Лабораторная работа №4 Исследование направленного ответвителя на перекрещивающихся волноводах
Цель работы:
- изучить конструкцию направленного ответвителя на перекрещивающихся волноводах;
- экспериментально исследовать основные характеристики направленного ответвителя.
Основные характеристики направленных ответвителей.
Для характеристики качества НО вводится параметр, называемый направленностью.
где Ротв и Рпрот – мощности волн, возбуждаемых во вспомогательной линии и движущихся в различных направлениях, причём Ротв > Рпрот.
Вторым важным параметром НО является переходное ослабление, характеризующее долю входной мощности, ответвляемой во вспомогательную линию.
где Рвх – мощность на входе НО.
Величина развязки плеч определяется соотношением:
где Рвх – мощность, поступающая на вход НО; Рр – мощность, просачивающаяся из входного плеча в соответствующее ему развязанное плечо.
Другими параметрами НО являются КСВ на входе основной линии и полоса рабочих частот, определяемая по допустимым значениям направленности и переходного ослабления. Часто во вспомогательную линию НО встраивается согласованная нагрузка, поглощающая мощность волны Рпрот, при этом НО становится 3-х входным устройством.
Описание лабораторной установки.
Функциональная схема лабораторной установки показана на рис.7.
В нее входит СВЧ генератор 3 см. диапазона длин волны, работающий в режиме модулированных колебаний, калиброванный аттенюатор А, служащий для измерения модулей коэффициентов передачи, измерительная линия ИЛ, применяемая для измерения модулей коэффициентов отражения и для фазовых измерений. Продетектированный сигнал с НЧ выхода ИЛ попадает на индикатор. СВЧ сигнал с выхода ИЛ поступает на исследуемый направленный ответвитель. В измерительный комплект входит короткозамыкатель, набор согласованных нагрузок и детекторная секция, сигнал с которой может быть подан на индикатор.
Рис.7. Функциональная схема лабораторной установки.
Порядок выполнения работы.
1. Пронумеровать плечи исследуемого направленного ответвителя.
2. Определить основную и вспомогательную линии.
3. Измерить основные параметры направленного ответвителя используя методику, описанную в лабораторной работе по исследованию двойного Т-тройника.
Примечание. Полосу пропускания определять по уменьшению направленности на 3 дБ.
Контрольные вопросы.
1. Основные параметры направленных ответвителей.
2. Конструкция и принцип действия направленного ответвителя на перекрещивающихся волноводах.
3. Матрица рассеяния идеального направленного ответвителя на перекрещивающихся волноводах.
4. Область применения направленного ответвителя на перекрещивающихся волноводах.
5. Физический смысл элементов матрицы рассеяния.
6. Методика определения элементов матрицы рассеяния, стоящих на главной диагонали.
7. Методика определения элементов матрицы рассеяния, стоящих вне главной диагонали.
Лабораторная работа №5 Исследование рупорной антенны
Цель работы:
- изучить конструкцию рупорной антенны;
- экспериментально исследовать диаграмму направленности антенны;
- экспериментально исследовать зависимость ширины диаграммы направленности антенны от размеров раскрыва рупора.
Описание лабораторной установки
Функциональная схема лабораторной установки приведена на рис.8.
Рис 8. Функциональная схема лабораторной установки.
Исследуемая рупорная антенна А1 выбирается из предложенных преподавателем. Для измерения ДН рупорной антенны используется приёмная антенна А2. При измерении диаграммы направленности индикатор подключается к выходу детекторной секции D1. ДН измеряется при повороте рупорной антенны вокруг оси В1. Для снятия диаграммы направленности антенны в другой плоскости необходимо повернуть антенну вокруг оси В2 на угол 90º.
Порядок выполнения работы.
Включить СВЧ генератор и индикатор в соответствии с инструкциями по их эксплуатации. Настроить генератор СВЧ на указанную частоту. Подготовить к работе индикатор. Ввести затухание аттенюатором генератора.
1. Изучение конструкции рупорной антенны
1.1. Изучить конструкцию рупорной антенны, обращая внимание на следующие факторы:
положение Е- и Н-плоскостей;
размеры раскрыва прямоугольного рупора в Е- и Н-плоскостях
диаметр раскрыва круглого рупора;
длину рупора.
1.2. Определить основные геометрические размеры рупорной антенны.
1.3. Рассчитать положение фазового центра рупора.
2. Исследование диаграммы направленности рупорной антенны
Поставить исследуемую рупорную антенну в поворотный механизм.
Подключить индикатор к выходу D1.
2.1. Исследовать диаграмму направленности антенны в Н-плоскости.
2.1.1. Установить рупор таким образом, чтобы поворот антенны происходил в Н-плоскости.
Вращая рупорную антенну получить максимальные показания на индикаторе и, оперируя аттенюатором генератора, получить удобные показания индикатора.
Вращая рупорную антенну при помощи механизма, производить отсчёт угла поворота и показаний индикаторе. Результат измерений заносить в табл.4. Измерения выполнять в пределах главного и первых боковых лепестков ДН.
Получить 5 точек в пределах половины главного лепестка. Для этого определить углы направления главного максимума θm и направления первого минимума θ0, измерения проводить с шагом |θm-θ0|/6.
Найти угол направления максимума первого бокового лепестка θ1 и его уровень.
Ввести затухание аттенюатором генератора.
Таблица 4.
|
θ, град |
0 |
|
... |
|
|
U(θ) |
|
|
... |
|
|
V=U(θ)/Uмакс |
|
|
|
|
|
10lgV [дБ] |
|
|
|
|
2.1.2. Установить рупор таким образом, чтобы поворот антенны происходил в Е-плоскости.
Вращая рупорную антенну получить максимальные показания на индикаторе и, оперируя аттенюатором генератора, получить удобные показания индикатора.
Вращая рупорную антенну при помощи механизма, производить отсчёт угла поворота и показаний индикаторе. Результат измерений заносить в табл.5. Измерения выполнять в пределах главного и первых боковых лепестков ДН.
Получить 5 точек в пределах половины главного лепестка. Для этого определить углы направления главного максимума θm и направления первого минимума θ0, измерения проводить с шагом |θm-θ0|/6.
Найти угол направления максимума первого бокового лепестка θ1 и его уровень.
Ввести затухание аттенюатором генератора.
Таблица 5.
|
θ, град |
0 |
|
... |
|
|
U(θ) |
|
|
... |
|
|
V=U(θ)/Uмакс |
|
|
|
|
|
10lgV [дБ] |
|
|
|
|
3. Проделать п.2 для остальных рупоров.
Результаты измерений занести в таблицы, по форме аналогичные таблице 4 и таблице 5, соответственно.
Примечание.
Теоретическую диаграмму направленности рупорной антенны необходимо рассчитывать по формулам, используемым при расчете апертурных антенн.
Диаграммы направленности рупоров в каждой из плоскостей строить на одном графике совместно с теоретической диаграммой.
Контрольные вопросы.
1. Конструкция и принцип действия рупорной антенны.
2. Примерные величины основных параметров рупорной антенны.
3. Область применения рупорной антенны.
4. Виды рупорных антенн.
5. Фазовые ошибки в раскрыве рупорных антенн, их влияние на диаграмму направленности. Методы уменьшения фазовых ошибок в раскрыве рупорных антенн.
6. Требования к рупорным антеннам, используемым в качестве облучателя зеркальных антенн.
7. Методика измерения параметров рупорной антенны.