Министерство образования и науки Российской Федерации
Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники
(ТУСУР)
Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники
(СВЧ и КР)
Отчет
Лабораторная работа по курсу «Антенны»
«Исследование ДН параболической антенны»
Проверил: Выполнили ст.гр.121-1:
Фатеев А.В.______ Минаев И.М._______
Сувак В.А.И._______
«__»_______2013г.
Томск 2013
Введение
Целью данной работы является: измерение ДН параболической антенны в дальней, зоне, измерения диаграммы направленности параболической антенны в ближней зоне для облучателя, вынесенного из фокуса зеркала, измерение поляризационной диаграммы антенны.
1 Описание экспериментальной установки
Структурная схема установки представлена на рисунке 1.1.
1 – блок P2M; 2 – передающая рупорная антенна; 3 – принимающая параболическая антенна; 4 – детектор; 5 – блок P2M
Рисунок 1.1 – Структурная схема экспериментальной установки.
2 Основные расчетные формулы
ДН
параболической антенны рассчитывается
по формуле:
где
- функция Бесселя;
– волновое
число,
–
длина волны;
см
– радиус зеркала;
– угол
между нормалью к раскрыву и направлением
на точку пространства, где определяется
поле.
Длина волны рассчитывается по формуле:
λ=4 см;
Расстояние до дальней зоны рассчитаем по формуле:
D
– диаметр параболоида,
–
длина волны.
Для
измерения ДН в ближней зоне параболическую
антенну устанавливаем от передающей
на расстоянии
,
которое рассчитывается по формуле:
где
–
расстояние между передающей и приемной
антеннами;
– величина
выноса фазового центра облучателя;
– фокусное
расстояние;
– диаметр
зеркала.
3 Результаты работы и их анализ
Воспользуемся формулой (2.2) и (2.3) и определим минимальный радиус дальней зоны.
По формуле (2.4) рассчитаем Rопт :
Воспользуемся формулой (2.1), построим ДН параболической антенны и определим ширину диаграммы направленности по уровню 0,5 от максимального значения. ДН параболической антенны представлена на рис.3.1.
Рисунок 3.1 – ДН параболической антенны
Ширина диаграммы направленности равна 7,4 градуса.
Диаграммы направленности, полученные экспериментальным путем для вертикальной и горизонтальной поляризации передающей антенны, представлены на рисунке 3.2 и 3.3 соответственно. Фокус зеркала совмещен с фазовым центром облучателя (f=22 см). Расстояние между антеннами 8 м. Для вертикальной поляризации антенны ширина ДН равна 5 градусам, а для горизонтальной 6 градусов.
Сместим облучатель из фокуса вдоль оси зеркала на расстояние =3см (f=25 см) и снимем ДН параболической антенны в дальней зоне при в вертикальной и горизонтальной поляризации облучателя, полученная ДН представлена на рисунке 3.2 и 3.3 соответственно.
Рисунок 3.2 ДН для вертикальной поляризации и со смещенным фокусом
Рисунок 3.3 ДН для горизонтальной поляризации и со смещенным фокусом
Совместить с фокусом зеркала фазовый центр облучателя и повернем облучатель на угол 10° от оси зеркала. Полученная ДН для вертикальной поляризации представлена на рисунке 3.4. Ширина ДН равна 20 градусам.
Рисунок 3.4 – ДН для вертикальной поляризации с углом отклонения облучателя на 10 градусов
Поставим облучатель параболической антенны в фокус и, вращая передающую рупорную антенну, снимем поляризационную диаграмму параболической антенны. Измерения проводим через 20°, полученная поляризационная диаграмма представлена на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 – Поляризационная диаграмма
Установим
передающую рупорную антенну на расстояние
=2
м
и
снимем
ДН параболической антенны для вертикальной
поляризации при облучателе, находящимся
в фокусе (f=20
см).
Полученная ДН представлена на рисунке
3.6. Ширина ДН равна 11 градусам.
Рисунок 3.6 – ДН для вертикальной поляризации при Rопт=2 м
Сместим
облучатель параболической антенны из
фокуса на расстояние =
3
см
(f=23
см)
и снимем ДН. При этом передающая антенна
должна находиться на расстоянии
.
Полученная ДН при вертикальной поляризации
представленная на рисунке 3.7.
Ширина
диаграммы направленности равна 8
градусам.
Рисунок 3.7 – ДН для вертикальной поляризации при смещенном фокусе
Заключение
В ходе лабораторной работы были измерены диаграммы направленности параболической антенны в ближней и дальней зонах, а также поляризационная диаграмма.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что при отклонения облучателя на определенный угол, максимум диаграммы смещается в сторону отклонения облучателя. При вынесение облучателя из фокуса ширина ДН сужается.
При смещении облучателя из фокуса вдоль оси зеркала на поверхности раскрыва возникают фазовые искажения, симметричные относительно вершины зеркала, что расширяет главный лепесток диаграммы направленности, чтобы компенсировать фазовые ошибки в раскрыве выносим облучатель из фокуса в ближней зоне, диаграмма направленности при этом получается такой же как если бы облучатель находился в фокусе, а приемная антенна в дальней зоне.