P2 (Исследование параметров СВЧ-устройств)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛН~ИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЫЖОЙ РЕВОЛЮЦИИ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДЕОНИКИДЗЕ АНТЕННЫ, ЗЛЕМЕНТЫ ФИДЕРНОГО ТРАКТА И ЗМС ИЗЛУЫМЩИЛ СИСТЕМ Учебное пособие Под редакцией Л.И. Пономарева Утверядено на заседении редсовета 15 октября 1990 г. Москва Издательство МАИ 1991 621.396.6 (075) А 72 УдК: 621.

396. 67+621. 396. 6: 621. 827) (075. 8) Авторы: А.В. Витю, А.В. Долгий, К.)". Климачев, Л.И. Пономарев Антенны, злементы фидерного тракта и ЭМС излучаылих систем: Учебное пособиеl А.В. Витко, А.В. Долгий, К.Г. Климачев, Л.И. Пономарев; Под ред. Л,И, Пономарева. — М.: Изд-во МАИ, 1991. -Х2 с.:кл Пособие содеркит описание двух лабораторных работ по исследование директорных антенн и согласумцего волноводного трансформатора (курс "Антенны и устройства СВЧ") и лабораторной работы по исследованию козффициента связи антенн (курс "ЭМС излучахмих систем' » Наряду с методиюй подготовки и выполнения работ приводятся необходимые теоретические сведения по изучаемым разделам. Предназначено для студентов радиотехнических специальностей вузов.

Рецензенты: И.В. Каплун, В.В. Чебнввв $ ~ 1 ~лаз з тззз-за~а-л ф Московский авиационный институт, 1991 ПРИЛИСЛОВИЕ В наотоямем поообии приводятоя описания двух новых лабораторных работ по курву "Антенны и уотройства СВЧ" (работы Ф 3, 4) и лабораторной работы Ф 22 по курву "ЗМС излучзмвих оистем". В работе Ф 3 иоолеяуыгся характеристики директорной антенны. Зта работа выполняетея как в виде моделирования на ЗВИ, так и зко- периментально. В результате студенты получали не толью навыки на- турного и электродинамичеокого ыоделирования, но и возмокнооть оравнения обоях подходов ю точнооти результатов, временным и материальньм затратаы.

В работе и 4 наследуются хараитериотики ыно- гоэлементного волноводного трансформатора. В работе Э 22 иэучавтоя теоретические и экспериментальные методы определения коэффициента связи разнесенных антенн и методов его уыеньмения в целях обеепечения электромагнитной оовмеотиыооти радиооиетем. В изидой иэ работ приводятоя необходимые теоретические введения. Поообие подготовлено коллективом авторов в еоотаве: А.В. Долгий (работа Ф 22), А.В. Витко (работы У 3, 4), К.Р. Климачев (работа Ф 3), Л.И, Пономарев (работа Ф 22). Работа й 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИРЕКТОРНОИ АНТИПЫ здФ явям "~ Р яй Р ~ й ны, получение навыков расчета токов в просте1елих антеннах этого типа с использованием ЭВМ на основе метода наведенных ЭДС либо с использованием известных данных по взаимному сопротивлению, творетическое и экспериментальное определение диаграммы направленности двухвибраторной антенны, численное и экспериментальное определение направленных свойств телевизионной приемной антенны.

По отсека к лабо то ой аботе При подготовке к лабораторной работе необходимо: изучить теоретический материал и проверить знания по контрольным вопросам, имеплиыся в конце описания лабораторной работы, либо по контрольным картам. Минимально необходимый для выполнения лабораторной работы материал по теории многовибраторных антенн излокен нике.

Аналогичнмй материал имеется в (11 и излагается в лекциях по курсу "Антенны и устройства СВЧ" 1.2, 3~; ознакомиться с принципами работы симметрирукщего устройства "1/-колено" ~1Д; внимательно ознакомиться с описанием лабораторной установки, предстоякими измерениями и требованиями к оформленип отчета. После этого необходимо подготовить будущий отчет с записьп этапов работы и необходимых пояснений; выполнить расчетное задание на ЭВМ ЕС-1045 1програымау.40АЕУ3, дисплейный класс ВЛ-4); при невозмокности использовать ЭВМ расчеты вь1полняются обычным путем только для тока в пассивном вибраторе и для относительного уровня в прямом и обратном направлениях.

При расчете на ЭВМ в отчет вносятся данные распечатки, при расчете без ЭВМ приводятся расчетные формулы, их промезуточнзя запись с. циФровыми данными и окончательные результаты. ткие све ения о тес ии екто ых антенн Директорная антенна представляет собой ряд вибраторных антенн, располокенных параллельно в одной плоскости 1рис. 3.1). Один из вибраторов возбукдается фидерной линией и является ахтивным, остальные — пассивными. Пассивный вибратор, располокенный позади активного, играет роль рефлектора, т.е. уменьшает интенсивность излучения в направлении "назад".

Остальные пассивные вибраторы располагаются впереди активного вибратора и играют роль директоров (усиливают поле излучения в направлении активный вибратор — директор). Для получения максимального КНД директорной антенны на заданной частоте длина вибраторов и расстояние мекду ними подбираются так, чтобы соотношения мекду амплитудами и фазами токов на вибраторах были такими ке, как если бы они воэбукдались бегущей волной тока с замедленной фаэовой скоростью 'ь11. Настройка директорной антенны оказывается весьма чувствительной к изменению частоты, поэтому антенна являестя узкополосной 1рабочая полоса частот составляет несколько процентов), Обычно при оптимальной настройке диреюгорнай антенны входное сопротивление активного вибратора оказывается в 3...4 раза нике собственного активного сопротивления уединенного вибратора, что существенно затрудняет его согласование с фидерной коаксиальной линией стандартного волнового сопротивления (75 Ом).

Поэтому в качестве активного вибратора директорной антенны обычно используют петлевой вибратор Пистелькорса 1рис 3.2), имеющий входное сопротивление в составе директорной антенны, близкое к величине 75 Ом. При фиксированных полокении и длине квкдого вибратора директорной антенны комплексные амплитуды токов, возбулдаемых в них, определяюгся методом наведенг юх йДС, согласно которому мокко записать следукщую систему уравнений: ( Дг "Р '' ~,м1л~ 1),, 2зг 1, + т л гл ' ~ «аи 1+ =~лУ; 13,1) где 1~- комплексная амплитуда тока на входе ~-го вибратора;Е„ собственное сопротивление и -го вибратора; ~ , — взаимное сопротивление мекду вибраторами с номерами и и к'; л — число вибраторов в директорной антенне. Система уравнений (3.1) соответствует случаю возбуждения второго вибратора директор ьэй антенны напряжением Сл (активный вибратор).

Согласно теории связанных вибраторных антенн (11 собственное сопротивление симметричного вибратора зависит от его геометрических размеров (длины плеч и толщины), а взаимное сопротивление— от расстояния мекку вибраторами и соотношения нк геометрических размеров. Рассмотрим два симметричных вибратора, представляющие собой цилиндрические металлические стержни радиусом ~2.

и длиной яу~, и Г ~„., располокенные в плоскости ~'Ря параллельно оси Е на расстоянии Ы один от другого (рис. 2.3). Предположим, что ак Л, а с~ >й. В этом случае распределение тока вдоль вибратора в первом прибликении имеет одну д' -ю составлялщую и подчиняется синусоидальному закону: (3.2) (З.З) ю 1н 32 «м ~щ Рис. 3.4 2~г ~' ='~. Х, ~ 1~ " ~ ил ул = у~ Сопротивления Е„ и с'. являются первого и второго вибраторов. Входное тора (3.4) собственными сопротявлениями сопротивление второго вибра- где 4=.О/д — волновое число. Система из двух вибраторов может быть представлена зквивалентным четырехполюсником, поскольку подключение источника возбуждения к входу одного вибратора вызывает появление тока и напряжения на 0у Уа 2» 32 входе второго; в рассматриваемой конструкции директорной антенны входы всех пассивных вибраторов закорочены.

В соответствии со сказанным электрическая схема четырехполюсника, отобрзжыщая свойства системы из двух вибраторов с закороченной первой клеммой парой, изображена на рис. 3.4. Записывая систему уравнений (3.1) дли случая двух вибраторов, получаем: Е~л А .г'- — — —,г' — .,г АХ гу 1 лл. г Из етого соотношения следует, что входное сопротивление первого вибратора, находяиегося рядом со вторым, отлячается от собственного на дополнительное сопротявление .8~~1~ /1л , которое называется внесенным или наведенным (со оторопи второго зибратора). Рмление системы уравнений (3.1) позволяет определить амплитуды тонов на зибраторах, а следовательно, и характеристики излучения диренторной антенны. При зтом величины собственных ( Е„, ) и взаимных ( Ечр, ) сопротивлений считаются известными. В соответствии с методом наведенных ЗДС (1) собственное сопротявление вибраторов определяется следующим образом: ~л~=- — г 1 4~„,Ж~л ~~~~ д где ~'Фу, (ехр~у~ к) ехр(у М~) вмр(~йй,) ~англ(д~ г д д;, 4 у„~,р '+ р ~~~~ ~л Ю,.~а х, Г,- 'а ° 7~-г ) К' 120 TОм - волновое сопротивление свободного пространства.

Взаимное сопротквление вибраторов рассчитывается по формуле ч Хр, '= „) ~..(Х)1л ФМИ (3.7) 4л п'о где ,/)г', ° (дахр(~Ь;'у ех~Ц~Д ех~(~'Иг) Для взаимных сред в силу теоремы взаимности (1) справэдливо следующее равенство ~~.о.. ~~, . Для расчета собственных н взаимных сопротивлений вибраторов по формулам (3.4), (ЗЛ) на ЗИМ используются алгоритмы численного интегрирования. о, вази оо ао яоо "о 0» юо о,, х,ч о во во оо оо ощ оо Ы А а Т -во -оо нв в в-.авво Рис. 3.7 Рис. 3.5 Рис.

3.6 оГ8 (3.8) вт Диаграмма направлвнностн (ДН) излучающей системы иэ Ф параллельных вибраторов разной длины, располоквнных вдоль осио При достаточно больюих расстояниях мвиду вибраторами (ов' > 3...5А) модуль взаимного сояротивления обратно пропорционален величине оь', а вго фаза изменязтся по закону овоу,7 „.,ф~. На рис. 3.5 показана зависимость активной Р„„и реактивной Х„ частвй себственного сопротивления вибратора от его длины. Изменение взаимного сопротивлвния вибраторов прадставлено на рис. 3.6 и 3.7, на пзрвом рисунка графики составляюювх этого сопротивления для полуволновых вибраторов в зависимости от расстояния мекду ними, а на втором — аналогичные графики для вибраторов разлилвой длины.