Caractéristique directionnelle et la polarisation des micro-ondes en face d'une antenne cornet

Objets des expériences Mesure de la distribution de champ transversal et longitudinal de micro-ondes

devant une antenne cornet. Démonstration et détermination de la polarisabilité de micro-onde émises.

PrincipesPropriétés des micro-ondes:Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques avec des fréquences d'être Entre 300 MHz et 300 GHz et longueurs d'onde comprises entre 1 m et 1 mm Bien que les fréquences sont inférieures à celles des Lumière visibles par plus de 3 ordres de grandeur, de nombreuses propriétés de Rayonnement micro-ondes peut être comparé à celles de visible la lumière. Par exemple, micro-ondes peuvent être polarisés de la même façon que Ondes lumineuses. Si le champ électrique oscillant dans un plan fixe, ce Est appelé polarisation linéaire. Une telle polarisation linéaire peut être Créé ou analysé au moyen d'un polariseur. Si une Onde linaire polarisée avec l'amplitude du champ électrique E0, province sur un polariseur qui est mis en rotation contre la direction de polarisation de l'onde par l'angle, la composante de champ E(α)=E0cos(α) (I)

Passe par un polariseur qui est mis en rotation contre la direction de polarisation de l'onde par l'angle, la composante de champ donner par :

I(α)=I0cos( α)(II)Dderrière le polariseur. En optique, l'équation. (II) est connu sous le nom loi de malus.Il ya une différence marquée entre la génération de micro-ondes et les ondes lumineuses. Micro-ondes sont générées guider et émis dans l'espace libre par l'intermédiaire d'une antenne. une distance suffisamment grande, l'antenne peut être considérée comme une source ponctuelle. A cette distance, l'électrique et le champ magnétique champs de la micro-onde osciller perpendiculairement les unes aux autres et à la direction de propagation (champ lointain). Les deux champs diminuer de manière inversement proportionnelle à la distance, leur rapport étant constante:

E0 #B0# 1/r (III)

A des distances inférieures à la limite

Rd=2*D² / (IV)λ

D: plus grande dimension transversale de l'antenne,:

λ : longueur d'ondes La distribution du champ de l'onde rayonnée est très complexe (proximité sur le terrain). la direction de propagation et le champ électrique et magnétique sont perpendiculaires les unes aux autres.

Source de micro-ondes:Dans cette expérience, un oscillateur Gunn est utilisé en tant que micro-ondes la source. Il fonctionne à une fréquence de 9,4 MHz et libère une la puissance d'env. 10 mW par une antenne cornet connecté (voir Fig. 1). L'oscillateur est une courte section de forme rectangulaire d'onde guider avec un petit corps en céramique étant détenu par un poste en laiton immédiatement en avant de l'arrière. Dans le corps céramique, il est un élément semi-conducteur avec un différentiel négatif re- sistance. Cet élément soi-disant Gunn joue le rôle actif dans produire des oscillations du champ électrique et magnétique. Sur du côté opposé, le guide d'ondes est fermée par un trou d'épingle dia- diaphragme, à travers laquelle une partie de la micro-onde générée échappe au pouvoir. Antenne en cornet est couplée à la cavité fermée par l'intermédiaire d'une autre section de guide d'ondes. La puissance micro-ondes est émis dans l'espace libre par l'antenne.

Fig. 1Internal structure of the microwave source and distributionof the electricfield E in the dominant mode of the cavityoscillationa Gunn element, b cavity, c pinholediaphragm,dwaveguide, e hornantenna

Dans la cavité, les ondes électromagnétiques peuvent se permanents, dont la longueurs d'onde sont déterminées par les dimensions de la cavité. Si la cavité est rendue plus petite, la longueur d'onde devient plus courte et la fréquence est augmentée. La fréquence peut également être changé en introduisant une broche diélectrique. Dans le mode dominant, la fréquence de résonance est donnée par

f = c2∗√1/s2+1 /b2

(V)

c: vitesse de la lumière, b: largeur de la cavité s: cavité de longueur (ici: la distance entre le sténopé dia- diaphragme et l'élément Gunn, voir Fig. 1) Pour s = 22 mm et b = 23 mm, f = 9,4 GHz est obtenue et il de = 33 mm. Si la dimension correspondante de l'antenne est D = 80 mm, la limite

rD = 400 mm pour des résultats le champ lointain. Mesure de la force du champ:Une sonde de champ E (voir Fig. 2), qui n'affecte pas le champ la distribution, est utilisé pour mesurer l'intensité du champ électrique dans la champ micro-onde en un point unique. Dans la sonde, des fils courts, qui sont soudés à une diode à haute fréquence, agir en tant que dipôle antennes pour micro-ondes. Une couche à haute résistance fait d' graphite prélève le signal reçu. Les fils de cuivre dans la partie inférieure une partie de la sonde sont torsadés de manière à éviter magnétiquement tensions induites.

Strictement parlant, la sonde de champ E mesure le champ électrique de composante qui est parallèle à l'axe longitudinal de la sonde et redresse le signal. Comme l'caractéristique de la diode n'est pas linéaire, le signal de sortie est approximativement proportionnel au carré de la composante de champ. L'alimentation Gunn est équipéavec un amplificateur intégré pour le signal de sortie du champ E Sonde. Réseau de polarisation:Un réseau de polarisation qui est conçu comme un circuit imprimé sur un bord est utilisé en tant que polariseur pour micro-ondes. Des bandes de cuivre étamé empêcher la formation d'un champ électrique parallèle les bandes en raison de leur grande conductivité. Le champ électrique ne peut s'accumuler perpendiculairement aux bandes métalliques.

InstallationRemarques:Mesurer les résultats peuvent être faussés par la réflexion de la micro-ondes de surfaces verticales des objets proches de la-expérimentationtal de configuration:Choisissez le sens de la transmission de l'antenne cornet de sorteque les surfaces réfléchissantes sont à une distance d'au moins 4 m.Si possible, utilisez des absorbeurs à micro-ondes à construire une réflexionchambre de mesure libre.Si plusieurs expériences avec des micro-ondes sont dirigées à la mêmetemps, voisins oscillateurs Gunn peuvent interférer:Essayez de trouver un arrangement approprié des expériences.Dans ce cas, l'utilisation d'absorbeurs de micro-ondes est obligatoire de mettre enjusqu'à distincts de réflexion sans chambres de mesure.Le champ magnétique variable de micro-ondes peut provoquer des tensionsdans les boucles de câbles:

Evitez les boucles de câble.Le montage expérimental est représenté dans la figure. 4. - Pour mesurer les distances, faire une règle de 800 mm de long par collent du papier échelle, ou utiliser une règle. - Fixez l'oscillateur Gunn à l'antenne cornet avec la connecteurs rapides (b).- Alignez l'antenne cornet horizontalement, visser le 245 mm de long se tige dans le filetage correspondant et le bloquer dans un socle. - Connectez l'oscillateur Gunn à la sortie OUT via un BNC conduire. Connecter la sonde de champ E à l'entrée de l'amplificateur et le voltmètre à la sortie DC OUT de la puissance Gunn fournir. - Mettre en place la sonde de champ E en face du centre de la corne Antenne. - Réglez la fréquence de modulation avec le réglage de fréquence (A) de telle sorte que le maximum multimètre affichages reçu de signal. Réalisation de l'expériencea) la distribution du champ transverse:- Mettre en place la sonde de champ E en face de l'antenne cornet à la distancex 0 = 100 mm.- Varier la position de la sonde de champ E entre y = 200 mm et 200 mm dans les étapes de 40 mm. Pour chaque cas lire le a reçu signal U et prendre vers le bas. - Recommencer la mesure pour la distance x 0 = 200 mm.b) la distribution du champ longitudinal:- Mettre en place la sonde de champ E en face du centre de la corne Antenne (y 0 = 0 mm). - Mesurer le signal U reçue entre x = 100 mm et 820 mm par pas de 40 mm et le prendre vers le bas. c) Polarisation:d'abord: - Tenir la sonde de champ E verticalement, puis horizontalement dans avant de l'antenne cornet, et de mesurer le signal reçu U dans les deux cas. suivante: - Mettre en place la sonde de champ E en face du centre de la corne antenne (distance env. 300 mm), et placez le polari- sation réseau dans le champ entre l'antenne cornet et la sonde de champ E. - Tournez la grille de polarisation de = 0 à 180 en étapes de 10. Chaque fois que de mesurer l'U signal reçu et de prendre il vers le bas. alors: - Tourner l'antenne cornet avec l'oscillateur Gunn dans le verticale, visser la tige support dans le filetage correspondant, et mettre en place l'antenne cornet à la distance précédente de la grille de polarisation et la sonde de champ E. - Nouveau tourner la grille de polarisation de 0 à 180 dans les étapes

de 10. Chaque fois que de mesurer le signal reçu et le prendre vers le bas. Fig. 4 Dispositif expérimental à gauche: pour mesurer la distribution du champ en face de l'antenne cornet à droite: pour déterminer la polarisation

Exemple de mesurea) la distribution du champ transverse:

b) la distribution du champ longitudinal:

c) Polarisation:Corne antenne horizontale, E-sonde de champ vertical: U = 1800 mV Corne antenne horizontale, E-sonde de champ horizontal: U = 14 mV

Évaluationa) la distribution du champ transverse:Dans la figure. 5, les valeurs du tableau 1 ont été normalisées à U 0 = U (100 mm, 0 mm) pour la représentation graphique. b) la distribution du champ longitudinal:Les valeurs de la distribution du champ longitudinal représenté dans Fig. 6 sont également normalisée à U 0 = U (100 mm, 0 mm). Pour des distances x>r D = 400 mm, la forme quadratique hyperbole - représentée par une ligne en pointillés sur le graphique - est en bon accord avec les données mesurées, c'est à dire dans cette région du champ lointain envi- mationU__E2__ 1/x2 or E__ 1/x détientc) Polarisation:Le signal reçu est approximativement égale à zéro si la sonde de champ E est aligné horizontalement en face de l'antenne cornet horizontale. Cela signifie que, les ondes émises par l'antenne cornet sont linéairement polarisée perpendiculairement à la face large de la corne Antenne. Dans la figure. 7, les valeurs mesurées du tableau 3 - normalisées à l' la valeur U 0 = U (90) mesurée lorsque l'antenne cornet est aligné horizontalement - sont tracées. Les courbes tracées dans le graphique ont été calculé en fonction de la considération suivante (voir Fig. 8): Si les vagues derrière l'antenne cornet sont polarisés perpendiculairement, le composant E P = E0 RésultatsMicro-ondes peuvent être polarisés et sont donc des ondes transversales. Le champ électrique à l'avant de l'antenne cornet est linéairement polarisée perpendiculairement à la face large de la corne Antenne. Le signal transmis de l'antenne cornet diminue si la distance augmente. Pour de grandes distances du champ électrique du signal est inversement proportionnelle à la distance. Le signal reçu de la sonde de champ E est proportionnelle à lacarré de la composante de champ électrique des micro-ondes parallèle à l'axe de la sonde.