P6 (Исследование параметров СВЧ-устройств)

МИНИ'Л ЕРСТВО ВЫСШЕГО И СР1:ДИЕГО СГ1ЕП!!.суПЫ!ОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР МОСКОВСКИР1 ОРЦЕНА ЛЕг!РП1А АВИАПИОНПЫЙ ИНСТИТУТ имс ни С Е~ ГО ОРПЖОНИКИСсЗЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ К ПРьКТИ ЧЕСК ИМ 3 А !!Я 7 ИЯМ ~ О АНТЕННАМ И УСТРОЙСТВАМ СВЧ Под редакцией канд. техн. наук доц. А.В. ВИТКО л1ия дневной и вечерней форм обучения Утверждено на заседании редоовета 28 июын 1877 г. МОСКВА — 1078 УЛК: 621.396.678.029.64+621.372.862.2 (076.6) Составили. В.Г. Воропаева> А.Ю. Гринев, Л.И.

Пономарев, В.В. Попов В учебное пособие к практическим занитинм по антеннам и устройствам СВЧ включены описании работ по двум антеннам СВЧ и коммутационному фазоврашателю. Описании лабораторных работ составлены: работа Мю 16- В.Г, Воропаевой, работа Ы Гб - А.Ю. Гриневым, работа И 17- Л.И. Пономаревым и В.В.

Поповым. © Московский авиационный институт, 1978 г. Зав. редакцией М.И. Кузнецова 621,396. 6(075) У912 Работа М 13. ИССЛЕЙОВАНИЕ ЙИЛИНЙРИЧЕСКОИ СПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ ель аботы 1. Изучение принципа работы спиральной цилиндрической антенны и получение навыков ее расчета. 2. Теоретическое и экспериментальное исследование диаграммы направленности и поляризационной характеристики спиральной антенны. 3. Экспериментальное определение влияния диаметра и числе витков спирали на ее диаграмму направленности. Тес тическая по готовка к аботе Йля выполнения работы необходимо изучить материал по теории спиральных антенн, имеюшийся в лекциях по курсу 'Антенно-фидерные устройства', а также в учебниках ~1, гл, ХУ, с.

309-311; 317-322) нли [2, гл. 1, с. 28 30 и гл.9, с. 171-180~. Расчетное задание и расчетные формулы Во время подготовки к лабораторной работе каждый студент должен рассчитать ряд основных параметров дилиндрической спиральной антенны: диаграмму направленности, коэффициент направленного действия и входное сопротивление. Йиаграмма направленности спиральной антенны рассчитывается в режиме осевого излучении для заданной средней длины волны рабочего диапазона 1~р, заданных размеров спирали и числа витков л . Йлина витка спирали 1 (рис.

1) примерно равна средней волане диапазона Лсд , угол подъеыа провода спирали ж 7 , Йиаметр спирали Ю , ее шаг,3' и длина витка 1 связаны соотношениями г и Все необходимые для расчетов велич шы приведены в таблице отдельно для нескольких бригад студентов в зависимости от выполняемого ими варианта лабораторной работы.

Число витков спирали для всех вариантов равно семи. йиаграмма направлен- )2 ности антенны (Й!1 ) вычисляется в виде пооизвелепин диаграммы направ— 1 пенности одиночного витка 4 Г (О;) на множитель решет-) ки антенны Г (Ю) Г(В) = Г, ( д) Г„(й, (2) где 6 — у гол, отсчит ыва емый от оси спирали. Кок показывают расчсты и экспериментальные пан— пые, п.,аграмма направленно~ ~ п,д' ~ о вятка отлпчо- Рис. 1. Ыилиндонческая спиральная антенна; а - конструктивная схема антечньн 1 -пилиндрическая спираль; 2- согласующий т рансформат ор, о,;я н го пзонтальп~ (3) -г ( о,) = со5 Ю, Множитель решетки, как известно, определяется выраже- нием ж 'т' аул Г Гоl = 2 1д ' хуж 2 (4) где 3- коаксиальный фиде,, 4 - роф- во ртпкальпой пл;, к ,,ях, лектор в виде писка; б - раз — Но прп достаточно б:льш ~м вертка витка спирали числе витков ( Й ь о) В пр'- долах главного лепестка с достаточной для практических расчетов то ностью диаграмму направленности одного витка можно приближенно аппроксимировать функцией у = — 3 саус7 2л ! Я сдвиг фаз между полями смежных излучателей; Ч~г= д — сдвиг фаз между токами смежных витков.

Табл ипа Величина замедления эпектромагнитной волны в спирали в рабочем диапазоне волн обычно меняется в прщелах 1,1-1,4. Для средней длины водны ~ ~ 1,23 и ДН спираль— ной антенны в этом случае может быть рассчитана по фор- муле Гя5 г г луж ~ — ~у 23 — - сон д)~ ~Л ~ 3 Р (9) = гон д ж г~ъ~ — (1,23 — — соя 8 )~ ГАЗ Е г о При расчете ДН углу д дают значения от 0 до 80 чео рез 18 . По полученным расчетным данным в полярной сио стеме координат в пределах +ВО строят ДН по мощности, т.е. г (9), и определяют ширину главного лепестка на и уровне 0,5 Р макс Для этой же спиральной антенны необходимо рассчитать следующие параметры, которые также определиются для средней волны диапазона: а) ширину ДН по половинной мощности, выраженную в градусах р я 32 гв'- ~1~ ГаУ' 17) ') Л б) коэффициент направленного действия антенны в пав правлении максимума излучения Ю -/Х® Ф.Х (8) в) входное сопротивление антенны Р 140 — Ом.

г ях Д (8) Важным параметром спиральной антенны является коэффициент равномерности эллипти 'еской и ляризацип (коэффи циепт эллипт~ чности), который определяе-ся отношением малой оси поляризационного эллипса к большой ~2). В лабораторной работе исследуется поляризационная характеристика цилиндрической спиральной антенны. Ври совпадении направления оси приемного в ~братора с направлениями осей эллипса поляризации амплитуды наведенных в нем э.д.с.

пропо. циональны полуосям эллипса. Зная почяризацио ную ха1 актеристику, можно опредети~ь коэффициеят равнолн рвов ти эллиптической поляризации (10) ~а где '~ и Š— амплитуды наведенных ЭйС, совпадаюших с ьвлой и большой осими эллипса. В млч.п ричсская спиральная антон а в 1ежиме осевого пзлуч; ниг в направлении оси спираль имеет поляризацию, б~:экую к круговой, а в других нап овл лиях поляризация поля получается эллиптической.

Экспе иментальная чость Описание лабораторной установки Общий вид лабораторной установки пр дставчен на рис.2. Спиральння антенна 1 работает в режиме приема. Высокочастотные колебания от генератора 2 подводятся по коак- ~ а,п лому кабелю 3 к передающей антенне в виде симметричогг впбратора 4 с рефлектором — лпмбом 5. )1ля снятия почярг з алисиных характеристик этот вибратор с рефлектором— ~~мб~м поворачивается в корпусе 6 вокруг горизонтальной , о ° сг в пределах 300 . Угол поворота вибратора отмечается ч шкале 7. В оставе передаю,цгй анте шы имеется также .метни„у.

~ее у~ троь~тво в виде четвертььолпового ста! Рис. 2. Схематический вид лаборато1л ой установки: 1 — исследуемая спиральная антенна; 2 — дцапазоьсып г пг ратор СВЧ, 3,11 — коаксиальные кабели, 4 - п р~дзю,н~й симметричный вибратор; 8 — рефлектор-лимб, — корчу вреднющей антенны; 7 — шкала; 8 — согласуюшии тр. нсформатор; Π— рефлектор; 10 — детекторная секция; 12 — нзм рительный усилитель; 13 - головка со шкалой, 14 — сточка Приемная спиральная антенне через со~лас1к лнй тран:— форматор 8, на корпусе которого укреплен рефлек-~ р в виде диска О, присоединяется к детекторной секции !О Принятый сигнал после детектирования подается через колк, пьтьпый кабель 11 иа вход усилителя 28-ИМ 12, имеюше~ о: тряпочный прибор. Вследствие нелинейной карактерп тики ц~ текгора показания прибора усилителя пропорциональны квадрату пав пряженности измеряемого поля, Для удобства мои~ ажа и ца" монтажа спираль ввинчивается во внутреннюю втулку коек онального трансформатора.

Корпус трансформ тора в; е ге со спиралью и рефлектором закреплен в головке, о шкало. ~3, которая свободно вращается в горизонтальной плоскости в о пределах 360 в стойке 14, укрепленной на полу на расстоянии 2 м от передаю.ней антенны. При снятии дцагр пожги направленности угол поворота спиральной антенны отмечает~ я по шкале на головке, ее положение монет фпксп,юп юься топорным винтдм стойки. 11ри выпглненип лабораторнои оаботы иг:лену.тс ~ зр, ццлю дрнчесл. «-пн,мльные анте ыы, рзо»т иг (№ 1,2,3).

Номера спиралей отмечены у их основания соответствующими цифрами. Спирель № 1 работает в режиме осевого приема и исследуется в дивпазоне нв трех фиксированных дпинвх волн: Л л , Лсд и Л . Йля этой спирели прожил ' сд макс водится теоретический рвсчет параметров, а размеры ее приведены в таблице. Спираль № 2 имеет тот же шаг и диаметр, что и спираль № 1, но число витков уменьшено до трех. У спирели Х 3 сохреняетса швг и число витков спирали № 1, но резко уменьшен дивметр ( .Р 3 см), поэтому спираль № 3 уже не работает в режиме осевого приема и диаграмма нвправленности ее имеет многолепестковый характер, так как длина всей спирвли получается около 2 Л Рис. 3.

Электрическая схеме лабораторной установки: 1 — измерительный усилитель; 2,4,8,11 — высокочастотные разъемы; 3,10 — гибкие коаксиальные небели; 5 - детекторная секция; 8 — соглвсуюший трансформатор; 7 — спиральнвя антенне; 8 — симметричный вибратор с соглвсуюшим устройством и рефлектором; 12 — генератор СВЧ Спираль № 2 и № 3 исследуются только не средней волне диапазона. Экспериментальная схема лабораторной уствновки, которая приводится в отчете, показана на рис.

3. Пооядок выполнения эксперимента В начвле занятий каждой бригепе студентов необходимо с разрешения преподавателя или лаборанта включить приборы установки длн их предварительного прогрева перед началом эксперименте, 1. Снять диаг вмм нап авленности спи ельней антенны № 1 нв с е ней волне заданного диепвзона Генератор нвстраиввют нв среднюю волну дивпазона Лср . Спираль 1. 1 ввинчивают в трансформатор, и антенну устанавливают в положение, соответствующее направлению оси спирали не центр ежыий ° - - ° '~ - ° -й ь уствнавливают в положение, соответствующее исходному положению в п.

1, Поворвчивая передающий вибратор вокруг горизонтапьиой оси от 0 до 360 (указателем угла поворота спужит шкала 7 на рефлекторе - лимбе б (см. рис, 2), за' о писывают показвния прибора усилителя через каждые 30 поворота. По полученным данным в полярных координатах строят поляризапионную хврактеристику в относительных величи- нах Е('у) где,/ - показвния прибора измерительного усилителя, и рассчитывают коэффициент эплиптичностн антенны по формуле (10).

3. Снять наг эммы нап авпенности спи алей № 2 и № 3 Методика снятия диэграмм на- № 3 такая же, как в п. 1 этого результатов обе коивые стро— на с е ней волне иэпазона. правленности спирали № 2 и раздела; после нормировэния ят на отдельном рисунке. 4. Сщ~ дрррд симальной или минимапьной вилен сти спи или № 1 на маклина водны за энного ивпвзона по согласованию с п еподвватепем Генератор настраивают нн минимальную (максимапьную) длину волны звдэнного диапазоне и снимают диагрвмму пав правлениости спирали № 1. Методики проведения эксперимен- передающего вибратора, 1!осле этого прибор 28-ИМ подготввливают к измерениям, для чего его усиление регулируют таким образом, чтобы стрелка прибора показывэпа 90-93 делений, а также проверяют уствновку стрелки на нулевое дедение (например, путем отсоединения от входной розетки усилителя вилки кабеля).