Лабораторные работы 5 симестр / Распределительные системы / UMP_FVP_3
.pdfциент направленного действия, E180/E0 — отношения поля в направлении против стрелы антенны к полю по стреле антенны, ширина главного лепестка, выраженная в градусах.
Диаграмма направленности. Отображает диаграмму направленности антенны при заданных параметрах и заданном составе антенны.
Группа элементов «Плоскость диаграммы». Позволяет выбрать плоскость диаграммы направленности: горизонтальную плоскость, в которой находится антенна, или вертикальную плоскость, перпендикулярную вибраторам антенны.
Группа элементов «Активный вибратор». Позволяет менять длину активного вибратора с помощью перемещения ползунка
Группы элементов «Рефлектор» и «Директор». Аналогично группе элементов «Активный вибратор» позволяют менять длины этих пассивных вибраторов и расстояния от них до активного вибратора. Длина отображается рядом с ползунком в единицах длины волны излучаемого поля.
Текстовое окно «Ход выполнения работы». Отображает задание, которое необходимо выполнить в данный момент.
Меню. Расположено сверху. Содержит 2 пункта: допуск
итест для перехода в соответствующее окно.
Целью лабораторной работы является изучение работы директорной антенны и построение диаграмм направленности.
Выполнение работы состоит из трех заданий:
1)Настроить активный вибратор на резонансную частоту и снять диаграмму активного вибратора. Для настройки необходимо менять длину активного вибратора с помощью соответствующего ползунка и следить за значением КНД, т.к. на резонансной частоте вибратор должен иметь КНД = 1.
2)Подключить рефлектор и, меняя длину рефлектора и расстояние между рефлектором и активным вибратором, добиться диаграммы направленности с минимальным соотношением E180/E0. Снять (сохранить) диаграмму.
Для подключения рефлектора необходимо поставить галочку перед рефлектором в списке «Состав антенны». Для изменения параметров рефлектора необходимо использовать ползунки из группы элементов «Рефлектор».
71
3) Подключить директор и, меняя длину директора и расстояние между директором и активным вибратором, также добиться диаграммы направленности с минимальным соотношением E180/E0. Снять (сохранить) диаграмму.
Подключения директора и изменение его параметров происходит аналогично настройке рефлектора.
По окончании выполнения лабораторной работы на экран выводиться окно с отчетом о проделанной работе (рис. 5.13), где указаны все измеренные и настроенные параметры, диаграммы, а также сделаны выводы.
Рис. 5.13 Отчет лабораторной работы
5.9Лабораторная работа № 2 “Изучение селективного вольтметра”
Селективный вольтметр. Краткая теория
С помощью селективных вольтметров можно выполнять следующие операции:
72
измерять абсолютные значения и отношения уровней периодических сигналов;
исследовать наводки в цепях и ослабления электромагнитных полей экранами;
исследовать распределение спектра периодических сигналов по частоте;
используя калиброванные антенны, измерять напряженность поля;
контролировать сигналы радиостанций;
измерять искажения сигналов в трактах радиоаппаратуры.
Селективные вольтметры строят по схеме супергетеродинного приемника с одно- (рис. 5.14) и многократным преобразованием частоты. Входное устройство может состоять из усилителя и аттенюатора, нормирующих чувствительность прибора, а также фильтра, защищающего вход прибора от компонент сигнала, лежащих за пределами рабочего диапазона частот. Сигнал после прохождения входного устройства поступает на преобразователь частоты, где с помощью гетеродина осуществляется перенос частоты входного сигнала на частоту настройки фильтра УПЧ. В селективном УПЧ осуществляется фильтрация компонент сигнала полосовым фильтром и его детектирование. С выхода УПЧ продетектированный сигнал поступает на усилитель и индикаторный прибор (ИП).
Рис. 5.14 Блок-схема селективного микровольтметра
73
Установка частоты
Для этого предусмотрен регулятор для грубой настройки и регулятор для точной настройки. При вращении их направо указанная частота возрастает. При грубой настройке упор отсутствует. Нижний предел частоты достигнут, если отключается индикация частоты. Верхний предел частоты составляет 30 МГц. Выше 30 МГц не гарантируются технические параметры.
Установка на сигнал неизвестной частоты
При наблюдении за индикаторным прибором Оценить предел измерения и установка. Выбрать ширину поло-
сы пропускания 9 кГц. Проводить настройку "грубым" регулятором по реакции стрелки. Переключить ширину полосы пропускания на 200 Гц и "точным" регулятором установить точно на максимум.
При частоте принимаемого сигнала < 50 кГц использовать для поиска ширину полосы пропускания 1,7 кГц. При виде индикации "QP 1" принять во внимание, что независимо от положения переключателя ширины полосы пропускания, в любом случае ширина полосы пропускания составляет 200 Гц; при "QP 2": ширина полосы пропускания 9 кГц.
При наблюдении за показанием настройки Ширина полосы пропускания и вид показания выбрать как
угодно. Оценить предел измерения и установить. С помощью регулятора грубой настройки установить на реакцию регулятора грубой настройки. Реакция начинается уже примерно при 30 дБ ниже полного отклонения индикаторного прибора. Когда засветится одна полоса индикации настройки, дрейф частоты составляет < 1 кГц.
Точная настройка достигнута, когда полосовая индикация мигает или меняется скачкообразно.
Индикация на левой стороне означает: приемник установлен на слишком низкую частоту.
Индикация на правой стороне означает: повернуть "точный" регулятор налево.
74
При недостаточно большом отношении сигнал/шум, а также при частотах принимаемого сигнала < 50 кГц, работоспособность индикации настройки ограничена.
Измерение синусоидальных напряжений
Для этого предусмотрены следующие виды показания:
"AV I" для измерений с как можно большим отношением сигнал/шум
"AV II" для измерений с наименьшим коэффициентом собственных нелинейных искажений
"AVlog" для измерений с расширенным пределом измерения
(40 дБ) с пониженной точностью.
При этих видах показания имеет место показание средней величины сигнала. Виды показания "AV I" и "AV II" имеют самую высокую точность по сравнению со всеми остальными видами измерения.
После калибровки напряжения, показание индикаторного прибора переключается с помощью переключателя предела измерения, на диапазон индикации от 0 до 10 дБ индикаторного прибора. Измеренное значение представляет сумму показаний предела измерения и показания индикаторного прибора. Высшая точность отсчета имеется в пределах индикаторного прибора от +5 до +10 дБ.
Измерение напряжений помех видами индикации "QP 1" и "QP 2"
Эти виды индикации предусмотрены для взвешенного измерения импульсных напряжений помех правилам техники измерения радиопомех.
"QP 1" действительно для диапазона приема от 10 до 150 кГц, а "QP 2" для диапазона приема от 150 кГц до 30 МГц. Независимо от положения выключателя селекции высокой час-
тоты и переключателя ширины полосы пропускания всегда работает предварительная селекция приемника. Ширина полосы пропускания 200 Гц жестко связана с "QP 1"; 9 кГц жестко связана с "QP 2". Измеренное значение есть сумма показания предела измерений и показания индикаторного прибора. При низких импульсных частотах максимум отклонения стрелки есть измеренное значение.
75
При измерении напряжений помех с неизвестной частотой следования импульсов и с частотой следования < 10 Гц, необходимо нажать кнопочный выключатель "EXC 10 дБ".
В этом положении кнопочного выключателя, приемник имеет максимальную устойчивость от перегрузок.
При измерении синусоидальных и импульсных напряжений с частотой следования > 10 Гц, можно отпустить кнопку. В этом случае обусловленная собственным шумом погрешность измерения, будет меньшее.
Методика измерений
1.Ознакомьтесь с принципом работы селективного микровольтметра. Особое внимание обратить на следующие режимы работы прибора: QPI, QPII, AVI, AVII.
2.Установить антенну (до 30 МГц). Выполнить точную настройку прибора на произвольную радиостанцию (см. техническое описание прибора).
3.Определить напряжение сигнала по формуле
K
US U0 10 20,
где U0 = 1 мкВ.
4.Вычислить отношение сигнал–шум
Rsn 20lg(Us ) ,
Un
где Un — напряжение шума, которое определяется как
Un Un s Us ,
где Us n — напряжение сигнал с шумом.
5. Рассчитать ширину спектра как разность верхних и нижних пределов частот.
76
f fВ fН .
6.Выполнить измерения 3 – 5 не менее чем для трех частот.
7.Смените антенну (до 3 МГц) и повторите измерения 3 – 6.
8.Определите погрешность для всех полученных величин.
5.10Контрольные вопросы к разделу 5
1.Общие свойства и назначение антенн.
2.Основные характеристики и параметры антенных систем.
3.Симметричные вибраторы. Направленное действие системы вибраторов. Питание вибраторных антенн.
4.Логопериодические антенны. Синфазные антенные решетки.
5.Антенны типа “волновой канал” (директорные антенны).
6.Антенны поверхностных волн (диэлектрические антенны).
7.Волноводные и рупорные излучатели.
8.Антенны с параболическими зеркалами (рефлекторные антен-
ны).
9.Сигналы и их спектры. Характеристики спектра радиосигнала.
10.Понятие ширины спектра.
11.Модуляция. Сигналы с амплитудной и частотной модуляцией.
12.Селективное измерение напряжения. Методика измерения ха-
рактеристик и параметров антенн в данной секции. 13.Блок-схема селективного микровольтметра.
77
Литература
1.Антонец И.В. Физика волновых процессов и явлений. Часть 1. Сыктывкар: РИО СыктГУ, 2008. 104 с.
2.Антонец И.В. Физика волновых процессов и явлений. Часть 2. Сыктывкар: РИО СыктГУ, 2009. 85 с.
3.Антонец И.В., Буханцов В.А., Котов Л.Н. Радиоэлектроника. Сборник лабораторных работ. Часть вторая. Сыктывкар: Гео-
принт, 2002. 52 с.
4.Айзенберг Г.З., Антенны УКВ. Т.1 М.: Наука, 1977.
5.Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Сов. радио, 1974. 248 с.
6.Белоцерковский Г.Б. Антенны. М: Оборониздат, 1956. 496 с.
7.Большая Советская энциклопедия http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Ферромагнетизм/.
8.Вальднер О.А., Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. Учебная лаборатория. М.: Атомиздат, 1974. 232 с.
9.Вольман В.Н., Пименов Ю.В., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. М.: Радио и связь, 2002.
10.Гершензон Е. М., Малов Н. Н. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. М.: Просвещение, 1980. 223 с.
11.Голдин Б.А., Котов Л.Н., Зарембо Л.К., Карпачев С.Н. Спинфононные взаимодействия в кристаллах (ферритах). Л.: Наука, 1991. 152с.
12.Гололобов Д.В., Кирильчук В.Б. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства Ч.2. Фидерные устройства.
Мн.: БГУИР, 2005.
13.Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. М.: Советское радио, 1974. С. 122-141.
14.Жеребцов И.П. Введение в технику дециметровых и сантиметровых волн. М., Л.: Энергия, 1964. 144с.
15.Завьялов А.С. Исследование симметричного вибратора и директорной антенны // Методические указания к лабораторному практикуму. Томск: Изд-во ТГУ, 1981.
16.Завьялов А.С. Основы измерений на сверхвысоких частотах.
Томск: Изд-во ТГУ, 1981. С. 120-134.
78
17.Измерения в электронике. Справочник. // Под ред. Кузнецова В.А. М.: Энергоатомиздат, 1987. 512 с.
18.Исследования цилиндрического резонатора // Методические указания к лабораторным работам. Мн.: БГУИР, 2005. 68 с.
19.Каликинский И.И. Курс электродинамики // Учебное пособие. Часть 1. Астрахань: Издательство АГПИ, 1998.
20.Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. М.:
Наука, 1966.
21.Курушин А.И., Гусаров В.М. Специальный физический практикум по сверхвысоким частотам. Пермь, 1974.
22.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Краткий курс теоретической физи-
ки, Т. 1,2. М.: Наука, 1972.
23.Лебедев И. Техника и приборы СВЧ. М: Наука, 1961.
24.Ротхаммель К. Антенны. М.: Энергия, 1979. 320 с
25.Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. М.:Наука, 1982 г. 496 с.
26.Сазонов Д.М. Антенны. М.: Высшая школа, 1989.
27.Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.3. Электричество. М.:Наука, Физматлит., 1996
28.Справочник по электротехническим материалам. Т. 3 // Под ред. Корицкого Ю.В. и др. Л.: Энергоатомиздат, 1988.
29.Тишер Ф. Техника измерений на СВЧ // М.: Государственное издательство физ.-мат. лит-ры, 1963.
30.Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1978.
31.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. Т.6. М.: Мир, 1966 г. 160 с.
32.Шабунин С.Н., Соловьянова И.П. Волноводы и объемные резонаторы // Методические указания по курсу “Электродинамика и распространение радиоволн”. Екатеринбург, 1998. 32 с.
33.Ширман Я.Д. Радиоволноводы и объемные резонаторы. – М.: Связьиздат, 1959.
34.Электродинамика и распространение радиоволн // http://www.studfiles.ru/dir/cat15/subj158.html
35.Юрцев О.А., Кирильчук В.Б., Кухарев А.В. и др. Антенны // Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Антенны и устройства СВЧ». Мн.: БГУИР, 2003. 68 с.
79
36.Юрцев О.А. Антенны и устройства СВЧ // Методическое пособие. В 3 ч. Ч. 1: Элементы общей теории антенн. Мн.:
БГУИР, 1997.
37.Юрцев О.А. Антенны и устройства СВЧ. В 3 ч. Ч. 3: Антенны бегущей волны, антенные решетки, антенны коротких, средних и длинных волн. Мн.: БГУИР, 2001.
80