лабы / лаба 106 / лаба_106_аррт_метода

11

зеркала, расположенная выше его оси,

и отраженные от нее лучи проходят мимо облучателя. Примером параболи-

ческой антенны со смещенным облуча-

телем может служить рупорно-парабо-

лическая антенна [2, с. 191…192].

3. Задание для расчета (Выполняется при подготовке к лабораторной работе)

3.1. Рассчитать фокусное расстояние параболического рефлектора по ис-

ходным данным, приведенным в таблице 2. Номер варианта соответствует по-

рядковому номеру студента в журнале. Фокусное расстояние находится из ура-

внения параболы, записанного в прямоугольной системе координат (рис. 1):

x2 = 4 f z .

12

главный и первый боковой лепестки ДН. Вычисления проводить до значения угла , при котором функция F(u) второй раз сменит знак. Функции Бесселя

или лямбда-функции можно вычислять по специальным компьютерным про-

граммам или брать в любом справочнике по специальным функциям, например,

в [3]. Полученные значения F(u) перевести в децибелы:

F( )дБ = 20lg F(u) .

Расчётные данные для ДН оформить в виде таблицы 3.

13

Построить F( ) в децибелах в прямоугольной системе. Из графика опре-

делить ширину ДН по половинной мощности ( 2 0,5 ) (уровень -3 дБ); ширину ДН по нулевому уровню ( 2 0 ); уровень первого бокового лепестка Fб.л., (дБ).

3.3. По формуле (7) рассчитать угол поворота направления максимально-

го излучения антенны при смещении облучателя из фокуса, перпендикулярно оси Z на величину .

4.Экспериментальная часть

4.1.Описание и схема измерительной установки. Экспериментальная установка для измерения ДН зеркальной антенны состоит из приемной и пере-

дающей части (рис. 5). В последнюю входит маломощный модулированный клистронный генератор 1, волноводный тракт и рупорная антенна 2.

Приемная часть состоит из исследуемой параболической 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.

14

Излученные передающей рупорной антенной модулированные высокоча-

стотные колебания ( = 3,2 см) принимаются исследуемой параболической ан-

тенной, детектируются и при помощи кабеля подаются на вход низкочастот-

ного измерительного усилителя. Уровень принятого параболической антенной сигнала можно регулировать при помощи аттенюатора 5. Облучатель может перемещаться вдоль оптической оси параболоида (ось Z) при перемещении ка-

ретки, на которой он закреплен, ручкой, расположенной вблизи зеркала. Другой ручкой осуществляется поперечное смещение зеркала относительно облучате-

ля. Отсчет величины смещения производится по расположенным там же линей-

кам.

Для измерения ДН антенны с зеркалом в виде параболического цилиндра ее устанавливают вместо параболоида вращения. Устройство крепления пара-

болического цилиндра позволяет измерить ДН в двух главных плоскостях по-

воротом зеркала на 90°.

4.2. Порядок выполнения работы.

4.2.1. Измерить диаметр зеркала и его глубину z0. Рассчитать фокусное расстояние. Рассчитать угол поворота ДН при заданных в п. 4.2.16 значениях

15

смещения облучателя .

4.2.2.Перемещая облучатель вдоль оси антенны, поместить его в фокус параболоида, точка которого рассчитана в п. 4.2.1. При помощи поворотного устройства сориентировать приемную исследуемую антенну на передающую.

4.2.3.Включить генератор и после 3 мин прогрева включить тумблер

"Клистрон", а переключатель рода работ поставить в положение "Манипуля-

ция".

4.2.4.Включить усилитель.

4.2.5.Экспериментально уточнить расположение облучателя параболиче-

ского зеркала в фокусе. Положению облучателя в фокусе соответствует макси-

мальное показание индикатора усилителя при перемещении облучателя вдоль оси антенны (ось Z).

4.2.6.Пользуясь методом аттенюатора (см. Приложение), измерить ДН параболической антенны при нахождении облучателя в фокусе параболоида.

4.2.7.Сориентировать параболическую антенну по максимуму показаний индикатора. Аттенюатором подобрать такое затухание, при котором на шкале усилителя установится, например, 50 делений. Записать это положение аттеню-

атора и при помощи градуировочной кривой найти значение затухания в деци-

белах. Записать значение угла max.

4.2.8.Вращая антенну, найти положение первого минимума ДН 01. Так как главный лепесток ДН аналитически описывается гладкой функцией, то в интервале углов ( max, 01) можно взять три промежуточных значения 1, 2, 3.

4.2.9.Установить угол 1 и определить значение затухания с аттенюатора,

при котором на шкале усилителя вновь установится 50 делений. Записать новое

положение аттенюатора и при помощи градуировочной кривой найти значение

затухания в децибелах.

4.2.10.То же самое проделать для углов 2, 3.

4.2.11.Вращая антенну, определить угловое положение второго миниму-

16

ма ДН 02.

4.2.12.Вращая антенну в интервале углов ( 01, 02), определить угловое положение максимума первого бокового лепестка max.

4.2.13.Измерить уровень этого максимума в децибелах.

4.2.14.Проделать пункты 4.2.7...4.2.13 для нижеследующих пунктов зада-

ния.

4.2.15.Измерить ДН параболической антенны при смещении облучателя вдоль оси антенны на величину ± 20 мм.

4.2.16.Измерить ДН параболической антенны при поперечном смещении зеркала (перпендикулярно оси Z) на = 16 мм, = 32 мм. Из-за асимметрии ДН измерения проделать для углов, расположенных как справа, так и слева от max .

Измерить уровень правого и левого боковых лепестков.

4.2.17. Для исследования влияния затенения раскрыва на форму ДН изме-

рить ДН параболической антенны, размещая облучатель в фокусе, но надевая на него металлические диски разного диаметра (d1 = 5 см, d2 = 8 см).

4.2.18.Измерить ДН антенны в виде параболического цилиндра в двух главных плоскостях. Для смены плоскости повернуть цилиндр на 90°.

4.2.19.Отнормировать ДН, для чего вычесть значения измеренной ДН в децибелах при = max из значения ДН при остальных величинах . Все изме-

ренные нормированные ДН построить в прямоугольной системе координат.

17

5.Содержание отчета

5.1.Схема и описание измерительной установки.

5.2.Результаты домашнего расчета.

5.3.Экспериментальные нормированные ДН в виде таблиц и графиков.

Определение ширины ДН, уровня первого бокового лепестка, описанием фор-

мы ДН.

5.4. Выводы по работе.

6.Контрольные вопросы

6.1.Принцип действия параболической антенны.

6.2.Инженерные методы, используемые при расчете ДН? Какие прибли-

жения используются в этих методах?

6.3.Что такое кросс-поляризация и от чего зависит ее уровень?

6.4.Чем определяется амплитудное распределение поля в раскрыве?

6.5.Как зависит ширина ДН параболической антенны от размера ее рас-

крыва?

6.6. Как влияет амплитудное распределение поля в раскрыве на ДН ан-

тенны?

6.7. От чего зависит коэффициент направленного действия параболичес-

кой антенны?

6.8.Как влияют на ДН фазовые искажения в раскрыве антенны?

6.9.Как изменяется ДН параболической антенны при выносе облучателя из фокуса (вдоль оси Z и перпендикулярно оси Z)?

6.10.Как влияет на ДН параболической антенны затенение ее раскрыва облучателем?

6.11.Какие типы облучателей применяются в параболических антеннах?

Их преимущества и недостатки.

6.12. Объяснить принцип действия антенны с зеркалом в виде параболи-

18

ческого цилиндра.

6.13.Объяснить принцип действия рупорно-параболической антенны. В

чем ее преимущества?

6.14.Метод измерения ДН при помощи аттенюатора. В чем преимуще-

ства этого метода?

6.15. Как экспериментально определить совпадение фазового центра об-

лучателя с фокусом параболоида?

7. Литература

1. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г. Терешин О.Н. Антенны УКВ. Ч.1. – М.: Связь, I977, 384 с.

2.Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. – М.: Радио и связь,

1981, 349 с.

3.Е. Янке, Ф. Эмде, Ф. Леш. Специальные функции. – М.: Наука 1964,

344 с.

Приложение

Методика измерения ДН

В данной лабораторной работе при измерении ДН исследуемая приемная антенна вращается в горизонтальной плоскости, а передающая антенна непо-

движна. Показания усилителя определяются формой ДН исследуемой антенны.

Если построить график по показаниям усилителя, то полученная кривая в об-

щем случае не будет ДН антенны по полю или по мощности, так как при этом мы не учитываем характеристику детектора. Но в случае, когда в процессе из-

мерений рабочая точка не выходит за пределы квадратичного участка характе-

ристики детектора, показания усилителя пропорциональны принимаемой мощ-

ности. При построении ДН по напряженности поля в этом случае необходимо извлечь квадратный корень из показаний прибора. Таким образом, при измере-

19

нии ДН путем непосредственного отсчета показаний усилителя надо иметь ха-

рактеристику детектора. При смене детектора, снова требуется его характери-

стика. Для более точного определения ДН в этом случае необходимо снять ам-

плитудную характеристику всей установки в целом, а не только одного детек-

тора.

В данной лабораторной работе ДН измеряются методом, аттенюатора.

Основным преимуществом этого метода перед вышеизложенным является неизменное положение рабочей точки на характеристике детектора, что позво-

ляет не учитывать характеристику детектора. Переменный аттенюатор, уста-

новленный в приемном тракте, позволяет поддерживать уровень сигнала, по-

ступающего на детекторную секцию при вращении антенны, неизменным. При каждом угловом повороте антенны аттенюатором подбирается такое затухание,

при котором показания индикатора усилителя остаются неизменными. Таким образом, ДН характеризуется величинами затухания, выраженными в децибе-

лах, для соответствующих углов поворота антенны.