Генераторы радиоволн

ГЕНЕРАТОРЫ РАДИОВОЛН

Для проведения первых трех демонстраций используется источник питания ВУП или ВУП-2.

ВУП-2 предназначен для обеспечения питанием демонстрационных установок в опытах по электричеству.

Технические данные: Прибор позволяет получить на выходных зажимах: выпрямленное напряжение 350В при максимальной силе тока 220мА; постоянное отфильтрованное напряжение 250В при максимальной нагрузке 50мА; регулируемое напряжение от 0 до 250В постоянного тока до 50мА; регулируемое напряжение от 0 до +100В и от 0 до -100В постоянного тока до 10мА; напряжение 6,3В переменного тока до 3А.

На лицевой панели смонтированы: выключатель, сигнальная лампочка, ручки регулируемого напряжения, зажимы для всех выходных напряжений и октальная панель. Октальная панель служит для подключения питания к генератору сантиметровых волн. При подключении генератора к октальной панели необходимо обратить внимание на правильность подключения. Для этого имеются необходимое углубление в панели, следите за ее совпадение с выступом на подключаемой шине.

ЗАДАНИЕ 1. Продемонстрируйте излучение и прием радиоволн с помощью ге­нератора ультравысокой частоты.

Электромагнитные волны строго определенной длины можно полу­чить с помощью генератора элек­тромагнитных колебаний ультра­высокой частоты, который питает­ся от универсального выпрямителя типа ВУП-2.

Зарегистрировать существо­вание электромагнитных волн на небольшом расстоянии от пере­датчика можно с помощью коле­бательного контура, резонансная часто­та которого совпадает с частотой излу­чаемой передатчиком электромагнитной волны.

Для индикации принятого сигнала, в цепь колебательного контура включена низковольтная маломощная электролампочка. Схема сборки указана на панели. Однако если генератор не заработает, можно попробовать альтернативную схему, указанную на рисунке.

ЗАДАНИЕ 2. Продемонстрируйте прием радиоволн с помощью диполя.

Для существенного и увеличения дальности радиопередачи к генера­тору ультравысокой час­тоты подклюйте пере­дающую антенну.

Антенна состоит из двух штырей, длина каждого из которых равна 0,5м.

Такие же штыри под­ключите к низковольтной маломощной электролам­почке, изготовляя тем самым приемную антенну с индикатором принимаемого сигнала.

Наблюдение за реакцией индикаторной электролампочки при изменении взаимной ориентации передающей и приемной антенн во время работы передатчика позволяет сделать заключение о поперечном характере электромагнитной волны.

ЗАДАНИЕ 3. Продемонстрируйте роль пассивного вибратора в антенне

Перемещая вблизи прием­ной антенны генератора ультра­высокой частоты металлический стержень, добейтесь либо усиле­ния, либо ослабления принимае­мого антенной с индикаторной лампочкой сигнала.

ЗАДАНИЕ 4. Продемонстрируйте излучение и прием радиоволн с помощью генератора сверхвысо­кой частоты.

Для наблюдения и изучения свойств элек­тромагнитных волн, к универсальному выпря­мителю ВУП-2 подключите с помощью специального шнура генератор сверхвысоко­частотных колебаний с передающей рупорной антенной.

Колебания сверхвысокой частоты, вырабатываемые генератором, модулированы низкочастотными колебаниями звуковой частоты.

Напротив передатчика расположите приемник электромагнитных волн, который состоит из такой же, как и передающая, приемной рупорной антенны и демодулирующего устройства, позволяющего выделить сигнал низкой частоты, который после уси­ления с помощью усилителя низкой частоты подается на динамический громкоговори­тель.

После включения источника электропитания передатчика и усилителя низкой частоты, по звучанию динамика можно будет судить о работе СВЧ приемо­передающего комплекса.

ЗАДАНИЕ 5. Продемонстрируйте отражение радиоволн.

Располагая приемную и передающую антенны СВЧ-комплекса в одной плоскости под углом к горизонту, добейтесь, чтобы звучание динамика прекратилось.

Далее на пути электромагнитной волны помещайте пластины, изготовленные из металла и диэлектрика, меняя при этом их ориентацию в пространстве. Покажите, что электромагнитные волны могут отражаться от препятствий и что при этом степень отражения может быть различной. Об
этом должны свидетельствовать интенсивности принятых сигналов.

Покажите, что когда угол падения волны на препятствие и угол ее отражения от данного препятствия равны между собой и луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр. восстановленный к точке отражения, лежат в одной плоскости, динамик фиксирует принимаемый сигнал, и что при нарушении этих условий сигнал исчезает.

ЗАДАНИЕ 6. Продемонстрируйте преломление радиоволн.

Расположите приемную и передающую антенны СВЧ-комплекса в одной плоскости под углом к горизонту так, чтобы звучание динамика прекратилось.

Поместите на пути электро­магнитной волны треугольную призму из диэлектрика и ме­няйте ее ориентацию в про­странстве, добиваясь громкого звучания динамика. Опыты должны свидетельствовать о том, что электромагнитные волны могут преломляться и о том, что луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный к точке преломления, лежат в одной плоскости.

ЗАДАНИЕ 7. Продемонстрируйте дифракцию радиоволн на препятствии.

Расположите передающую и приемную антенны СВЧ-комплекса напротив друг друга под углом так что-бы не было сигнала.

Поместите на пути элек­тромагнитной волны непро­зрачное для нее препятствие, размеры которого соизмери­мы с длиной волны (узкая пластина).

Покажите, что волна огибает препятствие и заходит в область геометрической тени.

ЗАДАНИЕ 8. Продемонстрируйте дифракцию радиоволн на отверстии.

Расположите передающую и приемную антенны СВЧ-комплекса в стороне друг от друга и под углом так что-бы не было сигнала..

Поместите на пути электромагнитной волны препятствие, непрозрачное для нее, или с отверстием соизмеримым с ее длиной.

Покажите, что волна заходит в область геометрической тени.

ЗАДАНИЕ 9. Продемонстрируйте поляризацию электромагнитных волн.

Расположите антенны передатчика и приемника электромагнитных волн напротив

друг друга. Внесите между
ними металлическую решетку с горизонтально расположенными стержнями. При этом интенсивность звука, издаваемого громкоговорителем, практически не будет меняться.

Поверните решетку на 90 градусов. Сигнал должен пропасть.

ЗАДАНИЕ 10. Продемонстрируйте интерференцию радиоволн Ллойда.

Интерференцию электромагнитных волн можно получить от двух когерентных ис­точников, в качестве одного из которых выступает сам гене­ратор, в качестве другого – металличе­ское зеркало.

Расположите приемную и пере­дающую антенны СВЧ-комплекса в од­ной плоскости под углом к горизонту так, чтобы динамик фиксировал принимаемый сигнал, но интенсив­ность этого сигнала должна быть существенно меньшей, чем если бы антенны были на­правлены навстречу друг другу.

Поместите над антеннами металлическую пластину так, чтобы луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежали в одной плос­кости. Медленно перемещая пластину вверх, а затем снова вниз, фиксируйте изменения громкости звучания динамика.

ЗАДАНИЕ 11. Продемонстрируйте модель интерферометра Майкельсона.

Электромагнитную волну можно разде­лить на два взаимно перпендикулярных пучка с помощью полупрозрачного зеркала. Отразив с помощью зеркал пучки обратно в сторо­ну полупрозрачного зеркала, можно добиться наложения пучков друг на друга. Поскольку разделенные пучки проходят в среде разные пути, между ними существует разность хода, определяемая, в частности, положением в пространстве зеркал. Меняя положение одно­го из зеркал, можно с помощью приемника электромагнитных волн зафиксировать чере­дование минимумов и максимумов возни­кающей интерференционной картины.

По такому принципу работает интерферометр-прибор, способный фиксировать очень малые изменения расстояний.

Для демонстрации модели интерферометра расположите приемную и передающую антенны СВЧ-комплекса так, чтобы оси их рупорных антенн были взаимно перпендику­лярны. Напротив антенн установите металлические пластины. Они будут являться зерка­лами для волн радиодиапазона.

Под углом 45 градусов к осям рупорных антенн установите тонкий лист диэлектри­ка. Он будет выполнять роль полупрозрачного зеркала.

Включите установку и перемещая одно из зеркал фиксируйте изменение громкости звука, издаваемого громкоговорителем.

ЗАДАНИЕ 12.Стоячие электромагнитные волны

Установку собирают по рисунку. Генератор и экран рас­полагают на расстоянии 1—1,5 м друг от друга. Между ними по­мещают приемный диполь. Включив генератор, медленно пере­мещают диполь вдоль распространения электромагнитных волн до момента наступления максимального сигнала. Затем по той же линии перемещают экран в пределах 1—2 см, добиваясь макси­мального сигнала. При перемещении приемного диполя вдоль вы­бранной линии наблюдают ярко выраженные минимумы и максимумы сигнала.

Для определения длины электромагнитной волны диполь ус­танавливают в точке максимума (или минимума) сигнала. Замечают его положение. Затем перемещают диполь вдоль линии распространения электромагнитных волн, отсчитывая одновремен­но 20 максимумов. Замечают положение диполя при двадцатом максимуме. Измеряют расстояние между выделенными положе­ниями и подсчитывают длину волны.

ЗАДАНИЕ 13. Преломление электромагнитных волн

Установку собирают по рисунку. Приемный диполь рас­полагают на расстоянии 0,8—1 м от генератора. При включенном генераторе наблюдают слабый сигнал. Между генератором и ди­полем помещают плоско-выпуклую линзу. Передвигая линзу по столу, находят положение, при котором сигнал будет максимальным. Перемеще­ние диполя в другое место приводит к уменьшению сигнала.

Между линзой и приемным диполем помещают треугольную призму и наблюдают исчезновение сигнала. При опускании диполя сигнал вновь появляется. Делают вывод по наблюдаемым явлениям.

Для проведения следующих демонстраций дополнительно потребуются комплект приборов на базе генератора сантиметровых волн.

Учебный комплект с генератором сантиметровых волн (СВЧ) (рис.44), в который входят следующие приборы и принадлежности: генератор сантиметровых волн (λ = 3 см) с мультивибратором 1, приемник с рупорной антенной 2, приемник с дипольной антенной 3, призмы из диэлектрика — прямоугольная и треугольная 4, поляризационные решетки 5 — 2 шт., линза 6 из диэлект­рика, металлические пластины 7 широкие и узкие — 4 шт., пластинка 8 из диэлектрика, диск металлический 9, держатели для пластин 10. Кроме то­го, к комплекту прилагаются четыре подставки.

Сверхвысокими частотами (СВЧ) называют частоты от 109 до 1 012 Гц, что соответствует электромагнитным волнам дециметрового, сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.

Усилители низкой частоты УНЧ-3 или УНЧ-5 (см. фото)

УНЧ может служить демонстрационным прибором в средней школе при демонстрации работы усилителя напряжения, усилителя мощности, кенотронного выпрямителя и для демонстрации работы элементарного радиотехнического устройства.

На лицевой стороне УНЧ-3 расположены регулятор усиления, совмещенный с выключателем электросети, а также лампочка, сигнализирующая о включении электросети.

Вход прибора, выполненный в виде трех пар гнезд с соответствующими надписями «М» (Микрофон), «Ад» (адаптер) и «Л» (линия), расположен в левой боковой стенки прибора.

На заднюю стенку усилителя выведена две пары выходных гнезд с надписями: «ГР» (громкоговоритель) и «Л» (линия), а также колодка переключения питания (127 и 220 В) с предохранителем. Кожух с четырех сторон имеет жалюзи для охлаждения прибора во время работы.