Учебный прибор по физике для изучения свойств электромагнитных волн Советский патент 1987 года по МПК G09B23/14 

Изобретение отно сится к учебным пособиям по физике и может быть использовано при изучении свойств электромагнитных волн.

Целью изобретения является повыше ние демонстрапионных возможностей и электробезопасности.

На фиг,I показан генератор с рупорной антенной, разрез; на фиг,2 - разрез А-А на фиг. 1 (схема размещения согласующей металлической вставки на торце стержня из диэлектрика); на фиг.З - схема прибора.

Диод Ганна 1 закреплен одним электродом на торце теплоотводящего металлического стержня 2, расположенном внутри волновода 3 при помощи винта 4 с правой резьбой, смещенного относительно оси стержня. Теплоотво- дящий стержень 2 крепится к волноводу либо резьбовым соединением, либо с помощью цангового зажима, либо любым другим способом, обеспечивающим надежный электрический контакт с волноводом.

Второй электрод 5 диода Ганна 1 соединен с гнездовым выводом внутренней обкладки проходного конденсатора 6, внешняя обкладка которого имеет электрический контакт с волноводом (например, резьбовым соединением). На электрод 5 жестко насажен металлический диск - резонатор 7, имеющий в центре отверстие, диаметр которого несколько меньше диаметра электрода. Волновод представляет собой отрезок медной трубы прямоугольного сечения и припаян одним концом к рупорной антенне (на фиг.1 она показана справа от волновода), имеющей вид усеченной пирамиды.

Внутри волновода генератора 8 расположена с одной стороны от диода Ганна I металлическая заглушка 9, а с другой стороны, между диодом Ганна 1 и рупорной антенной располо7кена согласующая металлическая вставка 10, закрепленная на торце подвижного стержня 11, находящегося частично внутри волновода и выполненного из диэлектрика с диэлектрической проницаемостью, равной единице. Питание генератора 8 осуществляется от сети через понижающий трансформатор 12 и двухполупериодный выпрямитель 13. При необходимости можно осуществлять и батарейное питание диода Ганна (с некоторым видоизменением цепи питания) . Так как в предлагаемом посо

бии приемн ик 1 4, выполненный на полупроводниках, питается от батарей, то батарейным питанием можно обеспечить все пособие, что приводит к полной его электробезопасности. Генератор 8 содержит элементы по 9 включительно. Диод Ганна 1 является активным элементом генератора, излучение которого требуется продемонстрировать в

физическом эксперименте. Выбор диода Ганна обусловлен его высокой экономичностью и низким питающим напряже- нием, что повьщ1ает электробезопасность пособия. Стержень 11 изготовлен из пенопласта, а приклеивание металлической вставки осуществляют так, чтобы не было электрического контакта eждy ней и стенками волновода 3 (щирину щели а (фиг.2) подбирают

экспериментально).

Между генератором 8 и приемником 14 располагают один или несколько преобразователей 15 электромагнитных волн набора, включающего в себя призмы полиризационные решетки, линзу, металлические зеркала и диск, лист из диэлектрика.

Пособие для изучения свойств электромагнитных волн используют следующим образом.

Подключают трансформатор 12 к электрической сети, после чего источник начинает вырабатывать пульсирующее, с чатотой 100 Гц, напряжение, а

генератор 8 излучает с рупорной антенной промодулированные этой частотой СВЧ-волны. Перемещением стержня 11, который держится внутри волнов о- да 3 благодаря трению о его стенки,

за внешний торец меняют положение металлической вставки 10, добиваясь настройки на максимальную мощность излучения. Заглушка 9 препятствует выходу СВЧ-излучения с профивоположного от рупорной антенны конца волновода 3, и, кроме того, необходима для настройки на максимальную излучаемую мощность.

Заглушка 9 в процессе эксплуатации пособия остается в зафиксированном положении, а настройка при необходимости осуществляется перемещением стержня 4 со вставкой 10. Равенство единице диэлектрической проницаемости стержня 11 требуется для того, чтобы стержень не искажал структуру электромагнитного поля, излучаемого диодом Ганна 1. Для этого показатель преломления стержня п -(и должен

быть равен I , что д.пя диэлектриков (имеюпшх магнитную проницаемость ru 1) приводит к условию равенства единице диэлектрической проницаемости.

Некоторые диэлектрики, в частное- ти пенопласт, имеют диэлектрическую проницаемость, близкую к диэлектри- |Ческой проницаемости воздуха, примерно равной единице.

В качестве примера эксперимента можно привести демонстрацию отражения электромагнитных волн от металлических .предметов. Если между генератором 8 и приемником 14 поместить в качестве преобразователя 15 металли- ческий экран, то звук частотой 100Гц издаваемый громкоговорителем приемника 14, резко ослабляется. Если металлический экран удалить, то сигнал от генератора проходит к приемнику 14 и звук становится хорошо сльппным. С помощью предлагаемого пособия можно продемонстрировать опыты с различными преобразователями.

Формула изобретения

Учебный прибор по физике для изучения свойств электромагнитных волн, содержащий генератор с рупорной ан- тенной, набор преобразователей, измеXJ-/1

0 5 0

5

0

няюошх параметры излучения генератора и приемник, регистрируюпдай преобразованное излучение, о т л и ч а ю- ш и и с я тем, что, с целью повьш1ения демонстрационных возможностей и обеспечения электробезопасности, он имеет выполненный из диэлектрика подвижный стержень с диэлектрической проницаемостью, равной единице, и закрепленную на его торце согласующую металлическую вставку, а генератор содержит связанный с источником питания двухполупериодный выпрямитель, связанный с ним волновод, один конец которого соединен с рупорной антенной, конденсатор, наружная обкладка которого соединена с волноводом, теп- лоотводящий стержень, закрепленный на волноводе, и диод Ганна, один электрод которого расположен внутри волновода и закреплен на теплоотводя- щем стержне, а второй электрод соединен с внутренней обкладкой конденсатора и имеет на конце металлический диск-резонатор, расположенный в волноводе, при этом в волноводе на свободном его конце установлена металлическая заглушка, а подвижный стержень расположен в рупорной антенне и концом, несущим металлическую вставку - в волноводе.

Ю

фиг.З

Фи9.2

Составитель Р. Ужвий Редактор Н. Горват Техред Л.Олейник Корректоре. Черни

1155/51

Тираж 434Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к средствам обучения. Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей и обеспечение электробезопасности. Учебный прибор по физике позволяет осуществить демонстрацию большого количества экспериментов по изучению свойств электромагнитных волн путем расположения между генератором и приемником различных преобразователей, например призмы зеркала, поляризационные решетки и т.п. Прибор имеет установленный в волноводе 3 и рупорной антенне подвижный стержень 11 с металлической вставкой 10, изменением положения которого меняют параметры излучения генератора, имеющего диод Ганна 1, один электрод 5 которого связан с внутренней обкладкой конденсатора 6 и имеет на конце диск-резонатор 7, размещенный в волноводе 3, а другой электрод размещен на теплоотводящем стержне 2 и расположен в волноводе. Использование диода Ганна позволяет повысить электробезопасность прибора, так как для его питания достаточно напряжение от обмотки трансформатора порядка 6 В с последующим выпрямлением. В противоположном рупорной антенне конце волновода установлена заглушка 9, препятствующая выходу излучения из волновода помимо антенны. 3 ил. § сл w о:) ai 00 фуг.;