 |
ВВИ «Плоская волна»
|
|
|
|
Создадим в Lab VIEW лабораторную установку, выбрав команды меню File =» New VI.
Создаем лицевую панель ВИ:
1. Выше всех регуляторов в декоративном элементе Horizontal Button Box, взятом в палитре Decorations, поместим меточным инструментом заголовок «Плоская электромагнитная волна». Правее, взяв из палитры Boolean, поместим кнопку останова Stop Button (рис. 3.7).
2. Из палитры Controls => Graph возьмем графический индикатор XY Graph и поместим его под заголовком. В метку индикатора внесем надпись «Амплитуда вектора». Растянем экран индикатора на всю ширину лицевой панели.
3. Вызвав щелчком правой кнопки мыши на экране индикатора его контекстное меню, выбираем пункт Visible Items. Отметим галочками пункты Plot Legend и Cursor Legend. При этом ниже экрана появляется панель управления курсором, а над ним легенда графика.
4. Выделим легенду щелчком мыши и растянем ее по вертикали до появления в легенде второго графика. Меточным инструментом дадим графикам названия «Вектор Е» и «Вектор Н».
5. Щелчком правой кнопки мыши на каждом графике в легенде вызываем контекстное меню, выбираем пункт Color. В открывшемся окне выбираем для графиков различные цвета.
ВИ «Плоская волна»
Создадим в Lab VIEW лабораторную установку, выбрав команды меню File =» New VI.
Создаем лицевую панель ВИ:
1. Выше всех регуляторов в декоративном элементе Horizontal Button Box, взятом в палитре All Controls=> Decorations, поместим меточным инструментом Label заголовок «Плоская электромагнитная волна». Правее, взяв из палитры All Controls=> Boolean, поместим кнопку останова Stop Button (рис. 3.7).
2. 
2. Из палитры Controls => Graph возьмем графический индикатор XY Graph и поместим его под заголовком. В метку индикатора внесем надпись «Амплитуда вектора». Растянем экран индикатора на всю ширину лицевой панели.
|
|
|
3. Вызвав щелчком правой кнопки мыши на экране индикатора его контекстное меню, выбираем пункт Visible Items. Отметим галочками пункты Plot Legend и Cursor Legend. При этом ниже экрана появляется панель управления курсором, а над ним легенда графика.
4. Выделим легенду щелчком мыши и растянем ее по вертикали до появления в легенде второго графика. Меточным инструментом дадим графикам названия «Вектор Е» и «Вектор Н».
5. Щелчком правой кнопки мыши на каждом графике в легенде вызываем контекстное меню, выбираем пункт Color. В открывшемся окне выбираем для графиков различные цвета.
6. Панель управления курсором содержит группу кнопок, осуществляющих управление перемещением курсора по экрану и переключение курсора с одного на другой график. Там же в двух индикаторах отображаются текущие координаты курсора
7. У панели управления курсором разместим, взяв из палитры Numeric, регулятор Horizontal Pointer Slide. В метку регулятора внесем его наименование «Длина шкалы Z». После щелчка правой кнопкой мыши на регуляторе выбираем Visible Items => Digital Display, чем сделаем видимым цифровой
8 Из палитры Decorations возьмем декоративный элемент Thick Lowered Box и поместим его на левом краю лицевой панели.
9 Разместим на нем регуляторы, задающие входные параметры: частоту в МГц, амплитуду, относительную диэлектрическую проницаемость, относительную магнитную проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь. Для этого из палитры Numeric переместим на лицевую панель пять регуляторов Horizontal Pointer Slide. При этом в метку каждого регулятора внесем его
10 После щелчка правой кнопкой мыши на каждом регуляторе выбираем ViSeble Items => Digital Display, чем сделаем видимым цифровой дисплеи
регулятора.
11. Для каждого из регуляторов, щелкнув на нем правой кнопкой мыши, выбираем Data Range. Открывается окно Slide Properties (рис. 3.8). В этом окне устанавливаем минимальное Minimum, максимальное Maximum значения регулируемой величины и шаг ее изменения Increment. На рис. 3.8 это окно показано для регулятора Частота. Теперь при регулировании значения переменных не смогут принять недопустимых значений.
|
|
|
Рис. 3.8
12. Откроем для регулятора «Тангенс угла диэлектрических потерь» контекстное меню, в котором выбираем Scale => Mapping => Logarithmic. Это позволит обеспечить плавную регулировку при малых значениях потерь.
13. Из палитры Decorations возьмем еще один декоративный элемент Thick Lowered Box и поместим его по центру лицевой панели.
14. Разместим на нем цифровые индикаторы, в которых будут отображаться значения модуля характеристического сопротивления, фазы характеристического сопротивления, коэффициент затухания, коэффициент фазы, фазовая скорость, длина волны. Для этого из палитры Numeric переместим на лицевую панель шесть индикаторов Numeric Indicator. При этом в метку каждого индикатора внесем его наименование.
15. Правее всех элементов лицевой панели разместим два регулятора Horizontal Pointer Slide, которые будут управлять масштабом изображения на экране. Это связано с тем, что значения амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей в единицах системы СИ отличаются в сотни раз. Для отображения их на одном экране необходимо вводить масштабные множители для каждого графика. Присвоим этим регуляторам метки «Масштаб Е» и «Масштаб Н»
Перейдем в окно структурной схемы Block Diagram:
1. Переместим терминалы регуляторов, задающих входные параметры: частоту в МГц, относительную диэлектрическую проницаемость, относительную магнитную проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь к левому краю окна.
2. Из палитры All Functions выбираем Select a VI. Из открывшегося окна перемещаем в окно структурной схемы созданный нами ВВИ: «Параметры волны».
3. Помещаем его иконку правее терминалов регуляторов входных параметров. А справа от иконки ВВИ размещаем терминалы цифровых индикаторов, в которых будут отображаться значения модуля характеристического сопротивления, фазы характеристического сопротивления, коэффициент затухания, коэффициент фазы, фазовая скорость, длина волны.
4. Монтажным инструментом соединим терминалы входных регуляторов и цифровых индикаторов с терминалом ВВИ.
|
|
|
5. Из палитры All Functions => Application Control выбираем оператор останова Stop и соединяем его с терминалом одноименной кнопки лицевой панели.
6. Из палитры All Functions => Structures выбираем оператор цикла For Loop. Поместив его в окно структурной схемы, растягиваем рамку и меточным инструментом задаем число его выполнений, равное 1000.
7. Из палитры Functions => Numeric поместим в окно структурной схемы оператор деления Divide и разделим значение длины шкалы на число выполнений цикла. Результатом будет шаг по оси z на экране индикатора XY Graph.
8. Реализуем в цикле вычисления по выражениям 
и
. Для этого поместим внутрь рамки оператора цикла из палитры Functions => Numeric оператор деления Divide, девять операторов умножения Multiply, оператор суммирования Add, оператор увеличения на единицу Increment. Там же возьмем цифровую константу Numeric Constant со значением -1.
9. Из палитры Functions => Numeric => Trigonometric возьмем два оператора косинуса Cosine.
10. Из палитры Functions => Numeric => Logarithmic возьмем оператор экспоненты Exponential.
11. Разместим удобнее все эти элементы в рамке оператора и монтажным инструментом соединим терминалы (рис. 3.9). Внешние для оператора цикла For Loop входные величины и управляющие сигналы проходят внутрь цикла через туннели, образующиеся при проходе через границу оператора монтажного инструмента.
Рис. 3.9
13. Из палитры All Functions => Cluster выбираем оператор Bundle и дважды переносим его в окно структурной схемы к выходным туннелям оператора цикла.
14. Из палитры All Functions => Array выбираем оператор построения массива Build Array и переносим его в окно структурной схемы.
15. Монтажным инструментом соединяем выходные туннели оператора For Loop и операторы Bundle и Build Array между собой и с терминалом индикатора XY Graph (рис. 3.9). Этим мы обеспечили построение на экране индикатора сразу двух графиков амплитуд полей Е и Н в зависимости от координаты z.
На этом работа по созданию виртуальной лабораторной установки завершена. Сохраним ее результаты как ВИ с именем «Плоская волна».
6. Из палитры Functions => Structures выбираем оператор цикла For Loop. Поместив его в окно структурной схемы, растягиваем рамку и меточным инструментом задаем число его выполнений, равное 1000.
|
|
|
7. Из палитры Functions => Numeric поместим в окно структурной схемы оператор деления Divide и разделим значение длины шкалы на число выполнений цикла. Результатом будет шаг по оси z на экране индикатора XY Graph.
8. Щелкнем правой кнопкой мыши на терминале индикатора XY Graph. В открывающихся контекстных меню выбираем последовательно Create => Property Node. На структурной схеме появляется элемент узла атрибутов. Теперь делаем на нем щелчок правой кнопкой мыши и в контекстном меню выбираем Properties => X Scale => Range => Maximum. Создан атрибут управления длиной горизонтальной шкалы индикатора XY Graph. Переместим этот атрибут ближе к регулятору «Длина шкалы Z» и соединим с ним. Теперь мы сможем управлять размером шкалы индикатора.
9. Реализуем в цикле вычисления по выражениям (5.22) и (5.23). Для этого поместим внутрь рамки оператора цикла из палитры Functions => Numeric оператор деления Divide, девять операторов умножения Multiply, оператор суммирования Add, оператор увеличения на единицу Increment. Там же возьмем цифровую константу Numeric Constant со значением -1.
10. Из палитры Functions => Numeric => Trigonometric возьмем два оператора косинуса Cosine.
11. Из палитры Functions => Numeric => Logarithmic возьмем оператор экспоненты Exponential.
12. Разместим удобнее все эти элементы в рамке оператора и монтажным инструментом соединим терминалы (рис. 5.9). Внешние для оператора цикла For Loop входные величины и управляющие сигналы проходят внутрь цикла через туннели, образующиеся при проходе через границу оператора монтажного инструмента.
13. На правой стороне оператора цикла образуем туннели выходных величин. В нижнем туннеле формируется значение координаты z. На средний туннель подается амплитуда вектора Н, на верхний туннель - амплитуда вектора Е.
14. Из палитры Functions => Cluster выбираем оператор Bundle и дважды переносим его в окно структурной схемы к выходным туннелям оператора цикла.
15. Из палитры Functions =$ Array выбираем оператор построения массива Build Array и переносим его в окно структурной схемы.
16. Монтажным инструментом соединяем выходные туннели оператора For Loop и операторы Bundle и Build Array между собой и с терминалом индикатора XY Graph (рис. 5.9). Этим мы обеспечили построение на экране индикатора сразу двух графиков амплитуд полей Е и Н в зависимости от координаты z.
На этом работа по созданию виртуальной лабораторной установки завершена. Сохраним ее результаты как ВИ с именем «Плоская волна».
2. Порядок выполнения лабораторных исследований
1. Запустить лабораторную установку, ознакомиться с органами управления. Включение прибора осуществляется нажатием на двунаправленную стрелку в строке кнопок окна LabVIEW. Расположенная правее заголовка кнопка STOP выключает виртуальную лабораторную установку.
|
|
|
2. Выполнить исследования в соответствии с выбранным вариантом. Исходные параметры для каждого исследования брать в табл. 3.1. Изменяемые и варьируемые параметры, значения которых отличаются от данных в табл. 3.1, указаны в описании конкретных исследований.
Таблица 3.1. Исходные параметры для исследования плоской электромагнитной волны
| Вариант 1 | Вариант2 | Вариант3 | Вариант4 | Вариант5 | |
| f1 МГц | |||||
| f2 (МГц) | |||||
| ε1 | |||||
| μ1 | |||||
| ε2 | |||||
| μ2 | |||||
| tgΔ | 1.0 | 0.8 | 0.6 | 0.4 | 0.9 |
3. Провести исследования волны в среде без потерь: -
• установить тангенс угла диэлектрических потерь равным 0;
• установить относительную диэлектрическую проницаемость, равную ε1;
• для частот f1 и f2 определить зависимости длины волны и характеристического сопротивления от относительной магнитной проницаемости. Данные свести в таблицу;
• установить относительную магнитную проницаемость, равную μ1;
• для частот f1 и f2 определить зависимости длины волны и характеристического сопротивления от относительной диэлектрической проницаемости. Данные свести в таблицу;
• построить графики полученных зависимостей.
4. Провести исследования волны в среде с потерями:
• установить относительную диэлектрическую проницаемость, равную ε1
• установить относительную магнитную проницаемость, равную μ1
• для частот f1 и f2 определить зависимости длины волны, коэффициента затухания, коэффициента фазы, модуля и фазы характеристического сопротивления от тангенса угла диэлектрических потерь. Данные свести в таблицу;
• построить графики полученных зависимостей.
5. Провести исследования фазового сдвига между электрическим и магнитным полями волны в среде с потерями:
• установить относительную диэлектрическую проницаемость, равную ε2;
• установить относительную магнитную проницаемость, равную μ2;
• установить тангенс угла диэлектрических потерь, равным tgΔ;
• с помощью курсора определить зависимость фазового сдвига между полями Е и Н от частоты. Данные свести в таблицу;
• построить график полученной зависимости.
6. Провести исследование зависимости уменьшения амплитуды поля на расстоянии в 1 м от частоты, называемое погонным затуханием. Для этого на ряде частот:
• с помощью курсора замерить уменьшение амплитуды двух максимумов поля и их положения. Данные свести в таблицу;
• погонное затухание получить расчетом и выразить в дБ/м;
• построить график полученной зависимости.
7. Объяснить полученные результаты, опираясь на знание теории.
8. Оформить и защитить отчет по работе.
4. Контрольные вопросы
1. Как связаны по величине и направлению векторы Е и Н в плоской волне?
2. Что такое вектор Пойнтинга?
3. Что такое коэффициент фазы?
4. Как зависит фазовая скорость от параметров среды?
5. Какие параметры характеризуют свойства среды?
6. Как зависит длина волны от параметров среды?
7. Что такое длина волны?
8. Что такое фазовая скорость?
9. Как определить вектор Пойнтинга через: вектор Е, вектор Н, оба эти вектора?
10. Что такое коэффициент распространения волны?
11. Что такое комплексная диэлектрическая проницаемость?
12. Что такое дисперсия фазовой скорости?
13. Что такое фазовый фронт?
14. Что такое коэффициент затухания?
15. Что такое характеристическое сопротивление среды?
16. Какие значения может принимать фазовый сдвиг между векторами Е и Н в среде с потерями?
17. Каковы частотные зависимости коэффициента фазы и коэффициента затухания?
18. Каковы частотные зависимости длины волны и фазовой скорости?
|
|
|
