лабы / лаба 103 / лаба_103_аррт_метода

Московский технический университет связи и информатики Кафедра технической электродинамики и антенн

Лабораторная работа № 103

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АНТЕНН,

СОСТОЯЩИХ ИЗ СВЯЗАННЫХ ВИБРАТОРОВ

(“Волновой канал”, логопериодическая антенна)

Москва 2013

План УМД на 2012/2013 уч. г.

Лабораторная работа № 103

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АНТЕНН,

СОСТОЯЩИХ ИЗ СВЯЗАННЫХ ВИБРАТОРОВ

Составитель: Т. А. Гайнутдинов

Утверждено советом факультета Р и Т.

Протокол № от марта 2013 г.

Рецензент В. Г. Кочержевский, доцент

3

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.Изучение свойств антенны типа “Волновой канал”.

2.Изучение принципов построения логопериодических антенн и их свойств.

3.Изучение диапазонных свойств антенн из связанных вибраторов

2.УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1.Изучить основные принципы построения антенн из связанных вибраторов

[1],[2].

2.Изучить основные методы расчета характеристик направленности антен-

ны “Волновой канал” [3].

3.Изучить основные методы расчета характеристик направленности лого-

периодических антенн [3].

4.Изучить диапазонные свойства антенны “Волновой канал” и логоперио-

дической антенны [2].

3.ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ ПРИ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКЕ

1.Рассчитать конструкцию логопериодической антенны (ЛПА) для за-

данного диапазона волн. Диапазон длин волн (минимальная и максимальная граничные длины волн), а также конструктивные параметры ЛПА (период структуры τ и угол при вершине α) приведены в таблице 1.

Рекомендации по построению полотна ЛПА (рис.1): для того, чтобы на максимальной длине волны рабочего диапазона обеспечить правильное форми-

рование активной области, длину плеча самого длинного вибратора следует выбрать несколько больше резонансной, например l1=0.3λмакс. Полная длина ан-

тенны, как это следует из геометрии (рис.1) равна R1= l1ctg(α/2), т.е. полотно антенны вписывается в равнобедренный треугольник с основанием 2l1 и высо-

той равной R1. В этом равнобедренном треугольнике, угол при вершине которо-

5

Рис. 1

го равен α, на центральной линии откладываются точки на расстояниях от вершины, равных R2=R1∙τ ; R3=R2∙τ=R1 ∙τ2;….. ; Ri=Ri-1∙τ=R1 ∙τi-1 и т.д. Через эти точки проводим линии, параллельные основанию до пересечения с боковыми сторонами равнобедренного треугольника. Очевидно, что эти линии представ-

ляют собой вибраторы, длины плеч которых изменяются по закону

l2=l1∙τ ; l3=l2∙τ=l1 ∙τ2;….. ; li=li-1∙τ=l1 ∙τi-1 и т.д, тому же закону подчиняются и расстояния между вибраторами d1=R1-R2; d2=d1∙τ ;d3=d2∙τ=d1 ∙τ2;…… di=di-1∙τ=d1 ∙τi-1.

В заключение вдоль высоты треугольника изображается симметричная (двух-

проводная линия), к которой плечи вибратора подсоединяется перекрестно

(рис.1) Общее число вибраторов определяется заданным диапазоном волн.

Процесс построения структуры необходимо продолжать до тех пор, пока длина плеча i-ого вибратора не станет равной примерно четверти минимальной длины волны рабочего диапазона. При этом для правильного формирования активной

6

области на минимальной волне рабочего диапазона необходимо несколько про-

длить структуру, добавив 3-4 более коротких вибраторов.

Результаты расчета длин плеч вибраторов – li , расстояния между ними по линии питания – di представить в виде таблицы. Конструкцию антенны изобра-

зить в отчете, используя разумный масштаб.

2. Рассчитать диаграммы направленности вибратора с директором (ре-

флектором) по формуле

,

где q – отношение амплитуд токов в вибраторах, φ – сдвиг фаз между токами в вибраторах, d – расстояние между вибраторами, k – волновое число, k=2π/λ.

Расчет произвести для двух случаев: идеальный режим работы вибратора с директором (рефлектором), т.е. q=1; φ=±90◦; d=0.25λ, а также для одного из возможных случаев нарушения идеального режима работы. Необходимые для последнего случая значения либо q, либо φ, либо d/λ приведены в таблице 1.

Расчет произвести для текущего значения угла θ от 0◦ до 360◦. Диаграммы направленности отнормировать и построить в полярной системе координат.

4.ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Блок-схема установки приведена на рис.2. Она состоит из высокочастот-

ного генератора 1, подключаемого через измерительную линию 2 к исследуе-

мой антенне 4, закрепленной на поворотном устройстве 3. При измерении диа-

грамм направленности сигнал снимается непосредственно с исследуемой ан-

тенны 7 и через детектор 5 подается на измерительный прибор 6. При измере-

нии согласования сигнал снимается с индикаторной головки измерительной линии и через детекторную секцию 5 подается на измерительную линию 6.

8

нии через переходник подключить 1-ую исследуемую антенну. Включить пита-

ние генератора 1 и установить на нем частоту, на которой предполагается изме-

рение КБВ. На резонаторной секции индикаторной головки произвести настройку на ту же частоту. Достаточно, чтобы показания измерительного при-

бора в этом случае составляли примерно четверть всей шкалы (20-40 делений).

В случае, если уровень сигнала меньше вышеуказанного, необходимо повысить выходную мощность генератора 1, а если уровень сигнала серьезно больше, а

то и наблюдается зашкаливание, необходимо отстроится по частоте на резона-

торной секции. Произвести передвижение индикаторной головки по измери-

тельной линии и найти минимальное значение на измерительном приборе αмин и

максимальное αмакс. Значение КБВ тогда можно найти по формуле КБВ=.

Повторить эти измерения для всех указанных частот, после чего отключить от измерительной линии 2 первую исследуемую антенну и аналогично подклю-

чить 2-ую исследуемую антенну. Повторить измерения КБВ для второй иссле-

дуемой антенны.

2. Для измерения ДН антенн необходимо собрать схему, изображенную на левой части рисунка 1. Подключите исследуемую антенну непосредственно к измерительному прибору 6. С помощью преподавателя включите генератор,

обеспечивающий передачу ВЧ мощности на эталонную антенну. Установите на этом генераторе заданную частоту. С помощью регулировки выходной мощно-

сти генератора, добейтесь того чтобы максимальное значение сигнала не пре-

вышало 50-80 делений. Измерить уровень сигнала для различных угловых по-

ложений исследуемой антенны в диапазоне от 0◦ до 180◦. Отнормировать полу-

ченные значения, разделив их на максимальное значение и выполнив операцию взятия квадратного корня из полученного нормированного уровня. Аналогично повторить измерения ДН для других частот. По окончанию измерения ДН 1-ой исследуемой антенну, отключить ее от измерительного прибора и подключить к

9

нему 2-ую исследуемую антенну. Выполнить процедуру измерения ДН для второй антенны.

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

лабораторных экспериментов по измерению КБВ и ДН обеих исследуемых ан-

тенн. Отчет должен также содержать выводы по проделанной работе.

8.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем состоит принцип электродинамического подобия?

2.Чем объясняются диапазонные свойства логопериодической антенны?

3.Что такое активная область ЛПА?

4.Почему у самодополнительных структур входное сопротивление не зави-

сит от частоты?

5.Какие конструкции ЛПА возможны для радиосвязи и радиовещания в КВ диапазоне?

6.Почему КВ ЛПА располагаются наклонно к поверхности Земли?

7.Какова поляризация электромагнитных волн, излучаемых ЛПА?

8.Как влияют геометрические параметры ЛПА на ее электрические харак-

теристики?

9.От чего зависит величина входного сопротивления плоской вибраторной ЛПА?

10.Чем определяется диапазон работы ЛПА?

11.Объяснить направленные свойства антенны, состоящей из активного вибратора и директора.

12.Объяснить направленные свойства антенны, состоящей из активного вибратора и рефлектора.

13.Почему ЛПА называются логопериодическими

10

14.Как зависит фаза тока в пассивном вибраторе от его длины? (Фазу тока в актином вибраторе считать равной нулю)

15.Как влияет длина вибратора на характер его входного сопротивления?

16.Почему активный вибратор в антенне типа “Волновой канал” рекомен-

дуется выполнять в виде вибратора Пистолькорса?

17. Какая связь между директорной антенной и антенной бегущей волны?

9.ЛИТЕРАТУРА

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

фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Горячая линия

–Телеком , 2004, с.160-167,302-306

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

с.243-245,269-273,308-309

3.Айзенберг Г.З., Белоусов С.И. Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые ан-

тенны. – М.: Связь, 1985, с.186-187,344-353