108 / Laboratornaya_rabota_108

План УМД на 2011/2012 уч. г.

Лабораторная работа № 108

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН

Составитель: Т. А. Гайнутдинов

Утверждено советом факультета Р и Т.

Протокол № 7 от 15 марта 2012 г.

Рецензент В. Г. Кочержевский, доцент

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.Изучение принципа действия двухзеркальной антенны.

2.Изучение влияния фазовых искажений в раскрыве двухзеркальной антен-

ны на диаграмму направленности.

3.Изучение принципа действия антенны АДЭ.

2.УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1.Изучить основные принципы построения двухзеркальных антенн

[1],[2],[3].

2.Изучить основные методы расчета характеристик направленности двух-

зеркальных антенн [1],[3].

3.Изучить принцип действия антенны Кассегрена, Грегори и АДЭ [1],[3].

4.Изучить основные типы облучателей, используемые в двухзекальных ан-

теннах [3].

5.Изучить способы учета фазовых искажений в раскрыве двухзеркальной антенны и их влияние на характеристики направленности антенны [1],[3].

3.ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ ПРИ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКЕ Рассчитать диаграмму направленности двухзеркальной антенны Кассег-

рена. Исходными данными для расчета являются следующие параметры:

Радиус раскрыва большего зеркала – R,

Радиус раскрыва малого зеркала – r,

Длина волны – λ,

Уровень поля на краю раскрыва большего зеркала – .

Диаграмма направленности рассчитывается по следующей формуле

первого и второго порядка соответственно. Таблицы этих функций приведены в приложении.

Диаграмма направленности рассчитывается в секторе углов от 0 до θmax

градусов, где θmax определяется по следующей формуле

θmax=arcsin(1.432λ/R)

Шаг по углу при расчете диаграммы направленности должен выбираться таким, чтобы внутри главного лепестка диаграммы было не менее 5-6 расчет-

ных точек.

Рассчитанную диаграмму направленности отнормировать к максималь-

ному значению и перевести в децибелы

F(θ)дБ =20 lg│f(θ)/f(0)│,

и построить в декартовой системе координат. Из графика определить ширину ДН по половинной мощности ( 2 0,5 ) (уровень -3 дБ); ширину ДН по нулевому уровню ( 2 0 ); максимальный уровень первого бокового лепестка Fб.л., (дБ).

Исходные данные для расчета приведены в таблице 1. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в журнале группы .

4. ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ В ЛАБОРАТОРИИ Необходимо:

4.1Измерить диаграмму направленности двухзеркальной антенны при совме-

щении фазового центра облучателя с фокусом вспомогательного зеркала

(режим максимального усиления).

4.2Измерить диаграмму направленности этой же антенны при смещении облу-

чателя вдоль оси антенны на ± 20 мм.

4.3Измерить диаграмму направленности антенны АДЭ

Таблица 1

5. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Экспериментальная установка для измерения ДН зеркальной антенны со-

стоит из приемной и передающей части (рис. 1). В последнюю входит мало-

мощный модулированный клистронный генератор 1, волноводный тракт и ру-

порная антенна 2.

Приемная часть состоит из исследуемой двухзеркальной антенны с вол-

новодным облучателем 3, волноводного тракта, аттенюатора 5, детекторной секции 6, измерительного усилителя низкой частоты 7.

ДН измеряется в приемном режиме в горизонтальной плоскости, поэтому приемная антенна снабжена поворотным устройством 4. Чтобы исключить до-

полнительные амплитудные, фазовые ошибки и ошибки за счет взаимного вли-

яния передающей и приемной антенны, приемная антенна расположена в даль-

ней зоне передающей антенны.

Рис.1 Блок-схема измерительной установки

Излученные передающей рупорной антенной модулированные высоко-

частотные колебания ( = 3,2 см) принимаются исследуемой двухзеркальной антенной, детектируются и при помощи кабеля подаются на вход низкочастот-

ного измерительного усилителя. Уровень принятого антенной сигнала можно регулировать при помощи аттенюатора 5. Облучатель может перемещаться вдоль фокальной оси параболоида при перемещении каретки, на которой он за-

креплен, ручкой, расположенной вблизи большего зеркала.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Измерение диаграмм направленности антенны Кассегрена и антенны

АДЭ производится в следующей последовательности.

6.1Включить генератор и усилитель.

6.2Визуально совместить оси передающей и приемной антенны . Показания усилителя в этом случае будут максимальны При зашкаливании стрелки на приборе использовать переменный аттенюатор. Для антенны Кассегрена произвести дополнительную подстройку путем перемещения облучателя вдоль оси приемной антенны.

6.3При найденном положении антенны ввести на переменном аттенюаторе та-

кое затухание, при котором на приборе усилителя при его максимальной чувствительности будет 50 делений (середина шкалы стрелочного прибора).

При этом показания аттенюатора должны составлять не менее 50 делений

(20 дБ). В случае, если величина затухания аттенюатора меньше 50 делений,

произвести дополнительную подстройку генератора.

6.4Диаграмму направленности измерять при постоянном показании стрелоч-

ного прибора (50 делений), используя переменный аттенюатор. Показания аттенюатора переводятся в децибелы по градуированной кривой к нему.

6.5Вращая исследуемую антенну, найти положение первого минимума диа-

граммы направленности. Определить, через какое число градусов следует измерять главный лепесток, чтобы получить в нем не менее 5-6 точек (при измерении диаграммы направленности антенны АДЭ шаг по углу следует брать равным 1 градусу). Боковые лепестки можно измерять по трем точкам

(два минимума и максимум), фиксируя их направления и уровень сигнала

(величину затухания)

6.6Результаты измерений свести в таблицу и отнормировать (из всех найден-

ных затуханий вычесть максимальное и из всех, при которых производи-

лись измерения, вычесть угол, соответствующий направлению максималь-

ного излучения). Таким образом, значение диаграммы в направлении 0 гра-

дусов должно быть обязательно равно 0 дБ.

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать результаты домашнего расчета и результаты

лабораторных экспериментов. Отчет должен также содержать выводы по про-

деланной работе.

8.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Объяснить принцип действия двухзеркальной антенны Кассегрена.

2.Какие существуют методы расчета диаграммы направленности двухзер-

кальных антенн? Основные принципы этих методов

3.В чем состоят преимущества и недостатки двухзеркальных антенн по сравнению с однозеркальными?

4.Сравнить между собой антенны Кассегрена и Грегори.

5.Какие облучатели используются в двухзеркальных антеннах? Их пре-

имущества и недостатки по сравнению с облучателями однозеркальных антенн.

6.Какие изменения возникают в диаграмме направленности двухзеркальной антенны, если фазовый центр облучателя вынесен из фокуса зеркала: а)

вдоль фокальной оси; б) поперек фокальной оси зеркала?

7.Как влияет на диаграмму направленности двухзеркальной антенны зате-

нение раскрыва большего зеркала малым?

8.Объяснить принцип действия антенны АДЭ.

9.Сравнить между собой антенны Кассегрена и АДЭ

10.Чем определяется коэффициент усиления двухзеркальной антенны?

9.ЛИТЕРАТУРА

1.Ерохин Г.А., Чернышов О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-

фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1996, с.140-155

2.Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высшая школа, 1988.,

с.385-389

3.Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г. Терешин О.Н. Антенны УКВ. – М.:

Связь, 1977, т.2, с.4-27,34-58,74-88

ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица функций и