Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
___________________________________________________________________
Факультет
«Радио и телевидение»
Кафедра
«Техническая электродинамика и антенны (ТЭДиА)»
Лабораторная работа №111 по дисциплине «Антенны и распространение радиоволн в телевещании»
«Исследование волноводно-щелевых антенн»
Выполнил |
|
|
Студент группы БРВ2201 |
_________________________ |
Велит А.И. |
Проверила |
|
|
Старший преподаватель |
_________________________ |
Коростелева В.П. |
Москва 2025
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целями выполняемой лабораторной работы являются: изучение направленных свойств и принципа построения волноводно-щелевых антенн; изучение влияния положения щели на широкой стенки волновода на эквивалентную проводимость щели.
2.РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1.Исходные данные
Xпрод 2.5 mm |
– смещение продольной щели; |
||
Xпопер 8.6 |
mm |
– смещение поперечной щели; |
|
n 7 |
|
|
– количеств продольных щелей; |
a 23 |
mm |
|
– размер широкой стенки волновода; |
b 10 |
mm |
|
– размер узкой стенки волновода; |
f 10 GHz |
|
– частота; |
|
2.2. Расчёт нормированной проводимости продольной щели
λ cf =29.979 mm – длина волны в свободном пространстве;
Λ |
|
λ |
|
|
=39.527 mm |
|
– длина волны в волноводе; |
||||
|
|
|
λ |
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 a |
|
|
|
|
|
|
||
g |
2.09 |
Λ |
|
a |
|
π λ 2 |
|
π Xпрод |
2 |
||
|
|
cos |
|
sin |
a |
|
|||||
|
|
λ b |
|
|
2 Λ |
|
|
||||
g=0.098 – эквивалентная нормированная проводимость продольной щели.
2.3. Расчёт нормированного сопротивления поперечной щели
Λ |
3 |
λ2 |
|
π λ 2 |
|
π Xпопер |
2 |
|||
r 0.523 |
|
|
a b |
cos |
|
sin |
a |
|
||
|
λ |
|
|
|
4 a |
|
|
|
||
r=1.079 – эквивалентное нормированное сопротивление поперечной щели.
2.4. Расчёт диаграммы направленности волноводно-щелевой антенны
Допустим, что длина всех щелей равна половине длины волны, тогда
d 0.515 λ=15.439 mm |
– расстояние между щелями в волноводе. |
||||||||||||
|
|cos π |
sin(Θ) | |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
| |
|
2 |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
f0 |
(Θ) | |
|
|
|
|
| |
– диаграмма направленности одиночной щели. |
||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
| |
cos(Θ) |
| |
|
|
|
|
|
|
||||
|
| |
sin |
n |
2 π d sin(Θ) | |
|
||||||||
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
||
fn(Θ) |1 |
|
|
|
2 |
|
|
λ |
( |
|
|
| |
– множитель решётки волноводно- |
|
|
|n |
sin |
|
1 |
|
2 π d sin |
Θ |
) |
| |
щелевой антенны; |
|||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
| |
|
|
|
2 |
|
|
λ |
|
|
|
| |
|
F(Θ) f0(Θ) fn(Θ) |
|
– диаграмма направленности волноводно- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
щелевой антенны. |
|||||
Итак, экстремумы функции определялись с точностью до третьего знака, при этом для значения бралось среднее значение диапазона значения угла, при котором желаемое значение сохранялось.
Θmax1 |
0.001 rad |
|
|
F Θmax1 =1 |
|||||
Θ |
|
|
|
0.399+0.412 |
|
=0.406 rad |
F Θ |
|
=0.206 |
max2 |
|
2 |
|
max2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Θ |
|
|
|
0.755+0.728 |
|
=0.742 rad |
F Θ |
|
=0.104 |
max3 |
|
2 |
|
max3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Θ |
|
|
|
1.141+1.214 |
|
=1.178 rad |
F Θ |
|
=0.038 |
max4 |
|
2 |
|
max4 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max Θmax min Θmin
(rad) (rad)
1 0.001 0 0.280
0.206 0.406 0 0.585
0.104 0.742 0 0.978
0.038 1.178 0 1.565
Θ 0.001 rad,0.002 rad |
π rad |
– диапазон изменения угла |
||||||||||
относительно перпендикуляра к оси |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
волновода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0.001 |
0.28 |
0.406 |
0.585 |
0.742 |
|
0.978 |
1.178 |
|
|
1.565 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F(Θ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.206 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.104 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.038 |
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0.15 |
0.3 |
0.45 |
0.6 |
0.75 |
0.9 |
1.05 |
1.2 |
1.35 |
1.5 |
1.65 |
|
|
|
|
|
|
Θ (rad) |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2.4.1 – График диаграммы направленности волноводно-щелевой |
||||||||||||
|
|
|
антенны с указанием максимумов и минимумов |
|||||||||
2.5. Расчёт КНД волноводно-щелевой антенны
D 3.2 n=22.4 – коэффициент направленного действия в дБ.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Рисунок 3.1 – Блок-схемы исследуемых установок: для измерения эквивалентных сопротивлений (слева), для измерения диаграммы направленности (справа)
3.1. Расчёт диаграммы направленности
Расчёт диаграммы направленности производился в диапазоне от -8 до 8 градусов. При этом производились замеры только главного лепестка, так как значения боковых лепестков были слишком малы для корректного измерения.
Отдельно стоит заметить, что значения главного лепестка были нормированы к максимальному значению.
Таблица 3.1.1 – Результаты измерений диаграммы направленности
θNdel NdB Nnorm
(deg) (dB)
-8 0 0 0 -6 10 1 0.188 -4 19 3.75 0.441 -2 27.5 7.5 0.882 0 30 8.5 1 2 28 7.5 0.882 4 20 4 0.471 6 8 1 0.118 8 0 0 0
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F(Θ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nnorm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-0.15 |
0 |
0.15 |
0.3 |
0.45 |
0.6 |
0.75 |
0.9 |
1.05 |
1.2 |
1.35 |
1.5 |
1.65 |
|
|
|
|
|
Θ (rad) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
θ (rad) |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.1.1 – График измеренной диаграммы направленности |
||||||||||||
|
|
|
(пунктир) и расчётной (сплошная линия) |
|||||||||
3.2. Измерение параметров щели
Для определения длины волны исследуемый волновод закорачивается специальным штырём, а щель закрывается.
l1 10.1 mm – положения первого узла;
l2 30 mm – положения второго узла;
Расстояние между узлами – это длина одной полуволны, тогда длина волны в волноводе будет равна:
Λ 2 (l2-l1)=39.8 mm – длина волны в волноводе.
Далее щель открывается, и, путём изменения глубины ввода штыря, находится приемлемый КБВ.
αmax 30 |
|
– значение максимума; |
|
αmin 10 |
|
– значение минимума; |
|
КБВ |
αmin |
=0.577 |
– значение КСВ. |
|
αmax |
|
|
Далее необходимо снова найти один из нулей и посчитать смещение относительного этого нуля.
l1_2 17 mm |
– новое положение первого нуля; |
l1_2-l1=6.9 mm – смещение первого узла.
Смещение было найдено к нагрузке.
4.ВЫВОДЫ
Врезультате выполнения лабораторной работы были изучены свойства и принципы построения волноводно-щелевых антенн. Также были изучены влияния положения щели на широкой стенки волновода на эквивалентную проводимость щели.
Врезультате проведения эксперимента и расчёта, были выяснено, что волноводно-щелевая антенна имеет очень узкий главный лепесток диаграммы направленности. При этом этот лепесток тем уже, чем больше щелей в антенне.