4. Описание методики измерений коэффициента усиления и лабораторной установки

Измерения коэффициента усиления так же, как и ДН антенн выполняются либо на открытой площадке, свободной от мешающих предметов, либо в безэховой камере. В первом случае необходимо позаботиться о контроле помеховой обстановки.

Из определения коэффициента усиления антенны следует, что его измерение может быть выполнено, например, путем сравнения исследуемой антенны с эталонной антенной с известным КУ. Для этого можно использовать такую же установку, как и для измерения ДН антенны. В состав лабораторной установки входят: генератор колебаний СВЧ, волноводный аттенюатор, коаксиальная детекторная секция СВЧ, осциллограф, измерительная рупорно-линзовая антенна П6-23А в комплекте с опорно-поворотным устройством; в качестве эталонной используется оптимальная пирамидальная рупорная антенна с размерами раскрыва а_э×b_э =9×6 см².

Рис. 1. Функциональная схема измерения коэффициента усиления

антенны

Как и при измерениях ДН, на основе принципа взаимности исследуемую и эталонную антенны можно использовать как в режиме излучения, так и в режиме приема. В данной работе обе антенны будут использованы в режиме излучения.

Методика измерения применительно к выбранному режиму работы исследуемой и эталонной антенн поясняется рис. 1, на котором обозначено: А_э —эталонная антенна с известным КУ G_э на заданной частоте; А_х — исследуемая антенна с неизвестным КУ G_x; А_прм — приемная антенна; ГСВЧ — генератор колебаний СВЧ; А — регулируемый аттенюатор; ИМ — измеритель мощности (полупроводниковый диодный детектор с подключенным к его выходу осциллографом); Р_э и Р_х — мощности СВЧ колебаний на выходе приемной антенны, U_э и U_x — напряжения выпрямленного тока СВЧ колебаний на выходе детектора при использовании в качестве передающих эталонной и исследуемой антенн.

Ниже рассматриваются два варианта реализации методики измерения КУ: вариант, предусматривающий измерения отношения мощностей на выходе приемной антенны и вариант с применением регулируемого аттенюатора в цепи питания исследуемой и эталонной антенн.

ГСВЧ должен обеспечивать получение колебаний со стабилизированными значениями частоты и мощности.

Измерение путем определения отношения мощностей

Собирается установка по рис. 1. Эталонная передающая антенна и приемная антенна устанавливаются на стойках так, чтобы центры их раскрывов находились на одинаковой высоте от поверхности земли (пола), расстояние R между раскрывами антенн устанавливается в соответствии с требованиями, описанными в лабораторной работе № 1.

Регулируемый аттенюатор в данном варианте не используется, поэтому его либо следует убрать из схемы питания антенн, либо оставить, но установить вносимое им ослабление на уровне К=0 дБ. Все используемые антенны должны быть согласованы с соответствующими трактами так, чтобы коэффициенты стоячей волны (КСВ) на рабочей частоте (в полосе частот) не превышали 1,5-2,0, в противном случае при расчете КУ придется учитывать соответствующие значения КСВ, в особенности в линиях, соединяющих передающие антенны с генератором СВЧ.

К выходу приемной антенны подключается измеритель мощности (либо, по указанию преподавателя, полупроводниковый детектор СВЧ колебаний и цифровой вольтметр или осциллограф). Приборы прогреваются в течение 30 мин. для ввода в стабильный рабочий режим.

Совмещаются направления максимумов ГЛ ДН эталонной передающей антенны и приемной антенны (плоскости поляризации антенн должны совпадать). Уровень выходной мощности ГСВЧ устанавливается таким, чтобы обеспечивалась надежная регистрация мощности принятых колебаний СВЧ при излучении как эталонной, так и исследуемой антенны. Измеряется абсолютное значение мощности принятых СВЧ колебаний Р_э (или, как и в лабораторной работе № 1, напряжение U_э выпрямленного СВЧ тока на выходе детектора).

Затем вместо эталонной устанавливается исследуемая антенна (центр ее раскрыва должен быть расположен в той же плоскости, что и в случае эталонной антенны) и с использованием индикатора мощности принятого колебания ориентируется максимумом ГЛ ДН на приемную антенну. Регистрируется уровень мощности принятого колебания СВЧ Р_х (или напряжение U_х выпрямленного СВЧ тока на выходе детектора).

Для расчета измеряемого КУ используется выражение, полученное с учетом уравнения идеальной радиолинии связи:

G_X=G_э(P_X/P_э). (5)

При расчете КУ в дБ: G_x{дБ}=G_э {дБ}+10lg(Р_х/Р_э). (6)

Измерение с использованием регулируемого аттенюатора

Собирается установка по рис. 1. Эталонная передающая антенна и приемная антенна устанавливаются на стойках так, чтобы центры их раскрывов находились на одинаковой высоте от поверхности земли (пола), расстояние R между раскрывами антенн устанавливается в соответствии с требованиями, описанными в лабораторной работе № 1. Ослабление, вносимое регулируемым аттенюатором в передающий тракт устанавливается на уровне К=0 дБ. Все используемые антенны должны быть согласованы с соответствующими трактами так, чтобы коэффициенты стоячей волны (КСВ) на рабочей частоте (в полосе частот) не превышали 1,5-2,0. К выходу приемной антенны подключаются детектор СВЧ колебаний и индикатор уровня выходного напряжения детектора принятых колебаний СВЧ U_э. Приборы прогреваются в течение 30 мин. для ввода в стабильный рабочий режим.

Совмещаются направления максимумов ГЛ ДН эталонной передающей антенны и приемной антенны (плоскости поляризации антенн должны совпадать). Уровень выходной мощности ГСВЧ устанавливается таким, чтобы обеспечивалась надежная регистрация мощности принятых колебаний СВЧ при излучении как эталонной, так и исследуемой антенны. Регистрируется уровень напряжения принятого колебания СВЧ U_э. Затем вместо эталонной устанавливается исследуемая антенна (центр ее раскрыва должен быть расположен в той же плоскости, что и в случае эталонной антенны) и с использованием индикатора выходного напряжения детектора ориентируется максимумом ДН на приемную антенну. Регулируемым аттенюатором вводится ослабление К {дБ} такое, чтобы напряжение U_x на выходе детектора снизилось до уровня U_х=U_э (при этом плотности потоков мощности в раскрыве приемной антенны, создаваемые эталонной и исследуемой антенной, равны).

КУ{дБ} исследуемой антенны рассчитывается по формуле

G_x {дБ}=G_э {дБ}+К {дБ} . (7)