5.7. Экспериментальная установка

Лабораторный макет представляет собой передающую антенну в виде открытого конца прямоугольного волновода, который можно устанавливать на фиксированном расстоянии h от проводящей плоскости. Открытый конец волновода можно разворачивать на 90 º вокруг его оси, реализуя тем самым антенну с вертикальной или горизонтальной поляризацией относительно проводящей плоскости, которая закреплена на стене. Приемная антенна помещена на раме, которую можно устанавливать под любым углом θвозв к плоскости экрана и тем самым снимать диаграммы направленности системы «антенна – проводящая плоскость».

Диаграммы направленности открытого конца волновода можно приближенно рассчитать по формулам для прямоугольной излучающей площадки с

5.8. Проведение измерений

1. Включить генератор и измерительный усилитель. Генератор настроить на частоту, заданную преподавателем. Рассчитать соответствующую длину волны в свободном пространстве λ = c f .

2. Установить одну из высот подъема излучателя, заданных преподавателем. Здесь следует учесть, что по шкале отсчет ведется от фланца излуча-

59

теля. Для определения расстояния до центра излучателя к отсчету по шкале нужно прибавить 21 мм.

3. Установить излучатель в положение, при котором он создает излучение с вертикальной поляризацией относительно проводящей плоскости (широкая стенка волновода параллельна поверхности земли). В соответствующем положении должна быть и приемная антенна.

3. Снять диаграмму направленности Fв (θвозв), особо фиксируя те углы,

при которых наблюдаются нули и максимумы. Следует помнить при этом, что из-за квадратичности диода в индикаторном устройстве фактически сни-

мается Fг2 (θвозв).

4.Установить излучатель в положение, когда он создает излучение с горизонтальной поляризацией. Измерить Fг(θвозв) .

5.Повторить те же измерения для двух других высот h, заданных преподавателем.

5.9. Обработка результатов и теоретические расчеты

1.Шесть снятых диаграмм направленности нормировать к единице и построить их графики.

2.Для одной из высот подъема излучателя, исследованной экспериментально, рассчитать теоретические ДН. Высота задается преподавателем. Расчеты целесообразно выполнить в такой последовательности:

а) сначала рассчитать диаграммы Fв1(θвозв) и Fг1(θвозв) для открытого конца волновода с размерами а = 23 мм,b = 10 мм по формулам (5.23, 5.24).

б) рассчитать ДН антенны над проводящей поверхностью Fв (θвозв)и Fг(θвозв) как произведение интерференционного множителя (5.20) на ДН излучателя (5.23) и (5.246).

в) в расчеты нужно включить углы θвозв min , при которых интерференционные множители равны 0, и θвозв max , при которых интерференционные множители равны 1 (формулы (5.21) и (5.22)).

г) построить графики Fв (θвозв) и Fг (θвозв) на тех же рисунках, что и экспериментальные ДН.

60

5.10. Контрольные вопросы

1. Приведите примеры использования метода зеркальных изображений в электростатике и покажите, что при правильном выборе знака зарядаизображения на всей плоскости S автоматически удовлетворяется граничное условие Eτs = 0 .

2.Какова связь между моментами диполей Герца, размещенных над проводящей плоскостью, и моментами их зеркальных изображений для вертикальных и горизонтальных диполей?

3.Покажите, что характеристики направленности антенны и ее зеркального изображения в случае вертикальной поляризации связаны соотношени-

ем Fв2 (θ2)= Fв1(θ1), причем θ1 +θ2 = π. Поясните эту связь рисунком.

4. Покажите, что характеристики направленности антенны и ее зеркального изображения в случае горизонтальной поляризации связаны соотношением Fг1(θ1)= −Fг2 (θ2), причем θ1 +θ2 = π. Поясните эту связь рисунком.

5.Покажите, что если антенна 1 создает в дальней зоне поле с круговой поляризацией, то антенна 2 (изображение) также создает поле, поляризованное по кругу, но с противоположным направлением вращения.

6.Постройте на качественном уровне диаграмму направленности вертикального диполя Герца, поднятого над проводящей поверхностью.

7.То же − для вертикального полуволнового электрического вибратора.

8.То же − для горизонтального диполя Герца.

9.То же −для горизонтального полуволнового электрического вибратора.

10.То же − для горизонтальной щелевой антенны.

11.То же − для вертикальной щелевой антенны.

12.Допустим, представлены аналитические выражения для интерференционных множителей. Как различить, какой из них относится к случаю вер-

тикальной, а какой − горизонтальной поляризации?

13.Запишите выражения для интерференционных множителей в случае вертикальной и горизонтальной поляризаций. Выведите формулы для углов, соответствующих нулям и экстремумам этих множителей.

14.Как зависит число лепестков интерференционного множителя от высоты подъема антенны и от рабочей длины волны?

15.Как нужно ориентировать открытый конец волновода относительно проводящей поверхности, чтобы он создавал поле вертикальной (горизон-

тальной) поляризации?

61