Учебное пособие к практическим занятиям по антеннам и устройствам СВЧ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕШ4АЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА АВИАЦИОННЫЙ КИСТИ'ГУ'Г имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ отсканировал: Кулагин Артем еяюОЗ.сооЬупхо Утверждено на еаседанни редсовета Ж июня 1977 Г, ...только до 11 стр. (работа 15) Под редакцией канд. техн. наук доц. А.В. ВИТКО Для дневной и вечерней форм обучения УДК: 621.З96.678.029.64+621.372.862,2 (076.6) Составили: В.Г„Воропаева, А.Ю.

Гринев, Д.И. Пономарев, В.В. Попсе В учебное пособие к. практическим заннтинм по антеннам и устройствам СВЧ включены опнсанка работ по двум антеннам СВЧ н коммутапиоккому фазовращателю. Описании лабораторных работ составлены: работа И» 16- В.Г, Воропаевой, работа Ж 16 - А,Ю. Грнневым, работа Ж 17- Д,И. Пономаревым и В,В, Поповым. © Хосковскнй авиационный институт, 1973 г. Зав. редакцией Я.И. Кузнецова 621.396,6(076) У912 Работа 1е 16.

ИССПБДОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСкой СПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ 1. Изучекие прккпипа работы спиральной цилиндрической актекны и получение навыков ее расчета. 2, Теоретическое и эксперимектапькое исследование диаграммы направленности к полкризапкоккой характеристики спиралькой антенны.

3. Экспериментальное определение вликиик диаметра и числа витков спирали на ее диаграмму направленности. Тео ти ск по готов а к от Йлн выполнения работы необходимо изучить материал по теории спиральных антенн, кмеюшийса в лекдинх по курсу Актенко-фкдерные устройства, а также в учебниках ~1, гл. ХУ, с. 309-311; 317-322~ илк ~2» гл. 1» с. 28-30 и гл.9, с. 171-180~. Расчетное задание к расчетные формулы Во времк подготовки к лабораторной работе каждый студент должен рассчитать рнд основных параметров цилиндрической спиралькой антенны: диаграмму направленности, коэффициент направленного действии'к вхадкое сопротивление', Йиаграмма каправленкости спиралькой актенкы рассчитываетск в режиме о~а~ого излучении длк зад~~~ой средней дликы волны рабочего диапазона 4~ » заданных размеров спирали и числа витков й .

Йлика витка спирали 8 (рис, 1) примерно равна средкей волоке диапазона А~р » угол подъе-. ма провода спирали а~ 7 . Диаметр спкралк Ю , ее шаг«'.» и длина витка 8 свкзаны сооткошенккми Все необходимые для расчетов величины приведены в таблице отдельно длн нескольких бригад студентов в зависимости от выполняемого ими варианта лабораторной работы„, Число витков спирали для всех вариантов равно семи. Диаграмма направлен- Х ности антенны (ДН ) вы- Й числнется в аиде пронзвепения диаграммы направ пенности одиночного витка 4 ФЪ Р,~8~ на множитель решетки антенны Г ('Ю~ йЪ УФ гтд~=г~д3 к„(Ю, (я) где д - угол, отсчитываемый от оси спирали, Рис.

1, Цилиндрическая спн- Как показывают расчеты ральнар антенна. и экспериментальные дана - конструктивная схема ан- пые, диаграмма направлен- но ' О ви от ч „ла, ший н ~,„„' . ется в горизонтальной к 3- коаксиальный фидер; 4- реф- вертикальной плоскостях, лектоР в виде диска; б -Раз - Но и н вертка витка спирали числе витков (м > о) в пре- делах главного лепестка с достаточной длн практических расчетов то~~иост ю ь диаграмму направленности одного витка можно приближенно аппроксимировать Функцией М ножитель решетки, как известно, оцределяетсн выражением 1 де у = — 8 саюд га Л вЂ” сдвиг фаз между полями смежных излучателей; - сдвиг Фаз между токами смежных витков.

Величина замедлении электромагнитной волны в спирали ф' в рабочем диапазоне волн обычно меняется в прщелах 1,1-1,4. Йпя средней длины волны ~ 1,23 и ДН спиральной антенны в этом случае может быть рассчитана по фор- ° г Ф Г л"5»а / 3х'т ~ — ~1 23 — - сиз д д~(~» Р~ф~саю д (6) Г я'5' Ы ~ — ~г »З- -жг У)~ д» Я о При расчете ДН углу 8 дают значения от 0 до 90 через 16 . По полученным расчетным данным в полярной сио стеме координат в пределах +90 строит ДН по мощности, т.е.

Р'~(У), и определяют ширину главного лепестка иа уровне О,В Р Для этой же спиральной антенны необходимо рассчитать следующие параметры, которые также опрзделапотся для сред.- ней волны диапазона; а) ширину ЦН по половинной мощности, выраженную в градусах га' = а„т Р у ~ (7) б) коэффициент направленного действия антенны в направлении максимума излучения Я = Ю~ (8 о 1,Д, в) входное сопротивление антенны Важным параметром спиральной антенны является коэффициент равномерности эллиптической поляризации (коэффициент эллиптичности), который определяется отношением малой оси поляризациониого эллипса к большой 12). В лабораторной работе исследуется поляризационная характеристика цилиндрической спиральной антенны. При совпадении направления оси приемного вибратора с направлениями осей эллипса поляризации амплитуды наведенных в нем э.д.с.

пропорциональны полуосям эплигса. Зная поляризациоииую характеристику, можно определить коэффициент равномерности эллиптической поляризации Л, = — т (10) Я ~С где ~~ и Е~ - амплитуды наведенных ЗЙС, совпадающих с малой и большой осями эллипса. Цилиндрическая спиральная антенна в режиме осевого излучения в направлении оси спирали имеет поляризацию, близкую к круговой, а в других направлениях поляризация поля получается эллиптической. Экспе иментальная часть Описание лабораторной установки Общий вид лабораторной установки представлен на рис.2. Спиральная антенна 1 работает и режиме приема. Высокочастотные колебания от генератора 2 подводятся по коаксиальному кабелю 3 к передающей антенне в виде симметричного вибратора 4 с рефлектором — лимбом б. Йля сняткя попяризапиониых характеристик этот вибратор с рафлекторомлимбом поворачивааотся в корпусе 6 вокруг горизонтальной оси в пределах 360 .

Угол поворота вибратора отмечается по шкале 7. В составе передающей антенны имеется также сц;:метрирую.иее устройство в виде четвертьволнового стакана, 8 Рис. 2. Схематический вкд лабораторной установки; 1 - исследуемая спиральная антенна; 2- диапазоипый генератор СВЧ; 3,11 - коаксиальные кабели; 4 - передающий симметричный вибратор; 3- рефлектор-лимб; 6- корпус передающей антенны; 7- шкала; 8- согласующий трансформатор; 9 - рефлектор; 10 - детекторная секция; 12 - измерительный усилитель; 13 - головка со шкалой; 14 — стойка Приемная спиральная антенна через согласующий трансформатор 8, на корпусе которого укреплен рефлектор в виде диска 9, присоединяется к детекторной секции 10.

Принятый сигнал после детектирования подается через коаксиальиый кабель 11 на вход усилителя 28-ИМ 12, имеющего стрелочный прибор. Вследствие нелинейной характеристики детектора показании прибора усилителя пропорциональны квадрату напряженности измеряемого поля, Для удобства монтажа и демонтажа спираль ввинчивается во внутреннюю втулку коак— скального трансформатора, Корпус трансформатора вместе со спиралью и рефлектором закреплен в головке со шкалой 13, которая свободно врашается в горизонтальной плоскости в о пределах ЗОО в стойке 14, укрепленной на полу на расстоя'нии 2 м от передаю пей антенны, При снятии диаграммы направленности угол поворота спиральной антенны отмечается по шкале на головке, ее положение может фиксироваться стопорным виит4м стойки.

При выполнении лабораторной работы исследуется три цилиндрические спиральные антенны, работающие на прием (№ 1,2 3). Цомера спиралей отмечены у их основания соответствую((кими цифрами. Спираль % 1 работает в режиме осевого и а и исследуетсн в диапазоне на трех фиксированных дли- н1 Я и Я, ДЛи этой спирали прО нах волн: ий»„» ер макс' водится теоретический расчет параметров, а размеры ее приведены в таблице. Спираль № 2 имеет тот же еееаг и диаметр, что и спираль Ж 1, но число витков уменьшено до трех. У спирали № 3 сохраннетсн шаг. и число витков спирали № 1, ио резко уменьшен диаметр ( .Р" 3 см), поэтому спираль Ж 3 уже не работает в режиме осевого приема и диаграмма направленности ее имеет многолепестковый характер, так ках длина всей спирали получаетсн около 2 Я Рис. 3. Элехтричесхан схема лабораторной установки: 1 — измерительный усилитель; 2,4,9,11 - высокочастотные разьемы; 3,10 —, гнб.кие коах- ' снальные кабели; о- детекторная секции; 6 - согласующий трансформатор; 7 - спиральная антенна; 8 — симметричный вибратор с согласуюеднм устройством и рефлектором; 12 — генератор СВЧ Спираль № 2 и № 3 исследуеотсн только на средней волне диапазона.

Экспериментальная схема лабораторной установки, которая приводится в отчете, показана на рис. 3, Порядок выполнения эксперимента В начале занятий каждой бригаде студентов необходимо с разрешения преподаватели или лаборанта включить приборы у становки длн нх предварительного прогрева перед началом эксперимента. 1. Снять иаг амм нап авленности спи ад ной нт % 1 на с е ией во не за анного иапазона. Генератор настраивают на среднюю волну диапазона Я.ед .

Спираль № 1 ввинчивают в трансформатор, и антенну устанавливают в положение, соответствую!нее направлению оси спирали на центр передающего вибратора. 1!осле этого прибор 28-ИМ подготавливаеот к камере!!ням, для чего его усиление регулируют таким образом, чтобы стрелка прибора показывала 90-95 делений, а также проверяют установку стрелки на нулевое деление (например, путем отсоединения от входной розетки усилители вилки кабеля). о Диаграмму направленности снимают через каждые 10 и О пределах от -90 до 90 (вторую полови!(у диаграммы направ- ЛЕННОСТИ ВСЛЕДСТВИЕ ЕЕ СИММЕТРИИ МОЖНО НЕ СНИМатЬ) ДРИ неизменном усилении прибора 28-ИМ.

Снятая диаграмма гггеправленности является диаграммой "по мощности вследствие квадратичности детектора. Экспериментальную диаграмму иа(грйы!а!(ности нОрмируют и изображают на том жо рисунхей что и теоретическую. ОГ(ределяют ширину главного лепестка лиг!! раммы на уро(!Не 0,5 Р и сравнивают со зпГ(чениямакс ми, получениг.(ми прн теоретическом рас и те, 2, Г;ге((ть поГея~еезв(!ног(г(у~~ к(грвкте9истг(ку антенны 3ч" 1 нл «йййией волне лигнезоив. »(лн етого «Гнирвльн»ю нит; нпи уСТсйпаВЛИВНЮТ В ПОЛОг(ГЕНИЕ» СООТВЕТСТЕгуг»г!1(Е»8 КСХОДНОМу НГгЕ!О КГзг(нгн, Ей П 1 1~СВГгрй!«Ейгнайг Г(Г «гггдаЮ((~и!Г Внбри !ер ВГни«йу!.

ГГ»р((зОнтахге»НО»т Осн от О ДО 300 (уеГазптелнгм у!*па п(йгъГйгггОтз слу«кнт 1(гкт(.(1! 7 нн рофлектг ре — лимбе 5 (см. рис, 2), ЭГ(- ,'. о 1!!1:"1,1;ьс(Ю",' (ЕГ~К«(З:;гй!И'г 1(Р(!6ОР«1 ~ СИЛН Т(»»т!Ч ЧГ.'гн'.З Каж(1«ю( н д(..( 1»1>- ВО(!ОТ П, 1(Г! !(пг!у'(ь»1(И Ы М дг(и«(Ы М г! Е(ОЛтгй«Ы.'Ьг К КОП(~Г; К(! НТНХ С."!рпй( Г (!гтг! я (~!1 ° !»(нр(о111(у 8 3 й ((~|.йн т»с .лис ! пну 1' ОГ111 ~» ' те»1 з(11 г пГ (! к (к— Нйк ,/ Л~г К ~'у„) = 1, — -------- где У вЂ” п«»кггзнкнн 1(Р(!б(ЯРп нз "1"'Р!', тГю(гьего('о Ус ил ктелн, н раСС ~ИТЬ(ВЕ(ЮТ КГ»+(Гтг!ЕИ«йг(Т Г»ЛЛК(гтй( 1«ЕОСТК ЛН»ТС(1111»! ПГ! ферюуле (10) .

«нн|ь йн3г! ннн ь ..Го!иле»ности «'«»ринси ~и 2 н» 3 Н~ С«ЮЛНЕй ВОЛНЕ «Иелеик Н». ГН тоси»Н Слитии Лилтр: Ми НВ- прввленкостн слнрвли НН й н гй 3 такая не, кв» в л. ! итого раздел(!; после нормирования результатов обе кривые стро— ят иа отдельном рисунке. синенькой илн юииинельной лине волин зв внного йиллвзонв (ло соглвсоввнию с ~~~ело!и»нетели .Е, Ген ритор нлстрви~ лют нв юии ювньную (нв» .им нльнгюг длину ВОЛНЫ Зйгд«н(Е((ОГО днйГ!«!ЗОНН И С,НИМйЮТ д(йаГрйМЕ-(у Ка ПраВЛЕННОСТИ СПИраЛИ Хо 1. МЕтадИКИ Г!рОВЕдЕНЬ "( ЭКСПЕ(гИМЕН- .