

 

         1) Ширек толқындық трансформатор түріндегі келістіру құрылғысының  * коэффициентіндегі амплитудалы-жиіліктік және фаза-жиіліктік сипаттамаларын құру және оның өлшемін есептеу.

         2) Толқын (сипаттамалық) кедергісінің 10% жоғарғы және төмен жағына  өзгерген сәтіндегі,  трансформатордың өткізу  жолағы  қанша рет өзгеретінін анықтау.

         3) Трансформатордың реактивті кедергісі сипаттамасын сапалы деңгейде бағалау.

6,7- кестелерде есептеу үшін бастапқы мәліметтер келтірілген.

Қорытындылаушы желі кіріс бойынша мінсіз келісілген, ал қарсыласушы шығыс бойынша және жоғалтуда оларда жоқ болады.

Барлық тарату желілері бірмодтық режімде жұмыс атқарады.

 

6 кесте - №3 ЕГТ бойынша есептеу үшін бастапқы мәліметтер

n

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Желіні толықтыратын ортаның салыстырмалы диэлектрлік өткізгіштігі

1

2.5

2

2.2

1

2.25

2.3

1.5

2.4

3.0

                                                                                                       

7 кесте - №3 ЕГТ бойынша есептеу үшін бастапқы мәліметтер

р

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Толқын өткізгіш түрі

¤

o

¡

¤

o

¡

¤

o

¡

¤

Жақындатылған  толқын өткізгіштің сипаттамалық өлшемі (мм)

1.2/

4.4

23х

10

15

5/

18

58х

29

40

3.33

/

12.7

129

х

65

70

2/

7.6

Алыстатылған  толқынжолдың сипаттамалық өлшемі (мм)

1.55

/

4.0

28.5

х

12.6

18

2.8/

4.2

40х

20

32

2.6/

3.9

195

х

98

90

1.5/

3

Ескерту-сипаттық өлшем есепіндегі коаксиалды толқынжол үшін тиісінше қабықшалар және орталық желінің радиусы келтірілген.

Қосымша көрсеткіштер:

1) Есепті құрылғымен келістірілген (келістірілуді қамтамасыз ететін жиілік айырмасының өзгеруінде тарату желісін ауыстырмау керек!) жұмыс аралығының орталық жиілігінде жасау қажет.

2) Келістірілген құрылғылармен геометриялық өлшемдерді есептеуде тек қана бірінші желінің сипаттық өлшемін ғана ауыстыру қажет, ал екіншісін қорытындылаушы және қарсыласушы толқынжолдың екі сипаттық өлшемінен таңдау қажет.

3) Айырманы арттыру немесе азайту үшін қарсыласушы толқынжолды ауыстыру ұсынылады.

4) Жиіліктік аралық деңгейі өзгеруінін есептеуде толығымен барлық құрылғыдағы бірмодтық жұмыс аралығынң өзгеруін есептеу қажет.

Есептеулерді орындау кезінде [12.2.3 тар; 2, 10 тар] материалдарын қолдану ұсынылады.

Тапсырманың бірінші пунктінде «*» белгісін қолданылғанына назар аудару керек. Мұндай жағдайда мұғалімнен тапсырманы нақтылап алу керек.

 

Әдебиеттер тізімі 

1. Пименов Ю.Ю. және т.б. Техническая электродинамика. -М.: Связь, 2000,- 536 б.

2. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. -М.: Высшая школа, 2000.-416 б.

3. Федоров Н.Н. Основы электродинамики. -М.: Высшая школа, 2001.-400 б.

4. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинимика и распространение радиоволн.-М.: Наука., 1989.-544 б.

 

Мазмұны 

Кіріспе                                                                                                                   3

Есептеу-графикалық жұмысты орындау бойынша нұсқау                              4

№1 есептеу-графикалық тапсырма                                                                     4

№2 есептеу-графикалық тапсырма                                                                     5

№3 есептеу-графикалық тапсырма                                                                     7

   Әдебиеттер тізімі                                                                                               8