Лабораторная работа № 1.

Исследование отдельных излучателей фазированных антенных решеток.

Цель работы : изучить согласование и направленные свойства открытых концов

волноводов.

Открытые концы волноводов различной формы поперечного сечения являются наиболее используемыми элементами фазированных антенных решеток. Малый вес и небольшие габариты, широкая диаграмма направленности и высокие пробивные мощности – достоинства таких излучателей. Но, к сожалению, излучатель в виде открытого конца прямоугольного волновода стандартного поперечного сечения характеризуется достаточно большим коэффициентом отражения – 0,2 – 0,3.

Строгой аналитической теории излучения из открытого конца волновода не существует. Чаще всего предполагают, что поле в излучающем раскрыве равно невозмущенному полю регулярного волновода. Уточнение результата может быть достигнуто учетом волны отраженной от открытого конца. Наиболее важным случаем является возбуждение в волноводе волны Н_10. Модуль коэффициента отражения этой волны приближенно многие авторы предлагают определять в виде:

(1)

или

где - волновое сопротивление в свободном пространстве;

- волновое сопротивление волновода;

; ; ; λ₀ , λ – длины волн, распространяющихся в свободном пространстве и в волноводе. Коэффициент отражения, определяемый по формуле (1) не зависит от размера узкой стенки прямоугольного волновода. Волновое сопротивление волновода прямоугольного поперечного сечения можно определить по формулам, приведенным в справочнике Явича и Фельдштейна:

; (2)

a, b – размеры широкой и узкой стенок волновода.

Формулы (1) и (2) являются приближенными и возможность их использования для нахождения коэффициента отражения волноводного излучателя надо проверять сравнением с экспериментальными результатами.

Далее необходимо исследовать диаграмму направленности излучателя в виде открытого конца волновода прямоугольного поперечного сечения. Предполагаем, что в волноводе распространяется волна основного типа. Раскрыв излучателя представляет собой систему одинаково ориентированных излучателей Гюйгенса. Диаграммы направленности в Е и Н плоскостях с учетом коэффициента отражения можно представить в виде:

; (3)

; (4)

θ – угол отсчитываемый от нормали к раскрыву, изменяется от 0⁰ до 180⁰.

Лабораторная установка.

В работе необходимо провести исследования КСВн различных излучателей. Для этого собираем следующую установку:

1

2

3

1 – генератор

2 – измерительная линия

3 – исследуемый излучатель.

Необходимо изучит излучатели в виде:

1).Открытого конца волновода прямоугольного поперечного сечения с размерами: axb = 23x10 mm; 23x5 mm; 23x23 mm.

2). Открытого конца круглого волновода трехсантиметрового диапазона.

3). Открытых концов Г , Н и крестообразного поперечного сечения.

Измерения диаграммы направленности волноводных излучателей проводят используя следующую установку:

2

6

3

7

4

1. исследуемый волноводный излучатель;

2. коаксиально-волноводный переход;

3. генератор;

4. координатно-поворотное устройство;

5. вспомогательная антенна;

6. детекторная секция;

7. приемник.

1. Задание

1. Провести измерения КСВн волноводных излучателей в полосе одномодового режима;

2. Рассчитать коэффициент отражения по полученным КСВн;

3. Провести расчет коэффициента отражения открытого конца волновода прямоугольного поперечного сечения по формулам (1) и (2);

4. Сравнить теоретические и экспериментальные данные, сделать выводы о применимости формул;

5. Измерить диаграммы направленности в Н и Е плоскостях излучателей, указанных преподавателям;

6. Рассчитать по формулам (3) и (4) диаграммы направленности с учетом полученных коэффициентов отражения, повторить расчеты положив Г=0;

7. Сравнить теоретические и практические результаты.

Литература;

1. Шубарин Ю.В. Антенны СВЧ.

2. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ.

3. Фельдштейн А.П., Явич Л.В., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники.