Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромагнитные поля и волны. Ч.2. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
71
2. Методика компьютерного эксперимента
Пространственные характеристики фазированной антенной решетки
исследуются в компьютерном эксперименте. Моделирование осуществляется в среде MathCad.
В результате численного эксперимента реализуется управление диаграммой направленности ФАР в зависимости от числа элементарных излучателей в узлах решетки и сдвига фаз питающих их токов. В работе исследуется одномерная эквидистантная антенная решетка.
В качестве исходных данных задаются следующие параметры:
- рабочая частота (выбрано значение f = 433 МГц);
- период решетки d = λ/2;
- число элементарных излучателей n ;
- сдвиг фаз питающих излучатели токов Δψ.
Результаты моделирования представляются в графическом виде.
Ширина главного лепестка диаграммы направленности АР определяется в
угловых величинах (градусах) по уровню половинной мощности (что соответствует -3 дБ) с помощью трассировки полученных графиков.
В эксперименте исследуется зависимость ширины главного лепестка
диаграммы направленности от числа элементарных излучателей и его
направленность в зависимости от сдвига фаз питающих токов. Результаты
моделирования сопоставляются с соответствующими характеристиками
одиночного элементарного излучателя.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Снять зависимость направления φ главного лепестка диаграммы
направленности АР и ширины главного лепестка диаграммы направленности ΔДН0 по уровню половинной мощности от фазового сдвига питающих токов элементарных излучателей Δψ для различного количества элементарных излучателей n = 5 и n = 20. Фазовый сдвиг изменять в пределах Δψ = 00 ÷ 1200 с шагом 100.
3.2. Снять зависимость ширины главного лепестка диаграммы направленности ΔДН0 по уровню половинной мощности от количества элементарных излучателей n при постоянном фазовом сдвиге питающих токов Δψ =
00. Число излучателей n изменять в пределах n = 3 ÷ 50.
3.3. Результаты моделирования представить в виде графиков.
3.4. Выключить компьютер.
72
4. Контрольные вопросы
1. Как направлен главный лепесток диаграммы направленности ФАР
при синфазном питании элементарных излучателей?
2. Как зависит ширина главного лепестка ДН от количества излучате-
лей?
3. Как зависит угол отклонения главного лепестка диаграммы направ-
ленности ФАР от сдвига фаз питающих токов излучателей?
4. Что нужно изменить в конструкции ФАР, чтобы обеспечить воз-
можность отклонения главного лепестка диаграммы направленности
в вертикальной и горизонтальной плоскостях?
5. Что произойдет с главным лепестком диаграммы направленности,
если сдвиг фаз питающих токов будет иметь случайную составляющую?
6. Как изменятся пространственные характеристики ФАР, если эле-
ментарные дипольные излучатели расположить вдоль линии, соединяющей центры излучателей (повернуть на 900 по отношению к ориентации, представленной на рис. 2)?
7. Можно ли управлять ориентацией диаграммы направленности при
наличии только двух излучателей в ФАР?
8. Как соотносятся диаграмма направленности одиночного дипольного
излучателя и одномерной ФАР?
Библиографический список
1. Кубанов В.П., Ружников В.А. Основы теории антенн и распространения радиоволн. Самара: Офорт, 2016. 258 с.
2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: М.: Высшая
школа, 2000. 462 с.
3. Нефёдов Е.И. Антенно-фидерные устройства и распространение
радиоволн. М.: Издательский центр "Академия", 2008. 320 с.
4. Хансен Р.С., Фазированные антенные решетки: пер. с англ. М.:
Техносфера, 2012. 560 с.
73
Рис. П. 1. Вид передней панели анализатора спектра RIGOL DSA 815
Приложение
1. Краткое описание назначения органов управления анализатора
спектра RIGOL DSA 815
1.1. Передняя панель анализатора спектра
На рис. П. 1 представлен внешний вид передней панели анализатора
спектра RIGOL DSA 815.
1. Жидкокристаллический дисплей.
2. Экранная клавиша меню/контрольная клавиша меню.
3. Зона функциональных кнопок.
4. Вращающаяся ручка для изменения параметров.
5. Клавиша перемещения.
6. Цифровая клавиатура.
7. Ввод радиочастот.
8. Выход источника отслеживания.
9. Вход для наушников.
74
Рис. П. 2. Схема функциональных кнопок передней панели
10. Вход USB.
11. Кнопка питания.
12. Справочная информация.
13. Печать.
14. Восстановление предварительных настроек.
1.2. Функциональные кнопки передней панели
Описание функциональных кнопок передней панели
FREQ – Настройка параметров частот анализатора спектра (настройка цен-
тральной частоты, начальной частоты и конечной частоты, также используется для запуска функции отслеживания сигнала). Анализатор спектра
частот производит сканирование в пределах установленного частотного
диапазона, каждый раз после изменения параметров сканирование начинается заново.
SPAN – Установка диапазона сканируемой частоты (мирины сканирования). Изменение ширины сканирования вызовет изменение параметров частоты. После изменения ширины сканирования сканирование частоты
начнется заново.
75
AMPT – Настройка параметров амплитуды анализатора спектра, опорного
электрического уровня, аттенюатора, цены деления, единицы измерения
оси Y; также используется для осуществления автоматического масштабирования, автоматического выбора диапазона и включения усилителя. С
помощью регулирования этих параметров измеряемый сигнал можно
отобразить удобным способом, обеспечивающим минимальную погрешность измерения.
BW/Det – Настройка разрешения по полосе пропускания анализатора
спектра (RWB) для распознавания сигнала вблизи двух частот и ширины
полосы частот видеосигнала (VBW) для отфильтровывания шумов вне полосы частот видеосигнала. Выбор типа обнаружения волн и типа волнового фильтра.
Sweep/Trig – Настройка параметров частоты сканирования и пуска, включая время сканирования (время выполнения анализатором спектра одного
сканирования в диапазоне ширины сканирования), режим сканирования
(разовый или непрерывный), количество сканирований, тип пуска.
Trace/P/F – Отображение сканируемого сигнала на экране в виде кривой
спектра. Настройка соответствующих параметров кривой спектра.
TG – Настройка параметров источника отслеживания.
Measure – Меню функций измерения.
Meas Setup - Меню настройки параметров, соответствующих функции из-
мерения, выбранной в функциональной клавише Meas.
Demod – Конфигурация функции демодуляции. Анализатор спектра под-
держивает функции демодуляции АМ и FM.
Marker – С помощью маркера можно считывать амплитуду, частоту или
время сканирования различных точек на кривой спектра.
Marker –> – С помощью текущего значения маркера настраивает прочие
параметры системы прибора, такие как центральная частота, опорный
электрический уровень и т. д.
Marker Ftcn – Особые функции маркера, такие как маркер шума, измерение
ширины канала N Дб, частотный счетчик.
76
Peak – Открывает меню настройки поиска пикового значения и одновре-
менно приводит в исполнение функцию поиска пикового значения.
System – Настройка соответствующих параметров системы.
Print Setup – Настройка соответствующих параметров печати.
Storage – Предоставление функции хранения и чтения документов.
User Key – Задаваемые пользователем клавиши быстрого вызова.
Preset – Восстановление заводских настроек системы или заданного поль-
зователем состояния.
Help – Внутренняя справочная система.
1.3. Настройка параметров анализатора спектра
Ввод параметров анализатора спектра можно производить с помо-
щью цифровых клавиш (6) (см. рис. П. 1.), поворотом ручки регулировки
(4) или клавиш перемещения (5). Покажем три способа настройки параметров на примере настройки центральной частоты на 800 МГц.
Способ 1. Использование цифровых клавиш
1. Нажмите кнопку FREQ -> Центральная частота («Central
Frequency»).
2. С помощью цифровых клавиш введите числовое значение «800».
3. Нажмите кнопку Enter или выберите на появившемся меню единиц
измерения МГц («MHz»).
Способ 2. Использование поворотной ручки
В состоянии возможности редактирования параметров вращением по-
воротной ручки можно увеличивать параметры с заданной шириной шага
(по часовой стрелке) или уменьшать (против часовой стрелки).
1. Нажмите кнопку FREQ -> Центральная частота («Central
Frequency»).
2. Вращайте ручку до получения требуемого значения параметра.
77
Рис. П. 3. Вид передней панели генератора АКИП-3417
Способ 3. Использование клавиш перемещения
В состоянии возможности редактирования параметров клавиши пе-
ремещения могут использоваться для увеличения или уменьшения значения параметра на определенную ширину шага.
1. Нажмите кнопку FREQ -> Центральная частота («Central
Frequency»).
2. Нажимайте клавиши перемещения Вверх/Вниз до получения требуемого значения параметра.
2. Краткое описание назначения органов управления генератора
высокочастотных сигналов АКИП-3417
2.1. Передняя панель генератора АКИП-3417
На рис. П. 3 представлен внешний вид передней панели генератора
ВЧ сигналов АКИП-3417.
1. Кнопка включения/выключения сетевого питания.
78
2. Кнопки управления меню. Служат для управления меню настроек
(меню настроек расположено в нижней части экрана). Назначение
кнопок зависит от выбранного режима. Условное обозначение
кнопок F1 - F6 слева направо.
3. Жидкокристаллический дисплей.
4. Кнопка включения/выключения выхода сигнала генератора.
5. Выход канала А (высокочастотный).
6. Выход канала В (функциональный и спецформ).
7. Выход сигнала TTL уровня.
8. Кнопки выбора формы сигнала. Служат для выбора формы вы-
ходного сигнала для каждого выходного канала.
9. Кнопка переключения между каналами А и В.
10. Блок функциональных кнопок: Модул - включение и выбор ре-
жима модуляции, ГКЧ - выбор режима качания частоты, Пакет выбор пакетного режима, Утилит - переход в меню утилит
(настройки генератора).
11. Вращающаяся ручка настройки параметров.
12. Цифровая клавиатура.
13. Курсорные кнопки.
14. Наименование модели и характеристики.
2.2. Настройка параметров выходного сигнала
Покажем процедуру настройки параметров на примере настройки
сигнала синусоидальной формы с частотой 1,2 МГц и амплитудой 1 В.
(После включения питания генератор по умолчанию устанавливается в режим генерации сигнала синусоидальной формы.)
1. Нажать кнопку управления меню F1.
2. На дисплее будет отображаться значение частоты, установленное при
включении питания. Чтобы вместо частоты установить период, необходимо
снова нажать кнопку F1 (будет подсвечен пункт меню "период").
3. Пользуясь цифровой клавиатурой, ввести требуемое значение частоты
1,2, нажать программируемую кнопку, соответствующую требуемым единицам измерения ("MHz").
4. Для перехода к установкам амплитуды нажать кнопку управления меню
F2.
79
5. Пользуясь цифровой клавиатурой, ввести требуемое значение амплитуды (1), нажать программируемую кнопку, соответствующую требуемым
единицам измерения ("V").
Нужные значения также можно ввести с помощью вращающейся ручки
или курсорных кнопок.
Режим модуляции
Генератор позволяет использовать только один режим модуляции в
каждый момент времени. Например, одновременная амплитудная и частотная модуляция не предусмотрена.
В качестве примера рассмотрим процесс установки параметров ре-
жима амплитудной модуляции.
1. Нажать кнопку Модул.
2. Нажать кнопку управления меню F4, выбрать тип модуляции АМ.
3. Форма несущего сигнала в режиме АМ - синусоидальная или прямоугольная. Нажать кнопку, отвечающую за выбор сигнала несущей, - Синус
либо Прям.
4. Для задания частоты несущей нажать кнопку F1, ввести требуемое значение с помощью цифровой клавиатуры либо вращающегося регулятора.
5. Нажать F3 для перехода в меню выбора формы модулирующего сигнала.
Далее для выбора формы нажать F1 - синусоидальный сигнал, F2 - прямоугольный, F3 - треугольный.
6. Задание частоты модулирующего сигнала: включив режим АМ, нажать
кнопку F1, ввести требуемое значение частоты с помощью цифровой клавиатуры либо вращающегося регулятора.
7. Задание глубины модуляции: включив режим АМ, нажать кнопку F2,
ввести требуемое значение глубины модуляции с помощью цифровой клавиатуры либо вращающегося регулятора.
80
Содержание
Лабораторная работа № 1. Спектры сигналов при различных видах модуляля-
ции........................................................................................................................3
Лабораторная работа № 2. Направляемые волны. Распространение элек-
тромагнитных волн в прямоугольном волноводе..........................................23
Лабораторная работа № 3. Свойства элементарного электрического излу-
чателя (симметричного диполя).......................................................................42
Лабораторная работа № 4. Свойства простейшего направленного излучате-
ля типа фазированной антенной решетки.......................................................61
Приложение.......................................................................................................73
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]