4.2.Экспериментальная установка

Вэкспериментальной установке используется зеркало с параметрами

2R = 310 мм, ψ0 = 51,69º ( F = 160 мм). Имеются два сменных облучателя: № 1 – рупорный с ap = 40,5 мм, bp = 32 мм и № 2 – открытый конец волново-

да со срезанными углами и металлическим стержнем в центре раскрыва (рис. 4.12). Такой облучатель имеет существенно более широкую ДН, нежели открытый конец волновода в «чистом виде».

Кроме того, его диаграмма имеет провал вдоль оси излучателя, что способствует созданию более равномерного распределения поля в апертуре зеркала.

В установке имеется возможность снятия диаграмм направленности как облучателей, так

и антенны в целом. При снятии ДН следует совмещать ось вращения поворотного устройства с раскрывом исследуемой антенны. В качестве приемной антенны используется рупор с установленной в тракте питания детекторной секцией. После детектирования сигнал поступает на измерительный усилитель. Установка работает в трехсантиметровом диапазоне волн.

4.3.Эксперимент

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

2.Измерить диаграмму направленности облучателя № 1 в горизонтальной плоскости, измерения следует проводить с шагом 10º. Повторить те же измерения с облучателем № 2

3.Измерить диаграмму направленности зеркальной антенны с облучателем № 1 и № 2 в области углов θ, соответствующих главному и первому боковому лепесткам. Шаг при этом должен быть значительно меньше, чем в предыдущем случае – порядка 1º.

4.4.Обработка результатов эксперимента.

1.Снятые диаграммы направленности антенн нормировать к единице (Fan (θ = 0) =1) и построить их графики. Определить по ним ширину основ-

ного лепестка 2θ10 . Рассчитать минимальную ширину ДН (4.5) и определить КРЛ. Найти также значение УБЛ.

47

2.Нормировать к единице измеренные ДН облучателей (F0(0) = 1) и построить их графики.

3.По измеренной ДН F0 (ψ) рассчитать распределение поля в апертуре

Es (ρn ) и построить его график.

4. По полученному распределению Es (ρn ) найти значения Es (0,5) и полинома.

5. Рассчитать значения аппроксимирующего полинома Es′ (ρn ) и построить их графики совместно с графиками Es (ρn ). Оценить качество аппроксимации.

6.Рассчитать апертурный КИП g по формуле (4.12).

7.Рассчитать коэффициенты C1, C2, C3 по формулам (4.8) и ДН зер-

кальной антенны. Построить соответствующие графики.

8. Определить по расчетным графикам ширину главного лепестка ДН 2θ10 и КРЛ. Сравнить их с соответствующими экспериментальными значениями.

9. Рассчитать по формуле (4.24) параметр gα1. Зная g , найти эффективность облучателя α1. По формуле (4.27) найти КНД этой антенны. Данный пункт относится к случаю антенны с рупорным облучателем.

4.5.Контрольные вопросы

1.Какие предположения относительно полей Es и Hs на излучающей поверхности Sa приняты в рамках данной работы?

2.Каков физический смысл характеристики направленности излучающей системы Fa (er )? Прокомментируйте ее представления в виде Fa (er )=

=eaFa (er ) и Fa (er )= Fa maxFan (er ).

3.Какие факторы определяют форму скалярной характеристики направленности синфазной излучающей площадки?

4.Как зависит ширина главного лепестка характеристики направленности круглой площадки от ее радиуса и длины волны?

5.При каком распределении поля Es по излучающей площадке ширина

главного лепестка ДН минимальна? Что такое КРЛ?

6. Как зависит УБЛ от скорости убывания поля Es от центра к краю излучающей круглой площадки?

48

7.Дайте определение КНД любой излучающей системы. Как зависит КНД синфазной площадки от ее геометрической площади, длины волны и формы распределения поля по площадке?

8.Как практически рассчитать апертурный КИП по известному распре-

делению поля на круглой площадке Es (ρn )?

9.Поясните принцип действия зеркальной антенны.

10.Как связано распределение поля по апертуре зеркала с ДН облучателя?

11.В какой последовательности нужно действовать, чтобы, зная геомет-

рию зеркала (R, ψ0 ) и ДН облучателя F0 (ψ), найти ДН апертуры, КРЛ,

апертурный КИП и КНД?

12. Как следует действовать, чтобы рассчитать электрические размеры рупорного облучателя kap и kbp при известном угле облучения края зеркала

ψ0 и заданном уровне его облучения, одинаковом в плоскостях E и H ?

13. Что такое эффективность облучателя α1 и от каких факторов она за-

висит? Как зависит КНД зеркальной антенны от площади апертуры, длины волны, апертурного КИП и эффективности облучателя?

14.Как объяснить на качественном уровне тот факт, что при изменении ширины ДН облучателя произведение gα1 принимает максимальное значение?

15.Как связаны между собой оптимальный электрический размер рупорного облучателя kbp и угол облучения края зеркала ψ0 ? Как, зная

(kbp )opt , найти затем соответствующий размер kap ?

16.Какой диаграммой направленности теоретически должен обладать облучатель, чтобы произведение gα1 было равно 1?

17.Какие причины вызывают затенение апертуры зеркала и как это сказывается на КНД антенны?

18.Что такое кроссполяризация и какие факторы влияют на уровень кроссполяризационного поля?

19.Как выяснить, на каком минимальном расстоянии должна находиться приемная антенна от исследуемой зеркальной антенны, чтобы снимаемая ДН совпадала с ее действительной ДН?

20.В каком случае уровень сигнала в приемной антенне будет выше: при снятии ДН облучателей или при снятии ДН зеркальной антенны в области главного и ближних боковых лепестков?

49