Антенно - фидерные устройства (стр. 6 )

Коэффициент усиления рупорной антенны связан с коэффициентом направленного действия соотношением

GA = D h, (3.19)

где D – коэффициент направленного действия;

GA – коэффициент усиления;

h - коэффициент полезного действия рупора.

Практически на СВЧ h » 1 и GА = D.

Измерение коэффициента усиления антенны

методом сравнения (замещения)

Метод сравнения чаще всего применяется при лабораторных измерениях антенн.

Коэффициент усиления антенны определяется как отношение мощностей, подводимых к эталонной Рэ и исследуемой антенне Рх, умноженное на коэффициент усиления эталонной антенны, при условии, что обе антенны в точке приема создают одинаковую напряженность поля.

. (3.20)

В качестве эталонной антенны в лабораторной работе используется пирамидальный рупор 2.

Процесс измерений выполняется следующим образом. Вначале в режиме передачи устанавливается эталонный рупор и с помощью аттенюатора, включенного последовательно с рупором, подбирается уровень сигнала на индикаторе приемника, удобный для измерений. Затем вместо эталонного рупора устанавливается исследуемый рупор и аттенюатором восстанавливается прежний уровень на индикаторе приемника. Коэффициентом усиления рупора будет величина, равная отношению показаний по шкале аттенюатора (в разах) DU, умноженная на коэффициент усиления эталонной антенны. В децибелах формула для коэффициента исследуемого рупора имеет вид:

GдБ = DUдБ + Gэ дБ..

Коэффициент усиления эталонного рупора определяется по формуле (3.16).

3.2 Подготовка к выполнению работы

Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен изучить:

1.  Принцип работы рупорных антенн, типы рупорных антенн, их достоинства и недостатки.

2.  Как формируется диаграмма направленности рупорных антенн.

3.  Что называется коэффициентом направленного действия, коэффициентом использования поверхности и коэффициентом усиления антенны.

4.  Методику экспериментального определения коэффициента усиления антенны.

После этого выполняется предварительное (домашнее) задание, в котором в соответствие с предложенным вариантом (таблица 3.1) рассчитывается диаграмма направленности рупорной антенны. При выборе варианта расчета руководствоваться порядковым номером студента в журнале группы.

Таблица 3.1

Порядковый номер студента в журнале	Частота, мГц	Размеры раскрыва, мм	Расчет выполнить для пл - ти
Н – плоскость	Е - плоскость
1	2	3	4	5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	9000 10000 11000 12000 9500 10500 11500 9000 10000 11000 12000 9500 10500 11500 9000 10000 11000 12000 9500 10500 11500 9000 10000 11000 12000 8000 9000 11000 11500 12000	120 120 120 120 135 135 135 120 120 120 120 135 135 135 135 120 120 120 120 120 100 100 100 100 100 70 80 90 100 80	80 80 80 80 90 90 90 80 80 80 100 90 90 90 90 80 80 80 80 80 100 100 100 100 100 100 60 80 150 60	Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Н Е Е Н Е Н Е

3.3 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис.3.8) состоит из генератора сигналов (1), переменного аттенюатора (2), набора исследуемых антенн (3), приемной антенны (4); резонансного частотомера (5), измерительного усили

Имеется возможность посредством поворотного устройства изменять плоскость поляризации как передающей, так и приемной антенны. Приемная антенна может также вращаться в горизонтальной плоскости с осью вращения, проходящей через фазовый центр антенны. За фазовый центр антенны принята горловина рупора.

Рис.3.8. Блок – схема лабораторной установки

Примечание: В процессе измерений обе антенны должны быть сопряжены по поляризации.

3.4 Задание

1. Изучить конструкции различных рупорных антенн и аппаратура, входящая в состав лабораторной установки.

2. Рассчитать коэффициент усиления эталонного рупора. Для этой цели необходимо определить конструктивные размеры эталонного рупора (длины рупора и размеры раскрыва в плоскостях Е и Н). Расчет коэффициента усиления проводится по формуле (16) с помощью графиков, изображенных на рис. 3.6 и 3.7.

3. Методом замещения определить коэффициент усиления исследуемых антенн (количество и типы исследуемых антенн, а также рабочая частота указываются преподавателем).

4. Определить эффективную площадь раскрыва антенны и коэффициент использования раскрыва (формулы (3.17,3.18). определяется коэффициент использования поверхности. Результаты, полученные в пунктах 3 и 4, занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

№№ антенны

Размеры рупора в мм

Фазовые искажения на краях раскрыва относительно центра в плоскостях

Коэффициент усиления

Коэффициент использования поверхности раскрыва n

Н

Е

LE

LH

R

DR

kDR

DR

kDR

U1

U1

DU дБ

Gэ дБ

Gэ дБ

5. Измерить диаграммы направленности указанных преподавателем рупорных антенн в Н и Е плоскостях.

По результатам измерений заполняется таблица 3.3 и изображаются в прямоугольной системе координат нормированные диаграммы направленности антенны по напряженности поля.

Таблица 3.3

j0

J

Здесь J – показание индикатора приемника.

3.5 Методические указания по выполнению работы

При измерении диаграммы направленности первоначально оценивают ее характер – медленно изменяют угол j и замечают его значения, соответствующие максимальным и минимальным показаниям индикатора. Регулируют уровни аппаратуры так, чтобы показания индикатора удобно отсчитывались в процессе измерений. Рекомендуется измерения проводить с шагом 5 градусов.

Следует учесть, что частотомер имеет диод с квадратичной характеристикой. Поэтому зависимость показаний индикатора от угла поворота антенны является диаграммой направленности антенны по мощности. Для получения диаграммы направленности антенны по напряженности поля из показаний индикатора необходимо извлечь квадратный корень.

3.6 Содержание отчета

1.  Структурная схема измерений (с обязательным указанием типов приборов).

2.  Результаты предварительного расчета (таблица и график нормированной диаграммы направленности в прямоугольной системе координат).

3.  Результаты измерений и расчетов по 3 и 4 пунктам задания (таблица 3.2).

4.  Результаты измерений диаграмм направленности антенны в плоскостях Е и Н (таблицы и графики нормированных диаграмм в прямоугольной системе координат).

5.  Выводы по работе.

3.7 Контрольные вопросы

1.  Какими факторами определяется ширина основного лепестка диаграммы направленности рупорной антенны в Н и Е плоскостях?

2.  Как распределена амплитуда поля на излучающей поверхности рупора в плоскостях Е и Н.?

3.  Как влияет амплитудное распределение поля в раскрыве рупора на форму его диаграммы направленности?

4.  Как влияют фазовые искажения в раскрыве рупора на форму его диаграммы направленности?

5.  Что такое оптимальный рупор?

6.  Как отличаются диаграммы направленности пирамидального рупора в плоскостях Е и Н, если раскрыв имеет квадратную форму (LЕ = LН)?

7.  Почему допустимые фазовые искажения для Е и Н-секториальных рупоров имеют разную величину?

8.  Что такое коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны, чем они отличаются друг от друга?

3.8 Литература

1.  Кочержевский -фидерные устройства. М.:Радио и связь, 1981, с. 158 – 165.

2.  и др. Антенны УКВ ч.1. М.: «Связь», 1977, с. 253 – 269.

3.  . Антенно – фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. Радио и связь, 1978, стр.

4.  , . Антепнно – фидерные устройства.