5.1. Выберите пункт меню «Моделирование – Запуск». Начнется расчет значений компонент векторов ЭМ поля ,  в каждой из точек области моделирования с номерами ,  в дискретные моменты времени с номерами .

Программа автоматически переключится из окна «Рисование» в окно «Распределение поля». В этом окне выводится результат расчета, соответствующий текущему моменту времени t = , где m – номер «текущего шага» по времени (указан в строке состояния в нижней части окна программы). Экран обновляется периодически по мере завершения очередного расчета.

Результат расчета выводится в виде цветовой картины. Красный цвет означает, что в данной точке в текущий момент времени выбранная для отображения проекция вектора напряженности поля  на соответствующую ось (OY) направлена вдоль соответствующей оси (OY), синий – навстречу оси. Насыщенность цвета (степень отличия от белого цвета) отражает значение напряженности выбранной для отображения компоненты поля . В частности, белый цвет означает, что напряженность поля в данной точке в текущий момент времени равна нулю.

5.2. Ознакомьтесь с наблюдаемой в окне «Распределение поля» картиной. При необходимости расчет можно запустить заново (для этого следует выбрать пункт меню «Моделирование – Запуск») или продолжить с момента останова (для этого выбрать пункт меню «Моделирование – Вперед» и в диалоге «Далее» в поле ввода «Дополнительные шаги моделирования» ввести желаемое число шагов по времени).

Задание 1: самостоятельно продумать и обсудить в бригаде ответы на вопросы:

В каком направлении распространяется ЭМ волна?

Почему чередуются красные, белые и синие вертикальные полосы?

Где располагается фронт волны, какую форму он имеет?

Почему в вертикальном направлении (вдоль OY) картина однородная?

Как по наблюдаемой картине поля определить пространственный период распределения ЭМ поля, т.е. длину волны?

Почему волна, достигшая правого края окна, не отражается обратно?

5.3. Ознакомьтесь с осциллограммами напряженности поля, зарегистрированными каждым из пяти зондов.

Выберите пункт меню «Окно – Окно сигналов во временной области». В окне программы будут отображаться осциллограммы в виде графиков. По горизонтальной оси отложено время в отсчетах n ( ). По вертикальной оси отложено значение напряженности поля в В/м (если для отображения была выбрана электрическая компонента ЭМ поля) или в А/м (если для отображения была выбрана магнитная компонента ЭМ поля). Дважды щелкнув мышью на любой из осей, можно изменить границы области отображения.

Последовательно рассмотрите осциллограммы в каждом из пяти зондов. Для этого в правой части экрана в полях выбора установите галочки напротив выбранных зондов, затем нажмите кнопку «Обновить». Нумерация зондов соответствует указанной в окне «Рисование» (пункт меню «Окно – Окно рисования»).

Задание 2: самостоятельно продумать и обсудить в бригаде ответы на вопросы:

Является ли регистрируемый ЭМ колебательный процесс гармоническим?

Какое значение имеет напряженность поля и какое – амплитуда напряженности поля?

Затухает ли волна при распространении? Как это показать с помощью осциллограмм?

Является ли волна плоской? Как это показать с помощью осциллограмм?

Является ли волна однородной? Как это показать с помощью осциллограмм?

Как с использованием осциллограмм измерить период и частоту изменения напряженности поля?

Как с использованием осциллограмм измерить скорость распространения ЭМ волны?

5.4. Измерьте период  изменения напряженности поля, см. пример на рис. 2, результат занесите в отчет. Сравните результат измерений с рассчитанным в п. 3.3.

5.5. По результату п. 5.4 рассчитайте частоту  гармонического колебания напряженности поля, результат занесите в отчет. Сравните результат со значением из табл. 1.

5.6. Измерьте время t распространения ЭМ волны между двумя наиболее далеко удаленными друг от друга в направлении оси OX зондами (на рис. 1 это зонды № 0 и № 2), см. пример на рис. 2. Используя t и расстояние между указанными зондами, рассчитайте скорость  распространения ЭМ волны. Расчетную формулу и результат занесите в отчет. Сравните результат со значением  (см. п. 3.3).

5.7. По измеренным значениям  и  рассчитайте длину волны , расчетную формулу и результат занесите в отчет. Сравните результат с рассчитанным в п. 3.3 значением .

5.8. Измерьте амплитуду  напряженности электрической компоненты ЭМ поля в двух зондах, наиболее далеко удаленных друг от друга в направлении оси OX (на рис. 1 это зонды № 0 и № 2). Для этого используйте осциллограммы сигналов в соответствующих зондах: в правой части окна выберите тот зонд, в котором проводится измерение, и нажмите кнопку «Обновить». Занесите результаты измерения – значения  и  – в отчет (верхний индекс – номер зонда), укажите размерность.

Рис. 2. Пример измерения периода T и задержки t распространения волнового процесса.

5.9. Измерьте амплитуду  напряженности магнитной компоненты ЭМ поля в зонде № 0 (см. рис. 1). Для этого:

Выберите пункт меню «Параметры – Компонента поля – Hz», чтобы при последующем моделировании в окнах «Распределение поля» и «Сигналы во временной области» отображалась компонента  напряженности магнитного поля. Плоскость поляризации (XOY) при этом не изменится.

Выберите пункт меню «Моделирование – Запуск». Начнется расчет значений компонент ЭМ поля в каждой из точек области моделирования в дискретные моменты времени. Дождитесь окончания расчета.

Выберите пункт меню «Окно – Окно сигналов во временной области». В правой части окна выберите тот зонд, в котором проводится измерение (зонд № 0), и нажмите кнопку «Обновить». Занесите результат измерения – значение  в отчет, укажите размерность.

5.10. По результатам измерений пп. 5.8 и 5.9 рассчитайте волновое сопротивление свободного пространства по формуле , результат и размерность занесите в отчет. Сравните результат со значением W₀, указанным в п. 3.3.

5.11. По результатам измерений п. 5.8 рассчитайте затухание ЭМ волны при прохождении пути  между зондами № 0 и № 2 в раза́х по амплитуде по формуле: . Рассчитайте погонное затухание  ЭМ волны, дБ/м, по формуле: , где  – расстояние, м, между зондами № 0 и 2, результат и размерность занесите в отчет. Сделайте вывод о наличии затухания ЭМ волны.

5.12. Ознакомьтесь с распространением ЭМ импульса в свободном пространстве. Для этого:

Выберите пункт меню «Параметры – Возбуждение – Гаусс». Возбуждаемые источником компоненты E_y(t) и H_z(t)  будут меняться во времени не по гармоническому закону, а по закону Гаусса. Длительность импульса составит »150Dt, такой зондирующий сигнал относится к классу сверхширокополосных короткоимпульсных сигналов. Выберите пункт меню «Параметры – Компонента поля – Ey».

Выберите пункт меню «Моделирование – Запуск». Начнется расчет значений компонент ЭМ поля в каждой из точек области моделирования в дискретные моменты времени. Наблюдайте процесс распространения ЭМ импульса.

По окончании расчета выберите пункт меню «Окно – Окно сигналов во временной области». Ознакомьтесь с осциллограммами напряженности поля, зарегистрированными каждым из пяти зондов. Обсудите в бригаде наблюдаемые эффекты.

По аналогии с п. 5.6 измерьте t и рассчитайте скорость  распространения ЭМ импульса, расчетную формулу и результат занесите в отчет. Сравните результат со значением , указанным в п. 3.3.