eθFвθ y
x
o
e |
α |
F |
|
F |
(θ) = e |
θ |
F |
|
(θ)± je |
α |
F |
|
|
(θ), |
(2.3) |
||||||
|
вα |
|
в |
|
|
|
|
|
вθ |
|
|
|
вα |
|
|
||||||
|
|
где |
|
(θ) = (J |
|
|
|
|
|
|
|
|
(ka cosθ))sin θ |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
F |
|
0 |
(ka cos |
θ) + J |
2 |
(2.4) |
|||||||||||||
|
|
вθ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
F |
|
( |
θ) = J |
0 |
(kacosθ) − J |
2 |
(kacosθ) , |
(2.5) |
|||||||||
|
|
Jn (u) |
|
вα |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
– функция Бесселя n-го порядка, a – радиус |
|||||||||||||||||||
zвитка спирали. В формулах (2.4), (2.5) учтено, что осевое направление в данном лабораторном макете
соответствует углу θ равному 90 градусов. В выражении (2.3) знак перед вторым слагаемым зависит от того, в какую сторону выполнена намотка спирали. Как видно из (2.3), θ-я и
ϕ-я составляющие характеристики направленности сдвинуты на 90о по фазе. Следовательно, вектор Fв является эллиптически поляризованным, как и векторы напряженности электрического и магнитного полей. В направлении нормали
к плоскости витка (осевом), т. е. при |
θ = |
π |
F |
|
π |
= F |
|
π |
=1, таким обра- |
||
2 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|||||
|
|
вθ |
|
вα |
|
|
|||||
зом, в этомнаправлении поле излучения имееткруговую поляризацию.
КНД и ширина главного лепестка диаграммы направленности. Для приближенного расчета параметров ДН спиральных антенн полезны следующие полуэмпирические формулы [1], [2]. Ширина главного лепестка ДН по уровню половинной мощности (град.):
(2θ)0.707o |
≈ |
|
52o |
|
. |
(2.6) |
|
|
|
|
|
||||
2πa Νd |
|
||||||
|
|
|
|||||
|
|
λ |
|
λ |
|
||
Коэффициент направленного действия цилиндрической СА
D ≈15 |
|
2πa 2 |
|
Νd |
(2.7) |
||
|
λ |
|
|
λ |
. |
||
|
|
|
|
|
|
||
2.2. Экспериментальная установка
В экспериментальной установке имеются две спиральные антенны разного диаметра. Геометрические параметры антенн приведены ниже.
Для низкочастотной (т. е. для антенны большего диаметра): a = 0,02 м – радиус спирали;
d = 0,033 м – шаг намотки спирали; N = 7 – число витков.
Для высокочастотной СА (т. е. для антенны меньшего диаметра):
14
a = 0,016 м – радиус спирали;
d = 0,02 м – шаг намотки спирали; N = 7 – число витков.
Обе антенны подключаются к генератору Г4-194 и работают как передающие. Положениеоргановуправления генератора Г4-194 перед началомработы:
•сеть – включено;
•перестройка частоты – ручная;
•фильтр – включен;
•модуляция – внутренняя;
•СВЧ – включено;
•ручка АРМ/уровень – в среднее положение.
Частота генератора устанавливается по указанию преподавателя для каждой антенны.
В качестве приемной используется рупорная антенна с переходом в П- образный волновод для обеспечения возможности работы установки в широкой полосе рабочих частот. Принимаемый сигнал демодулируется квадратичным детектором, сигнал с выхода детектора подается на измерительный усилитель.
Угол подъема витков в обеих спиралях близок к оптимальному, таким образом, рабочий диапазон частот в обоих случаях является максимально возможным. Для низкочастотной антенны он равен 1,7...2,7 ГГц, для высокочастотной антенны он равен 2,5...4,0 ГГц (по критерию уровня коэффициента отражения не хуже минус 10 дБ).
Измерение диаграмм направленности осуществляется за счет вращения исследуемых спиральных антенн вокруг вертикальной оси. При этом имеется возможность менять ориентацию плоскости поляризации приемной рупорной антенны. Для каждой СА снимается ДН с вертикальной и горизонтальной поляризацией приемного рупора относительно плоскости стола.
2.3.Проведение измерений
1.Установить исследуемую СА на поворотное устройство. Настроить генератор, питающий рупорную антенну, на частоту f , заданную препода-
вателем. Снять диаграммы направленности спиральной антенны Fα(θ) (приемная рупорная антенна в этом случае устанавливается с вертикальной ориентацией вектора Е) и Fθ (θ) (приемный рупор имеет горизонтальную
поляризацию).
2. Повторить п. 1 для второй СА.
15
Примечание: при обработке данных эксперимента следует учесть, что детектор в индикаторной части макета имеет квадратичную характеристику
2.4.Контрольные вопросы
1.Перечислите основные особенности спиральных антенн.
2.Какова зависимость формы ДН спиральных антенн от длины волны?
3.При каких условиях в спиральной антенне возможно излучение поля круговой поляризации?
4.Объясните физически возможность появление круговой поляризации
вполе излучения СА.
5.Дайте физическую трактовку форме ДН СА для малого электрического радиуса.
6.Какому режиму соответствует работа малогабаритной рамочной антенны средневолнового приемника?
7.Что такое круговая поляризация?
8.Какими свойствами обладает спираль, если ее электрический радиус находится в пределах 0,7 < ka < 1,3?
9.Каким принимается распределение тока в приближенной теории спиральных антенн? Какими обстоятельствами при этом пренебрегают?
10.Как представляется в теории антенных решеток характеристика направленности?
11.Из какого выражения в тексте следует, что поле излучения витка антенны является эллиптически поляризованным? Как аргументируется это утверждение?
12.Опишите процедуру экспериментального снятия диаграмм направ-
ленности Fα(θ) и Fθ(θ) .
13.От каких параметров зависят направленные свойства СА в режиме осевого излучения?
14.Как зависит ширина главного лепестка ДН СА с увеличением числа
витков?
15. Какова геометрия СА с умеренной направленностью и круговой поляризацией для диапазона метровых волн?
2.5. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1.Цель работы, блок-схему установки.
2.Таблицы экспериментальных данных.
16