Исследование диэлектрических и рупорных антенн. Под ред. Н.А.Бея (2009), страница 2

При этом искомый коэффициент усиления рассчитывают по10формуле2R КСВН − 1.(18)λ0 КСВН + 1Точность определения коэффициента усиления антенны с использованием проводящего экрана зависит от согласования антенны с трактом без экрана, размера экрана Lэ , расстояния от него доантенны, проводимости материала экрана и точности установкиэкрана перпендикулярно оси антенны.Минимальное расстояние R1 от ФЦ антенны до экрана выбирают в зависимости от допустимой неравномерности фазовогораспределения поля ψ(х , у) по раскрыву исследуемой антенны,обусловленной сферичностью фронта волны, создаваемой второйантенной. Если считать допустимыми отклонения фазы не болееπ/8, то расстояние R можно определить из условияGизл = 4πR>22a2max,λ0(19)где amax — максимальный размер раскрыва рупора или диаметрэффективной площади диэлектрической стержневой антенны.Размеры экрана Lэ выбирают так, чтобы он перехватывал мощность, излучаемую антенной по крайней мере в пределах главноголепестка ее диаграммы направленности:Lэ > 2R1 tg θ0 ,(20)где θ0 — половина ширины главного лепестка по нулевому уровню.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИФункциональная схема лабораторной установки для экспериментального исследования характеристик слабонаправленных антенн приведена на рис.

4. Установка содержит генератор стандартных СВЧ сигналов, ферритовый вентиль, измерительную линию,согласующее устройство, исследуемые антенны (рупорную и диэлектрическую стержневую) и металлический экран, установленный на подставке, обеспечивающей возможность его перемещенияотносительно исследуемой антенны.11Рис.

4Ферритовый вентиль, устраняющий влияние рассогласованияволноводного тракта на работу генератора, соединен с его выходным прямоугольным волноводом плавным переходом. Амплитудномодулированный СВЧ сигнал, отбираемый зондом измерительнойлинии из волноводного тракта, детектируется СВЧ диодом и регистрируется милливольтметром. Исследуемые антенны поочередноподключают к волноводному тракту, и согласование каждой изних осуществляют волноводным трехштыревым трансформатором.

Согласование исследуемой антенны с трактом выполняют вотсутствие металлического экрана.РАСЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕДля каждой из исследуемых антенн рассчитать следующие характеристики:• ширину главного лепестка диаграммы направленности по нулевому уровню и на уровне половинной мощности 2θ0 ; 2θ0,5 ;• коэффициент направленного действия D0 ;• коэффициент полезного действия η;• коэффициент усиления антенны G0 ;• эффективную площадь антенны Sэф ;12• минимальное расстояние R1 , определяющее ближайшее положение экрана относительно исследуемой антенны при проведении измерений;• размер экрана Lэ .Для диэлектрической антенны принимают Pср = 1,1; tg δ = 10−3 ;k α = 0,305; 2Cmax = 19 мм; 2Cmin = 8 мм; εr = 2,56.Для рупорно-линзовой антенны можно принять η = 0,9.Рабочую частоту волны f0 задает преподаватель перед началомвыполнения работы.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕЗа 15 мин до начала измерений включить СВЧ генератор имилливольтметр.

После прогрева приборов настроить генератор назаданную частоту f0 . Для каждой из антенн провести исследованияв следующем порядке.1. Присоединить антенну к волноводному тракту и измеритькоэффициент стоячей волны в тракте с антенной, но без экрана.Если КСВH > 1,2, то необходимо согласовать антенну.2. Установить экран перед антенной на расстоянии R1 от фазового центра антенны и определить КСВН.Примечание: Фазовый центр рупорного излучателя находитсяна расстоянии δz ≈ 0,2λ от его раскрыва, рупорно-линзового —на расстоянии δz ≈ 0; диэлектрической стержневой антенны —δz ≈ 2Сmax от раскрыва питающего круглого волновода.3.

Перемещая экран от антенны дискретно с шагом приблизительно Δz = λ0 /10 на расстояние не менее λ0 , для каждого фиксированного положения экрана Ri определить значение КСВНi ирассчитать коэффициент усиления G0i .4. Занести все результаты измерений и расчетов в таблицу, провести усреднение найденных значений G0i , определить коэффициент усиления исследуемой антенны G0 по формулеG0 =N1 XG0i ,N(21)i=1где N >10 — число положений экрана.135. По найденному значению коэффициента усиления G0 рассчитать эффективную площадь антенны и сравнить ее с геометрической площадью раскрыва рупора или круглого волновода,возбуждающего диэлектрическую стержневую антенну.ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУОтчет по выполненной лабораторной работе должен содержатьследующие основные сведения.1. Название лабораторной работы.2.

Цель работы.3. Эскизы исследуемых антенн и схему лабораторной установки с указанием всех СВЧ элементов и приборов по ГОСТ.4. Необходимые формулы и результаты расчетов.5. Результаты экспериментов в виде таблиц и графиков.6. Сопоставление результатов расчета и эксперимента с анализом возможных причин расхождений между ними.7. Выводы по работе.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1. Перечислите основные характеристики диэлектрическойстержневой и рупорной антенн.2. Какова структура поля в излучающем раскрыве рупорнойантенны?3. Какова структура поля в поперечном сечении диэлектрического стержня и в прилегающей к нему области свободного пространства?4.

По какой причине значения эффективных и геометрическихплощадей исследуемых антенн различаются?5. Каковы основные достоинства и недостатки диэлектрических и рупорных антенн? Укажите области применения этих антенн.6. Какой рупор называют оптимальным?7. В чем состоит разница коэффициентов усиления рупорной ирупорно-линзовой антенн?СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1. Антенны и устройства СВЧ / Д.И. Воскресенский, В.Л. Гостюхин, В.М. Максимов и др.; Под ред. Д.И. Воскресенского.

М.: ИПЖР,2003.2. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн:Учеб. для вузов / Г.А. Ерохин, О.В. Чернышев, Н.Д. Козырев и др.М.: Горячая линия-Телеком, 2004.3. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для вузов. М.:Высш. шк., 1988.ОГЛАВЛЕНИЕТеоретическая часть . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Рупорная антенна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Диэлектрическая стержневая антенна . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .Метод измерения коэффициента усиления антенны . . . . . . . . .Описание лабораторной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Расчетное задание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Экспериментальное задание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Требования к отчету . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Список рекомендуемой литературы . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3369111213141415.