Некоммерческое акционерное общество
"Алматинский институт энергетики и связи"
Факультет радиотехники и связи
Кафедра радиотехники
АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
Методические указания к выполнению лабораторных работ
для студентов всех форм обучения специальности
050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2009
СОСТАВИТЕЛИ: Прилепкина Л.П., Хорош А.Х. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2009.- 27 с.
Методические указания содержат указания по подготовке и проведению лабораторных работ, в них приведены описания каждой лабораторной работы, экспериментальных установок, дана методика проведения и обработки опытных данных, перечень рекомендуемой литературы и контрольные вопросы.
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения по специальности 050719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации.
Содержание
|
Введение…………….…………………………………………… 1 Лабораторная работа №1……………………………………….. 2 Лабораторная работа №2……………………………………….. 3 Лабораторная работа №3……………………………………….. 4 Лабораторная работа №4……………………………………….. 6 Приложение А……………..……………….……………………. 7 Приложение Б……………..…………………………………….. Список литературы……………………………………………... |
3 14 19 23 24 27
|
Введение
В настоящий сборник включены лабораторные работы, целью которых является изучение конструкции и принципов действия различных антенн и освоение методики определения их основных характеристик и параметров. Материал по каждой лабораторной работе включает цель, краткое описание лабораторной установки, задание для самостоятельной подготовки, указания для выполнения работы, содержание отчета и контрольные вопросы.
Продолжительность каждого лабораторного занятия 4 часа.
Лабораторные работы рекомендуется выполнять бригадами в составе не более 3-4-х человек. Описание выполняемой работы должно быть предварительно изучено с привлечением теоретического материала из лекционного курса или соответствующей литературы. Преподаватель, проводящий занятие, проверяет подготовленность студента и допускает его к выполнению работы.
В описаниях, где у переменных величин встречается знак * предполагается, что необходимые для расчетов и выполнения работ параметры выдаются преподавателем, ведущим занятия.
Все отчеты по лабораторным работам выполняются на отдельных листах бумаги индивидуально каждым студентом. Графики строятся на миллиметровой бумаге с указанием масштаба и размерности по осям. В конце отчета должны быть приведены краткие выводы о проделанной работе, в которых необходимо дать оценку полученным результатам, их соответствие теоретическим.
Перед началом лабораторных работ студенты должны прослушать инструктаж по технике безопасности.
Данные указания необходимо выполнять для правильного и наиболее полного выполнения задания лабораторных исследований некоторых типов антенн.
ВНИМАНИЕ!!! При присоединении и отсоединении элементов от генератора необходимо его выключить. Генератор включать только на период проведения измерений. Этого требуют правила техники безопасности.
Лабораторная работа № 1
Измерение коэффициента усиления антенны
1.1 Цель работы
Ознакомление с методами измерения коэффициента усиления антенн сантиметрового диапазона, с элементами волноводной техники, измерительной аппаратурой.
1.2 Описание лабораторной установки
В состав установки входят ВЧ генератор, рупорная антенна – 2 шт., измерительная волноводная линия РI–28, микроамперметр, выпрямитель питания, металлическое зеркало. ВЧ генератор предназначен для возбуждения колебаний в сантиметровом диапазоне волн.
1.3 Домашняя подготовка
1.3.1 Изучить методы измерения коэффициента усиления антенн сантиметрового диапазона.
1.3.2 Изучить описание работы и руководство по эксплуатации используемых в работе приборов (Приложение Б).
1.3.3 Рассчитать коэффициент усиления, ширину диаграммы направленности пирамидального рупора.
1.3.4 Рассчитать расстояние дальней зоны для исследуемой антенны.
1.4 Лабораторное задание
1.4.1 Измерить коэффициент усиления антенны методом двух одинаковых антенн.
1.4.2 Измерить коэффициент усиления антенны зеркальным методом.
1.4.3 Провести анализ погрешности измерений.
1.5 Методические указания
1.5.1 По домашней подготовке:
1.5.1.1 Для пирамидального рупора коэффициент усиления (КУ) и ширина ДН равны
,
(1.1)
где aр = 11,5 см – высота раскрыва рупора;
bр = 11,5 см – ширина раскрыва рупора;
λ * – длина волны колебаний генератора.
Основным вопросом при любом методе измерений КУ является выбор расстояния между антеннами. Если это расстояние недостаточно, то фронт волны в месте расположения приемной антенны будет сферическим. Раскрыв антенны возбуждается не синфазно, а с запаздыванием фазы поля на краях антенны по отношению к центру. Из-за фазовых ошибок измеренное значение КУ будет меньше действительного. Чтобы ошибка не превышала 5%, расстояние между антеннами должно удовлетворять неравенству
.
(1.2)
При измерениях зеркальным методом расстояние до экрана определяется
.
(1.3)
1.5.2 По лабораторному заданию:
1.5.2.1 Измерение коэффициента усиления антенны методом двух одинаковых антенн.
Величина КУ антенны определяется просто, если имеются две одинаковые антенны, одна из которых работает в режиме передачи, а вторая - в режиме приема. Антенны согласовываются с питающими линиями и ориентируются на максимум приема. КУ в этом случае определяется
,
(1.4)
где Р1, P2 - мощность на входе передающей антенны и на согласованной нагрузке приемной антенны соответственно;
λ - длина волны генератора, определяемая расчетным путем по измеренной длине волны в волноводе;
R - расстояние между антеннами, соответствующее дальней зоне.
Для определения отношения Р2/Р1 может быть использован метод аттенюатора. С этой целью в тракте передающей антенны предусматривается градуированный аттенюатор.
Соберите блок-схему установки, изображенной на рисунке 1.1
1 ВЧ генератор.
2 Измерительная волноводная линия РI-28
3 Микроамперметр.
4 Аттенюатор Д5-21.
5 Детекторная секция.
Рисунок 1.1 – Блок-схема измерений
Антенны располагаются друг против друга. Выход приемной антенны через детекторную секцию с помощью длинного гибкого кабеля соединяется с микроамперметром. После включения генератора с помощью аттенюатора добиваются, чтобы стрелка измерительного прибора заняла какое-то определенное положение, например, отклонилась бы до середины шкалы. При этом записывают показание аттенюатора N2. Отсоединяют передающую антенну от тракта передатчика и к освободившемуся выходу тракта присоединяют детекторную секцию, отсоединив ее от приемной антенны. Теперь вся мощность из генератора поступает к измерительному прибору, не рассеиваясь в пространстве. Следовательно, показания измерительного прибора резко возрастут. С помощью аттенюатора вводится затухание до тех пор, пока стрелка индикаторного прибора не покажет прежнее значение, после чего записывается новое показание аттенюатора N1. Очевидно, что разность значений равна
.
(1.5)
Формулы (1.4-1.5) справедливы в предложении, что КБВ в передающем тракте равен единице.
1.5.2.2 Измерение коэффициента усиления антенны зеркальным методом.
Модификацией метода двух одинаковых антенн является зеркальный метод. Основная идея этого метода заключается в следующем. Поле излучения, создаваемое исследуемой антенной, наводит на экране вторичные токи, которые порождают волны, излучаемые в сторону исследуемой антенны. Эти волны, действуя на последнюю, проникают в фидерную линию, что приводит к изменению режима работы этой линии. При этом возникает рассогласование антенны с фидером (ранее согласование достигается настройкой в отсутствии экрана, при этом коэффициент бегущей волны имеет значение КБВ0) и КБВ уменьшается и становится равным КБВ1. Проведение соответствующих расчетов показывает, что КБВ в фидере связан с КУ следующим образом
, (1.6)
где λ - длина волны;
r - расстояние от антенны до экрана.
Для определения КБВ используется блок – схема установки, представленная на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Блок–схема установки для измерения КБВ
Определить КБВ в присутствии и отсутствии металлического экрана по формуле
,
(1.7)
где 
- максимальное и
минимальное показания индикатора соответственно.
1.5.2.3 Проведение анализа погрешности измерений.
Вследствие многократных отражений между экраном и антенной на принимаемую мощность накладывается осциллирующая компонента. При изменении расстояния R/2 на нечетное число четвертей волн величина принятой мощности колеблется от минимального до максимального значения. Чтобы уменьшить погрешность, возникающую по указанной причине, производят четыре измерения КБВ при различных величинах R/2. Затем определяют среднее значение коэффициента усиления.
1.6 Содержание отчета
1.6.1 Цель работы и блок-схемы проводимых измерений.
1.6.2 Результаты домашнего расчетного задания: коэффициент усиления, ширина диаграммы направленности, расстояние до дальней зоны исследуемой антенны.
1.6.3 Данные эксперимента.
1.6.4 Выводы по работе, сравнение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами.
1.7 Контрольные вопросы:
1.7.1 Перечислите и поясните параметры антенн.
1.7.2 С помощью измерения какого параметра определяется величина КУ при использовании зеркального метода?
1.7.3 Что такое КНД в режиме приема?
1.7.4 Что такое КНД в режиме передачи?
1.7.5 Поясните метод измерение КУ при помощи двух антенн.
1.7.6 Поясните порядок измерения КУ зеркальным методом.
1.7.7 Какова причина того, что при измерении КУ зеркальным методом для различных положений экрана значения G оказываются то несколько больше, то несколько меньше истинного значения.
1.7.8 На основании проведенного эксперимента проанализируйте источники введения ошибок и пути повышения точности измерений.
1.7.9 В чем сходство и различие в определении КНД и КУ?
1.7.10 В чем сущность обратимости антенн?
Лабораторная работа № 2
Исследование рупорных антенн
2.1 Цель работы
Освоение методики измерения диаграммы направленности, поляризационной диаграммы рупорной антенны и зависимости коэффициента отражения в фидерной линии от частоты.
2.2 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из генератора СВЧ, двух измерительных рупорных антенн П6-23А с поворотным устройством, коаксиальной измерительной линии, измерителя мощности.
2.3 Домашняя подготовка
2.3.1 Изучить принцип действия рупорных антенн. Изучить описание работы и руководство по эксплуатации используемых в работе приборов (Приложение Б).
2.3.2 Рассчитать и построить в полярной системе координат диаграммы направленности рупорной антенны на частоте ƒ*.
2.3.3 Рассчитать коэффициент усиления рупорной антенны на частоте f *.
2.4 Лабораторное задание
2.4.1 Измерить диаграмму направленности антенны П6-23А в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
2.4.2 Измерить поляризационную диаграмму антенны П6-23А.
2.4.3 Измерить зависимость модуля коэффициента отражения от частоты.
2.5 Методические указания
2.5.1 По домашней подготовке:
Нормированные амплитудные ДН рупорной антенны можно рассчитать по формулам:
- в плоскости Н
(2.1)
- в плоскости Е
(2.2)
где ар, bр - размеры раскрыва рупора (ар=340 мм, bр=255 мм);
θH , θE - углы, отсчитываемые от оси рупора, рад.
Коэффициент усиления антенны G связан с эффективной площадью антенны Аэфф соотношением
,
(2.3)
где λ – длина волны;
Аэфф – эффективная площадь антенны, определяемая на рабочей частоте по частотной характеристике антенны (рисунок А.1 Приложение А).
2.5.2 По лабораторному заданию:
2.5.2.1 Измерение диаграммы направленности антенны П6-23А в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Собрать лабораторную установку (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Блок-схема установки для снятия ДН
Исследуемую антенну надо ориентировать на максимум излучения. Вращая антенну в горизонтальной плоскости в обе стороны, найти положение первого минимума диаграммы θ01 слева и справа. В соответствии с этим углом определить шаг изменения угла, необходимый для измерения главного лепестка ДН. Проведенные измерения в диапазоне углов от –900 до + 900 занести в таблицу и пронормировать. Аналогичным образом измерить ДН в вертикальной плоскости. Нормированные диаграммы направленности построить в полярной системе координат. Определить ширину диаграммы направленности по уровню нулевого излучения и по уровню половинной мощности и уровень боковых лепестков. На основании полученных данных рассчитать коэффициент усиления антенны
,
(2.4)
(
измеряются в радианах) и
сравнить его с рассчитанным коэффициентом усиления.
2.5.2.2 Измерение поляризационной диаграммы антенны П6-23А. Ориентировать антенну на максимум излучения. Вращая приемную антенну вокруг продольной оси, изменить плоскость поляризации поля. В зависимости от угла поворота рупора антенны по стрелочному индикатору фиксировать изменение мощности, принимаемой антенной. При обработке результатов измерений следует помнить, что показания всех индикаторов прямо пропорциональны принимаемой мощности излучения. Проведенные измерения в диапазоне углов 00 – 900 занести в таблицу и пронормировать. Нормированную поляризационную диаграмму построить в полярной системе координат.
2.5.2.3 Измерение зависимости модуля коэффициента отражения от частоты.
Зависимости модуля коэффициента отражения от частоты определяется косвенным методом.
Для этого измеряется коэффициент стоячей волны (КСВ) в питающем фидере антенны П6-23А в диапазоне частот 1.0 – 12 ГГц * методом минимума – максимума, используя распределение напряженности поля в измерительной линии. Лабораторная установка для измерения КСВ приведена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Блок-схема установки для измерения КСВ
Измерение КСВ производится при непосредственном подключении входа антенны к коаксиальной измерительной линии Р1-3. Измерение КСВ необходимо провести в 10 – 12 точках частотного диапазона антенны. Результаты измерений внести в таблицу.
Для каждой частоты определить модуль коэффициента отражения в фидерной линии по формуле
(2.5)
Построить зависимость модуля коэффициента отражения от частоты.
2.6 Содержание отчета
2.6.1 Цель работы и блок-схемы проводимых измерений.
2.6.2 Результаты домашнего расчетного задания.
2.6.3 Данные эксперимента, сведенные в таблицы, построенные по ним графические зависимости.
2.6.4 Выводы по работе, сравнение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами.
2.7 Контрольные вопросы
2.7.1 Поясните устройство, принцип действия и области применения рупорных антенн.
2.7.2 Поясните, как и почему изменяется ДН открытого конца волновода при расширении его стенок в виде рупора.
2.7.3 Перечислить основные типы рупоров.
2.7.4 Какой рупор называется оптимальным?
2.7.5 Почему в пирамидальном рупоре с одинаковыми размерами раскрыва ДН в плоскостях Е и Н оказываются различными?
2.7.6 Перечислите основные достоинства рупорных антенн?
2.7.7 Как влияют фазовые искажения, существующие в рупоре, на форму ДН?
2.7.8 Какими факторами определяется ширина ДН рупорной антенны?
2.7.9 Какие поляризационные параметры антенны Вы знаете?
2.7.10 Чем характеризуются диапазонные свойства антенны?
2.7.11 Какова зависимость КУ рупорной антенны от площади её раскрыва?
2.7.12 Объясните преимущества рупорной антенны по сравнению с волноводным излучателем.
2.7.13 Как зависит КНД от угла раствора рупора?
Лабораторная работа № 3
Иследование вибраторных антенных решеток и проволочных спиральных антенн
3.1 Цель работы
Изучение конструкции, принципа действия плоских вибраторных антенных решеток (АР) и проволочных спиральных антенн, экспериментальное исследование их направленных характеристик и освоение методики измерения основных параметров.
3.2 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из генератора СВЧ Г4-76А, исследуемых антенн (антенная решетка и спиральная антенна) с поворотным устройством, измерительной антенны, измерителя полных сопротивлений Р3-35, микроамперметра с детекторной секцией.
3.3 Домашняя подготовка
3.3.1 Для плоской антенной решетки:
а) изучить принцип действия вибраторных антенных решеток. Изучить описание работы и руководство по эксплуатации используемых в работе приборов (Приложение Б);
б) рассчитать направленные характеристики и входное сопротивление плоской вибраторной антенной решетки, состоящей из четырех полуволновых симметричных вибраторов.
3.3.2 Для спиральной антенны:
а) изучить принцип действия спиральных антенн. Изучить описание работы и руководство по эксплуатации используемых в работе приборов (Приложение Б);
б) рассчитать поляризационную диаграмму антенны;
в) рассчитать направленные характеристики цилиндрической спиральной антенны.
3.4 Лабораторное задание
3.4.1 Измерить диаграмму направленности плоской вибраторной антенной решетки.
3.4.2 Определить коэффициент стоячей волны в фидере.
3.4.3 Определить модуль коэффициента отражения. Построить зависимость модуля коэффициента отражения от частоты.
3.4.4 Повторить пункты 3.4.1-3.4.3, используя в качестве исследуемой антенны спиральную антенну на 5 витков, а затем на 7 витков.
3.5 Методические указания
3.5.1 По домашней подготовке:
а) при расчете направленных характеристик плоской вибраторной АР можно воспользоваться инженерной методикой, не учитывающей наведенные сопротивления соседних излучателей.
, (3.1)
, (3.2)
, (3.3)
где Nx=2, Ny=2 - число вибраторов в АР;
dx, dy - расстояния между вибраторами АР (dx/λ=dy/λ=0.1);
фх, фу - сдвиг фаз между соседними излучателями (в случае синфазного возбуждения – фх=фу=0, в случае противофазного возбуждения – фх=фу=π);
к=2π/λ, λ - рабочая длина волны, выбирается в пределах рабочего диапазона частот АР 420-800МГц;
h - высота подвеса вибраторов над экраном (h/ λ=0,4÷0,5) ;
θ - меридиональный угол, изменяется в пределах (– 900; +900);
φ - азимутальный угол, который
принимает значение 
в меридиональной плоскости и φ=0 - в экваториальной;
б) поляризация антенны определяет характер изменения ориентации и величины векторов поля в зависимости от времени и пространственных координат. Поляризационная диаграмма рассчитывается по формуле
,
(3.4)
где s – отношение малой и большой оси эллипса, задается в пределах от 0,3 до 1,0;
α - угол, изменяющийся от 00 до 3600;
в) при расчете направленных характеристик цилиндрической спиральной антенны можно воспользоваться инженерной методикой, не учитывающей действие экрана, полученной для системы витков, питаемых бегущей волной тока.
,
(3.5)
где
- в азимутальной плоскости;
(3.6)
- в меридиональной плоскости
(3.7)
,
(3.8)
где N - число витков спирали (8-10);
L - осевая длина антенны (30-35 см);
ξ - коэффициент замедления спирали (0,7 – 0,9);
к=2π/λ, λ - рабочая длина волны, выбирается в пределах рабочего диапазона частот спиральной антенны;
θ - меридиональный угол, изменяется в пределах -900;+900.
Нормированная диаграмма направленности строится в полярной системе координат.
3.5.2 По лабораторному заданию:
3.5.2.1 Измерение диаграммы направленности плоской вибраторной антенной решетки.
Собрать лабораторную установку в соответствии с рисунком 3.1.
1 – Генератор сигналов;
2 – Измеритель полных сопротивлений Р3-35;
3 – Детекторная секция;
4 – Вибраторная АР;
5 – Измерительная антенна
Рисунок 3.1 – Блок-схема лабораторной установки для снятия ДН
Исследуемую антенну ориентировать на максимум излучения, вращая антенну в горизонтальной плоскости в обе стороны, найти положение первого минимума диаграммы θ01 слева и справа. В соответствии с этим углом определить шаг по углу, необходимый для измерения главного лепестка ДН. Проведенные измерения в диапазоне углов – 900 ÷ +900 занести в таблицу и пронормировать. Нормированную диаграмму направленности построить в декартовой системе координат. Определить по построенной зависимости ширину диаграммы направленности и уровень боковых лепестков.
3.5.2.2 Определение коэффициента стоячей волны.
Измерение коэффициента стоячей волны (КСВ) в фидере панельной АР в диапазоне частот 420÷800МГц проводится методом минимума – максимума, используя показания измерителя полных сопротивлений. Лабораторная установка для измерения КСВ приведена на рисунке 3.2.
1 - Генератор сигналов
2 - Измеритель полных сопротивлений Р3-35
Рисунок 3.2 – Блок-схема лабораторной установки
Измерение КСВ производится при непосредственном подключении входа антенны к измерителю полных сопротивлений Р3-35. Измерение КСВ необходимо провести в 10 ÷ 12 точках частотного диапазона антенны. Результаты измерений внести в таблицу.
3.5.2.3 Определение модуля коэффициента отражения.
Коэффициент отражения в фидерной линии вычисляется по формуле
(3.9)
Рассчитать и построить зависимость модуля коэффициента отражения от частоты.
3.5.2.4 Повторить пункты 3.5.2.1-3.5.2.3, используя в качестве исследуемой антенны спиральную антенну на 5 витков, а затем на 7 витков.
3.6 Содержание отчета
3.6.1 Цель работы и блок-схемы проводимых измерений.
3.6.2 Результаты расчетного задания.
3.6.3 Данные эксперимента в виде таблиц и графиков.
3.6.4 Выводы по работе, содержащие сравнение экспериментальных результатов с расчетными и объяснение возможных расхождений.
3.7 Контрольные вопросы
3.7.1 Поясните, какие антенны Вы исследовали в работе, их устройство и принцип действия.
3.7.2 Какую систему излучателей называют антенной решеткой?
3.7.3 Какие антенные решетки называют эквидистантными?
3.7.4 Какую систему излучателей называют синфазной антенной решеткой?
3.7.5 Какой вид имеет множитель системы идеальной плоской антенны?
3.7.6 Чем определяются поляризационные параметры поля излучения?
3.7.7 Какие антенны являются согласованными и развязанными по поляризации? Приведите примеры.
3.7.8 Какие преимущества имеют антенны вращающейся поляризации, какова область их применения?
3.7.9 Как измеряются поляризационные параметры?
3.7.10 Как меняются направленные свойства цилиндрической спиральной антенны при изменении величины диаметра спирали?
3.7.11 Чем объясняются хорошие диапазонные свойства цилиндрической спирали?
3.7.12 Как выбрать размеры спирали для получения максимального КНД?
3.7.13 Каково устройство плоской спиральной антенны?
3.7.14 Чем определяется диапазонность плоской спиральной антенны?
3.7.15 Какая из спиральных антенн имеет более широкую ДН?
Лабораторная работа № 4
Исследование зеркальной параболической антенны
4.1 Цель работы
Изучение конструкции зеркальной параболической антенны, экспериментальное определение её диаграмм направленности в зависимости от положения облучателя, исследование влияния фазовых искажений на диаграмму направленности параболической антенны.
4.2 Описание лабораторной установки
Функциональная схема лабораторной установки представлена на рисунке
Рисунок 4.1 - функциональная схема лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из передающей рупорной антенны с поворотным устройством (1), генератора СВЧ (2), приёмной зеркальной параболической антенны (4) с облучателем в виде конического рупора (5) имеющей поворотное устройство, регистратора (3).
Для удобства проведения измерений и защиты радиолинии от наводок и помех передаваемый рупором сигнал модулируется прямоугольным меандром с частотой следования импульсов 7 кГц. Для этого генератор работает в режиме «Внешняя модуляция». Показания регистратора пропорциональны принимаемой мощности.
4.3 Домашняя подготовка
4.3.1 Изучить принцип действия зеркальных параболических антенн.
4.3.2 Рассчитать рабочий диапазон частот зеркальной параболической антенны с облучателем в виде конического рупора, если диаметр волновода равен 20 мм.
4.3.3 Рассчитать КНД зеркальной параболической антенны
на частоте 
, заданной преподавателем.
4.4 Лабораторное задание
4.4.1 Измерить диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости при расположении облучателя в фокусе. Определить положение и уровень боковых лепестков.
4.4.2 Измерить диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости, изменяя положение облучателя относительно параболического зеркала в поперечном направлении. Определить положение и уровень боковых лепестков.
4.4.3 Измерить диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости, изменяя положение облучателя относительно параболического зеркала в продольном направлении. Определить положение и уровень боковых лепестков.
4.4.4 Проанализировать полученные результаты, сравнить их с теоретическими данными и сделать выводы.
4.5 Методические указания
4.5.1 По домашней подготовке:
Для используемой в лабораторной работе антенны справедлива следующая приближённая формула:
(4.1)
где S - площадь раскрыва параболической
антенны, 
(R=300мм);
- результирующий КИП антенны;
- длина волны.
4.5.2 По лабораторному заданию:
4.5.2.1 Измерение диаграммы направленности в горизонтальной плоскости при расположении облучателя в фокусе.
Собрать рабочую установку (рисунок 4.1).
Ориентировать исследуемую антенну на максимум излучения. Для этого необходимо: изменяя положение облучателя относительно параболического зеркала в поперечном направлении, совместить положение метки со значением 1 на шкале, изменяя положение облучателя относительно параболического зеркала в продольном направлении, совместить положение метки со значением 0 на шкале. Ориентировать передающий рупор и параболическую антенну друг на друга. Вращая облучатель антенны вокруг своей оси, найти положение максимума. Вращать антенну в горизонтальном плоскости до получения максимального значения принимаемого сигнала.
Измерить диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости. Определить положение и уровень боковых лепестков. Для этого необходимо вращать антенну в сторону от главного максимума пока показания регистратора не возрастут.
Построить нормированную ДН в декартовой системе координат. Рассчитать КНД антенны, считая, что ширина диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости одинакова. КНД можно определить по формуле:
(4.2)
- ширина диаграммы
направленности по уровню 0,5 в вертикальной и горизонтальной плоскости,
берётся в радианах. Сравнить полученный результат с результатом, полученным в
пункте 4.3.3.
4.5.2.2 Измерение диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости при изменении положения облучателя относительно параболического зеркала в поперечном направлении.
Повторить измерение диаграммы направленности и уровня боковых лепестков, изменяя положение облучателя относительно параболического зеркала в поперечном направлении на расстояния, указанные преподавателем. При этом считать за начало отсчёта значение угла на шкале, соответствующее максимуму из пункта 4.5.2.1.
4.5.2.3 Измерение диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости при изменении положения облучателя относительно параболического зеркала в продольном направлении.
Повторить измерение диаграммы направленности и уровня боковых лепестков, изменяя положение облучателя относительно параболического зеркала в поперечном направлении на расстояния, указанные преподавателем. При этом считать за начало отсчёта значение угла на шкале, соответствующее максимуму из пункта 4.5.2.1.
4.6 Содержание отчёта
4.6.1 Цель работы и блок-схема проводимых измерений.
4.6.2 Результаты расчетного задания.
4.6.3 Данные эксперимента в виде таблиц и графиков.
4.6.4 Выводы по работе, содержащие сравнение экспериментальных результатов с расчетными и объяснение возможных расхождений.
4.7 Контрольные вопросы:
4.7.1 Устройство и принцип действия зеркальной параболической антенны.
4.7.2 Классификация, область применения, основные достоинства и недостатки зеркальных параболических антенн.
4.7.3 От чего зависит диапазон рабочих частот параболической антенны?
4.7.4 От чего зависит УБЛ зеркальной антенны?
4.7.5 Какими факторами определяется ширина диаграммы направленности параболической антенны.
4.7.6 На что влияет точность выполнения зеркала параболической антенны и как определить максимально допустимое отклонение поверхности от теоретической кривой?
4.7.7 Перечислите основные виды облучателей параболических антенн.
4.7.8 Какие основные требования предъявляются к облучателям зеркальных антенн.
4.7.9 С какой точностью облучатель должен быть установлен в фокус?
4.7.10 Поясните искажения, возникающие при смещении облучателя из фокуса.
Приложение А
Рисунок А.1 – График эффективной площади рупорной антенны П6-23А
Приложение Б
Техническое описание и руководство по эксплуатации приборов, используемых при проведении экспериментов
Б.1 Генераторы сигналов Г4-79, Г4-82, Г4-83
Генераторы сигналов Г4-79, Г4-82, Г4-83 являются лабораторными переносными приборами, предназначенными для работы в закрытых помещениях.
Диапазон генерируемых частот
Г4-79 1,78 - 2,56 ГГц;
Г4-82 5,6 - 7,5 ГГц;
Г4-83 7,5 - 10,5 ГГц
Подготовка прибора к работе: включить прибор тумблером СЕТЬ, прогреть прибор не менее 15 минут. Установить ручкой МГц требуемую частоту, а переключатель рода работ – в положение НГ.
Б.2 Генераторы сигналов Г4-37 А, Г4-76 А
Предназначены для генерации ВЧ колебаний в диапазоне 400 – 1200 МГц.
Для подготовки генератора к проведению измерений необходимо:
- убедиться в том, что он выключен, в противном случае - выключить;
- регулятор выходной мощности вывести в крайнее левое положение;
- переключатель рода работы установить в положение НГ;
- включить тумблер СЕТЬ;
- включить тумблер ГЕНЕРАТОР ВЧ;
- ручкой установки частоты выставить требуемую частоту;
- регулятором выходной мощности выставить необходимый уровень ВЧ колебаний.
Б.3 Измерительная коаксиальная линия Р1-3
Измерительная коаксиальная линия Р1-3 предназначена для измерения параметров стоячих волн в коаксиальных трактах.
Диапазон частот 2,5 – 10,35 ГГц.
Измерение КСВ
Перемещая каретку с зондом вдоль линии, по индикаторному прибору определяют величины максимального αmах и минимального αmin показаний индикатора и рассчитывают КСВ по формуле
.
(Б.1)
Б.4 Измерительная волноводная линия Р1-28
Линия служит для измерения коэффициента бегущей волны, длины волны в волноводе и комплексного коэффициента отражения двухполюсников.
Принцип действия линии заключается в исследовании структуры электрического поля стоячей волны в прямоугольном волноводе. Вдоль волновода механическим путем перемещается каретка, на которой расположена измерительная зондовая головка. В широкой стенке волновода прорезана щель. С зондовой головкой связан зонд, проникающий через щель во внутреннюю полость волновода. Положение зонда вдоль волновода определяется с помощью отсчетной шкалы на корпусе линии и отсчетного лимба. С резонансной системой зондовой головки связан высокочастотный детектор. Выпрямленный детектором ток поступает в цепь индикаторного прибора, который подключается к низкочастотному разъему измерительной зондовой головки измерительной линии. Перемещение зондовой головки вдоль линии позволяет установить распределение напряженности электрического поля внутри волновода.
Измерение КБВ
Перемещая каретку с зондом вдоль линии, по индикаторному прибору определяют величины максимального αmах и минимального αmin показания индикатора и рассчитывают КСВ по формуле
. (Б.2)
Б.5 Измерительная антенна П6-23А
Антенна работает в диапазоне частот от 1 до 12 ГГц, предназначена для:
- измерения плотности потока энергии;
- измерения эффективной площади и коэффициента усиления антенны;
- создания электромагнитного поля с заданной плотностью потока энергии и других измерений.
Антенна имеет коаксиальный вход с волновым сопротивлением 50 Ом (7/3,04 мм). Для присоединения антенны к приборам, имеющим волновой вход, к ней придаются волноводно-коаксиальные переходы сечением 28,5х12,6 мм и 23х10 мм.
Б.6 Измеритель полных сопротивлений Р3-35
Измеритель полных сопротивлений РЗ-35 предназначен для измерения полных сопротивлений различных радиоустройств с коаксиальным входом в метровом и дециметровом диапазонах волн. По точности измерители относятся ко второму классу ГОСТ 13266-74.
Измерение КСВ
Присоединив к разъему "нагрузка" измерителя измеряемый элемент, установить на генераторе по волномеру рабочую частоту. На шкале образцового конденсатора установить частоту генератора. Вращая приемную головку измерителя, по индикаторному прибору определяют величину максимального и минимального показания индикатора и рассчитывают КСВ по формуле (Б.1)
Б.7 Измеритель мощности Я2М-64
Ваттметр поглощаемой мощности термисторный Я2М-64 предназначен для измерений средних значений мощности непрерывных СВЧ колебаний в коаксиальных трактах с уровнем мощности не более 10 мВт и 1 Вт в положениях высокочастотного переключателя 1 и 100 соответственно. Перед включением ваттметра тумблер СЕТЬ и переключатель ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЙ поставить в положение ВЫКЛ, ручку ВЧ переключателя установить в положение «0».
Для подготовки прибора к работе необходимо:
- включить тумблер СЕТЬ;
- переключатель ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЙ установить в положение 10 мВт;
- прогреть прибор в течение 15 минут;
- ручками УСТАНОВКА НУЛЯ согласовать мост, установив нуль шкалы ваттметра;
Присоединить вход ВЧ переключателя к источнику измеряемой мощности, ВЧ переключатель установить в положение 1. Определив порядок измеряемой мощности, установить требуемое положение переключателя ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЙ.
Мощность определяется по формуле
,
(Б.4)
где Ризм- измеряемая мощность;
Ротс – мощность, отсчитываемая по шкале ваттметра;
Кэ- коэффициент эффективности ВЧ переключателя, принимающий значения в диапазоне частот от 0.02 до 1 ГГц не менее 0.9, в диапазоне от 1 до 5 ГГц до 0.8 и при работе с ВЧ кабелями - 0.7.
Список литературы
1. Ерохин Г.А., Чернышов О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн – М.: Радио и связь, 2004.
2. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства – М.: Радио и связь,1989.
3. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высшая школа, 1988.
4. Хмель В.Ф., Чаплин А.Ф., Шумлянский И.И. Антенны и устройства СВЧ: Сборник задач. - К.: Вища шк., 2001.