Экспериментальная оценка характеристик антенных окон для условий эксплуатации

Для проведения эксперимента необходимы комплекс для аэродинамического нагрева и радиотехнический комплекс.

Интересующие нас характеристики антенны – это диаграмма направленности, КПД и шумовая температура, о которых мы подробно говорили в разделах ранее.

Самое простое измерение, которое мы можем провести, это измерение ДН. СВЧ-детектор (в виде индикаторов) будет реагировать на изменение напряженности поля. Имея такой датчик, можно вращать антенну, чтобы снять распределение. Однако можно вращать и сам датчик. Если мы не можем вращать ни антенну, ни датчик, используется кассета с набором индикаторов-датчиков, расположенных по окружности с шагом . Съем информации идёт дискретно по всему полураскрыву, который облучается антенной.

На рисунке изображена экспериментальная установка с двумя зеркальными антеннами (внешний канал), которые имеют в качестве профиля эллипсоид вращения и раскрыв которых приблизительно 1/3 м. У правой антенны волновод с открытым концом находится в фокусе. Между антеннами находятся ионизирующие камеры плазмотрона, из которых истекает плазменная струя. Плазмотрон – устройство, использующее энергию электрического разряда. Внизу – измерительная аппаратура, на которую работает измерительная техника. В этой аппаратуре используется 8-мм диапазон длин волн.

В этом стенде используются специально созданные приборы. Апертура антенны порядка метра. Фокусируем на длину 1,5 . Частотный диапазон – 10 ГГц (3 см). Антенны выклеивались по образцу из стекловолокна, проводящая часть металлизируется (на стекловолокно наносится фольга или проводящая краска).

Вернемся к измерению диаграммы. Для измерений используются подобные схемы, как на рисунке ниже.

Диаграммасъёмное устройство

Штриховыми линиями показано греющая плазма. Другие обозначения на рисунке:

	прямоугольный волновод, соединённый по фланцу
	аттенюатор
	вентиль
	амплитудный модулятор
	усилитель
	коаксиальный кабель
	направленный ответвитель (сверху – согласованная нагрузка)

Зачем нужна развязка (вентиль)? В генераторах малой мощности обычно для генерации используется клистрон. Генерация происходит в резонаторе, на который работает клистрон, с него же и снимаем энергию. Если в резонатор попадает отраженная волна, происходит расстройка резонатора, меняется частота. Это малоприятное явление, т.к. должны работать на фиксированной частоте. Расстройки можно избежать с помощью вентиля.

СВЧ диод, установленный в тракте левого направленного ответвителя, выделяет модулированное колебание. С помощью левого тракта оцениваем мощность генератора, идущую на антенну. Правый направленный ответвитель, расположенный ближе к антенному окну, реагирует на отраженную мощность.

Зная подводимую и отраженную мощность, находим коэффициент отражения, который будет меняться из-за нагрева антенного окна и согласования антенного окна с трактом.

Таким образом, два направленных ответвителя работают на непрерывное вычисление коэффициента отражения.

Мы знаем, что антенна излучает в полупространство. Индикаторы, расположенные в этом полупространстве, работают как детекторы СВЧ. и выделяют модулирующий сигнал. Коаксиальным кабелем снимаем показания, электронный коммутатор коммутирует диоды (проводит быстрый опрос), но работаем уже не на самописец, а на цифро-печатающее устройство. Измерение индикаторами поля проводим в дискретные промежутки времени, когда ионизирующую плазму убираем из зоны измерения, при этом идет быстрое остывание, из чего следует, что убирать плазму должны на очень малый промежуток времени. Это определяет требование к быстродействию съема интересующей информации.

Так как обычно диаграмма изображается в графическом виде в сферических координатах (зависимость напряженности поля от функции угла), то показания диодов, расположенных на разных телесных углах, фиксируем на печатающем устройстве и используем для построения графика.

Рассмотрим схему для измерения КПД.