Лабораторная работа №6 Исследование однозеркальной антенны

Цель работы:

- изучить конструкцию однозеркальной антенны;

- экспериментально исследовать амплитудное распределения поля в раскрыве антенны;

- экспериментально исследовать диаграмму направленности антенны.

Основные расчетные соотношения для однозеркальной антенны

Основными геометрическими параметрами зеркальной антенны с зеркалом в виде параболоида вращения являются фокусное расстояние f, диаметр зеркала 2D, угол раскрыва зеркала и глубина зеркала h (рис. 9). Из этих параметров только два (обычно ) являются независимыми. Остальные определяются через них с помощью уравнений:

Рис.9. К расчету основных параметров однозеркальной антенны.

Диаграмма направленности зеркальной антенны.

Диаграмму направленности зеркальной антенны можно рассчитать апертурным методом. Для этого необходимо знать распределение поля в раскрыве зеркала. В приближении геометрической оптики амплитуда электрического поля в произвольной точке М, лежащей в плоскости хОу на раскрыве зеркальной антенны пропорциональна диаграмме направленности облучателя и обратно пропорциональна величине ( - расстояние от фокуса до точки М): ,

где Fобл(ψ) – диаграмма направленности облучателя, А - некоторая константа; n =1 для зеркальной антенны с параболоидом вращения и n =0,5 для параболического цилиндра.

Рис.10. К определению амплитудного распределения в раскрыве зеркала.

Координата у точки и угол связаны между собой соотношением . Из этого уравнения для каждого значения у определяется угол . Подставляя , получаем выражение для амплитудного распределения в раскрыве зеркальной антенны: .

Для зеркал в виде параболоида вращения соотношение справедливо при n=1 для любой плоскости, проходящей через ось параболоида, при этом вместо координаты у надо подставить расстояние r от точки до оси параболоида.

Найденное по формулам амплитудное распределение аппроксимируется затем одной из подходящих функций для прямоугольного раскрыва (табл. 6) или функцией ,

где через обозначены функции Бесселя нулевого и первого порядка; - лямбда-функция 1-го порядка; ; для круглого раскрыва, и в соответствии с данными таблицы рассчитывается множитель направленности зеркальной антенны. Диаграмма направленности элементарной площадки .

Если набор аппроксимирующих функций оказывается непригодным, то расчет диаграммы направленности можно провести непосредственно по формуле ,

где - нормирующий множитель; .

или , где

с дальнейшим применением аналитических или численных методов вычисления интегралов.

Таблица 6.

Описание лабораторной установки

Функциональная схема лабораторной установки приведена на рис.11.

Рис 11. Функциональная схема лабораторной установки.

В качестве исследуемой зеркальной антенны используется антенна посадочного радиолокатора самолёта Ту-104. Антенна имеет набор сменных рупорных облучателей А1, один из которых имеет неплоский раскрыв, а остальные являются пирамидальными рупорами. Для измерения амплитудного распределения в раскрыве зеркала Р применяется вспомогательный зонд А2.Для измерения ДН зеркальной антенны используется приёмная антенна А3.При измерении амплитудного распределения индикатор подключается к выходу детекторной секции D1, при измерении ДН - к выходу D2.ДН измеряется при повороте зеркальной антенны вокруг оси .Для передачи СВЧ мощности к облучателю антенны применяется волноводный тракт, включающий вращающееся сочленение В1.

Порядок выполнения работы.

Настроить генератор СВЧ на указанную частоту. Подготовить к работе индикатор. Ввести затухание аттенюатором генератора.

1. Изучение конструкции зеркальной антенны

Изучить конструкцию зеркальной антенны, обращая внимание на следующие факторы:

- конструкция зеркала антенны;

- крепление зеркала антенны;

- конструкция облучателей;

- крепление облучателей в антенне;

- юстировка антенны;

- конструкция фидера антенны;

- используемые материалы и возможные технологические методы изготовления элементов антенны.

Определить основные геометрические размеры зеркальной антенны.

Измерить геометрические размеры пирамидального рупора, указанного преподавателем.

2. Исследование зеркальной антенны с облучателем в виде рупора с неплоским раскрывом.

Установить в качестве облучателя А1 рупор с неплоским раскрывом.

2.1. Исследование амплитудного распределения поля в раскрыве зеркальной антенны.

Установить зонд А2 в центре апертуры.

Подключить индикатор к выходу D1.

Выводя аттенюатор генератора получить удобные показания на индикаторе.

Перемещая зонд А2 вдоль апертуры, производить отсчёты показаний индикатора. Результат измерений заносить в табл.7. Измерения выполнять до края зеркала. Получить не менее 20 точек в пределах апертуры.

Таблица 7

х, см	0		...
U(х)
			...

2.2. Исследование диаграммы направленности зеркальной антенны

Вывести зонд А2 за пределы апертуры.

Подключить индикатор к выходу D2.

Вращая зеркальную антенну получить максимальные показания на индикаторе и оперируя аттенюатором генератора получить удобные показания индикатора.

Вращая зеркальную антенну при помощи механизма, производить отсчёт угла поворота и показаний индикаторе. Результат измерений заносить в табл.8. 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 θ_m и направления первого минимума θ₀, измерения проводить с шагом |θ_m-θ₀|/6.

Найти угол направления максимума первого бокового лепестка θ₁ и его уровень.

Ввести затухание аттенюатором генератора.

Таблица 8.

θ, град	0		...
U(θ)			...
V=U(θ)/Uмакс
10lgV [дБ]

3. Исследование зеркальной антенны с облучателем в виде пирамидального рупора

Установить в качестве облучателя А1 пирамидальный рупор.

Выполнить измерения, как в предыдущем пункте.

Результаты измерений занести в таблицы, по форме аналогичные таблице 7 и таблице 8, соответственно.

После окончаний измерений привести в порядок рабочее место и выключить аппаратуру.

Примечание.

Теоретическую диаграмму направленности зеркальной антенны необходимо рассчитывать по формулам, приведенным в основных расчетных соотношениях в начале описания лабораторной работы.

Диаграмма рассчитывается для одной плоскости (горизонтальной), при этом амплитудное распределение в раскрыве антенны Еs(y) берется из таблицы 1 или таблицы 3 и подбирается к ним аппроксимирующая функция.

Сравнить с диаграммой направленности синфазного раскрыва.

Контрольные вопросы.

1. Конструкция и принцип действия однозеркальной антенны.

2. Примерные величины основных параметров однозеркальной антенны.

3. Область применения зеркальной антенны.

4. Влияние формы и геометрических размеров зеркала на параметры однозеркальной антенны.

5. Формирование диаграммы направленности антенн апертурного типа.

6. Методы расчета поля излучения апертурных антенн.

7. Методика измерения параметров однозеркальной антенны.