Диаграмма спрямованості антенны

Тип роботи:
Реферат
Предмет:
Радіоелектроніка


Дізнатися вартість нової

Детальна інформація про роботу

Витяг з роботи

ДИАГРАММА СПРЯМОВАНОСТІ АНТЕННЫ

ДАНІ ІЗ ТЕОРИИ

Розподіл електромагнітного поля була в дальньої зоні, створюване будь-який антеною, повністю визначається векторної функцією [pic], залежної лише від сферичних кутових координат ([pic],[pic]) точки наблюдения

[pic], (1) де [pic] і [pic] - орти сферичної системи координат.

Дальня зона визначається зазвичай умовами: для остронаправленных антен [pic];

(2) для слабонаправленных антен при [pic] [pic],

(3) при [pic] [pic],

(4) де L — найбільший розмір антенны.

Під просторової діаграмою спрямованості (ДН) антени полем розуміють графічне зображення зміни модуля функції [pic] і [pic] в залежність від кутових координат[pic] и[pic] (рис. 1).

Насправді зазвичай итерессуются не просторової ДН, та її сечениями в площинах [pic]и [pic] (рис. 2)

[pic]

[pic],

(5)

[pic].

(6)

Найчастіше ДН змальовується в полярною і прямокутної системі координат (мал. 2, чи б соответственно).

[pic]

Діаграма спрямованості, що має максимальне значення дорівнює одиниці, називається унормованого ДН (рис. 3) і позначається як F ([pic],[pic]):

[pic]

[pic].

(7)

Надісланий дію антени часто оцінюється шириною ДН чи кутом раскрыва головного лепестка діаграми спрямованості. Під шириною ДН по половинної мощности[pic] розуміють кут між напрямами, вздовж яких напруженість поля зменшується в [pic] раз, проти напруженістю поля була в напрямі максимуму випромінювання (див. рис. 3), а потік потужності зменшується вдвічі. Під шириною ДН по нулях [pic] мається на увазі кут між напрямами, вздовж яких напруженість поля дорівнює 0.

Спрямовані властивості різних антен зручно оцінювати коефіцієнтом спрямованого дії (КНД)

[pic] при [pic] (8) у точці прийому. Найпоширеніші три методу виміру КНД антени: графоаналитический, метод дзеркального зображення метод порівняння. У цій роботі використовується графоаналитический метод.

Для антен, мають остронаправленные характеристики, мало відмінні друг від друга у двох взаємно перпендикулярних площинах, вираз для розрахунку КНД можна наближено записати наступним образом:

[pic] [pic], (9) де F ([pic],[pic]) — нормована ДН антенны.

За значенням F ([pic],[pic]) однією з графічних методів знаходять інтеграл, котрий у знаменнику. Потім визначають КНД антенны.

Що стосується, якщо характеристика спрямованості має вузький головний ([pic]< 25[pic]) і маленькі бічні пелюстки, така характеристика з достатньої точністю то, можливо аппроксимирована эллипсом. І тут КНД антени може бути виражений зручною до розрахунку формулой:

[pic] ,

(10) де [pic] і [pic] - ширина головного лепестка ДН по половинної потужності площинах Є. і М соответственно.

Діяльність досліджуються директорная і рупорна антена сантиметрового диапазона.

Директорная антенна

Директорная антена (рис. 4) є лінійну систему однаково орієнтованих приблизно полуволновых вибраторов, перпендикулярних лінії їхнього розташування, і належить до систем з осьовим випромінюванням. Директорная антена складається з рефлектора Р, активного електричного вібратора Проте й цілого ряду директорных вибраторов Д. Харчування від генератора отримує лише одне вібратор, що називається тому активним. Порушення інших, про пасивних вибраторов, здійснюється біжучому вздовж системи хвилею, джерелом якої є активний вібратор. sitednl. narod. ru/1. zip — база стільникових по Петербургу [pic] Довжина активного вібратора становить близько 0,45[pic]0,47[pic]. Щоб забезпечити відставання фази струму в вибраторах (директорів), направляють випромінювання у бік, їх вкорочують на 5[pic]10% проти резонансної довжиною. Випередження фази струму в рефлекторе, «що відбиває» випромінювання убік активного вібратора, досягається подовженням рефлектора на 3[pic]5% щодо резонансної длины.

Відстань між вибраторами зазвичай трохи менше чверті довжини хвилі і найчастіше вибирається порядку 0,2[pic].

Многовибраторная директорная антена узкополосна (5[pic]10% від робочої частоти). Для оцінки спрямованості дії налаштованої антени користуються формулами:

[pic]

(11) и

[pic] град,

(12) де L — довжина антени, а коефіцієнти Проте й У, як функції L / [pic], представлені на рис. 5.

Загальний вигляд і основні розміри досліджуваної антени дано на рис. 4 й у табл.1. Крім активного петлевого вібратора до її складу входить три елемента рефлектора і п’ять директорів. Одне з елементів рефлектора прикріплено до несучою стрілі безпосередньо, а через два крайніх — у вигляді допоміжних стійкий. Елементи рефлектора перебуває на поверхні параболического циліндра, вздовж фокальної лінії якого розташований петлевой вібратор, має складну форму у тому, щоб забезпечити хороше узгодження в усій смузі пропускаемых частот.

[pic]

Усі вібратори директорной антени виготовлені з смужок металу. Симметрирующее согласующее пристрій виконано як U-колена довжиною [pic]/ 2. Антена налаштована частоту 1165 МГц ([pic] см).

Пірамідальна рупорна антенна

Рупорна антена (див. мал. 6) складається з рупора — відрізка хвилеводу плавно розширюваного перерізу з відкритою випромінювала кінцем — раскрывом і устрою для харчування рупора — хвилеводу з збуджуючим устройством.

[pic]

Рупор є трансформатором хвилі, що розпросторюється в волноводе, в хвилю іншого типу. Найчастіше він перетворює ділянку «пласкою» хвилі малих розмірів в поперечному сечении хвилеводу до відділення приблизно пласкою хвилі великим в раскрыве рупора. Це призводить до звуження діаграми спрямованості і збільшення КНД. З іншого боку, завдяки плавного зміни хвильового опору вздовж рупора, забезпечується узгодження хвилеводу з вільним простором. Фронт хвилі в пирамидальном рупорі вважатимуться сферичним, а фазову помилку в раскрыве визначити по наступній формуле:

[pic].

(13) При этом

[pic];

(14)

[pic].

(15)

Дуже точно КНД пірамідального рупора в децибелах стосовно КНД абсолютно ненаправленной антени то, можливо визначено з допомогою выражения:

[pic] дБ, (16) де величини [pic] і [pic] визначаються з див. мал. 6, а [pic] і [pic] - з див. мал.7. довжина хвилі, де знімаються ДН рупора, [pic]=3,2 см.

Методика зняття характеристики спрямованості антенны

Досліджувана антена дбає про прийом. Вона має можливість обертатися навколо осі, перпендикулярній до площині, у якій знімається характеристика спрямованості. До виходу антени підключений кристалічний детектор з підсилювачем У3−29 і ВК7−27. Бо за слабких сигнали детектор має квадратичную вольтамперную характеристику, показання індикатора ВК7- 27 відповідають квадрату напруженості поля, наводимого в досліджуваної антени. Як джерела електромагнітних хвиль використовується антена, працююча передати. Передає антена у разі нерухома і віддалений від досліджуваної антени на відстань [pic] ([pic] визначається по одній з формул: (2), (3) чи (4)).

[pic]

Для зняття характеристики спрямованості досліджувану антену повертають певний куток і фіксують показання пов’язаної з нею приладу. Операцію повторюють до того часу, поки досліджувана антена нічого очікувати повернена на 360[pic]. Із одержаних даним будують ДН досліджуваної антенны.

Експериментальне зняття характеристики спрямованості директорной і рупорной антен здійснюється з допомогою установки, структурна схема якої приведено на див. мал.8. При дослідженні директорной антени як генератора 1 застосовується Г3−21, а рупорной — 51И. На вхід вимірювального підсилювача 5 у своїй подаються по черзі сигнали те з детектора директорной антени, те з детектора рупорной антенны.

[pic]

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РАБОТЫ

Директорная антенна

Включення установки:

1) підключити детектор директорной антени до входу підсилювача У3−29, у своїй поставити максимальну чутливість усилителя;

2) включити підсилювач У3−29 до мережі тумблером «Мережа», включити цифровий вольтметр ВК7−27 до мережі і час виявляють межу виміру 100 mВ;

3) направити досліджувану директорную антену на передавальну антенну;

4) включити генератор Г3−21 тумблером «Мережа»; через 1−2 хвилини включить"Высокое"; перемикач роду роботи експортувати становище «Манипул. «;

5) встановити шкалою частот Г3−21 частоту 1165МГц і обертанням ручок «Вуст. рівня ВЧ» і «Підстроювання» домогтися максимальних показань индикатора.

Виводити поступово вихідний аттенюатор Г3−21 до того часу, поки стрілка індикатора ВК7−27 не відхилитися наполовину шкали за його максимальної чувствительности.

Установка готова зняттю ДН.

Вимірювання і расчеты:

1) зняти ДН директорной антени у площині Є; виміру провадити у межах 0−360[pic] через 5[pic] (необхідно врахувати, що показання індикатора ВК7−27 відповідають квадрату напруженості поля, тобто. потужності, прийнятої антенной);

2) повернути приймальну й передавальну антени щодо осі на 90[pic] й зняти ДН досліджуваної антени у площині М через 6[pic];

3) пронормировать і викреслити ДН директорной антени в полярною системі координат; визначити ширину ДН ([pic]; [pic]) по половинної потужності площинах Є. і Н;

4) розрахувати значення D і [pic] по формулам (11) і (12), підставивши в них величини А, У і L (див. рис. 4 і 5);

5) порівняти значення D і [pic] отримані експериментально і цього розрахунків з формулам (11) і (12).

Пірамідальна рупорна антенна

Включення установки:

1) залучити до підсилювачу У3−29 детектор рупорной антенны;

2) вимикач «Мережа» генератора Г4−32А експортувати становище ««

3) після 15-минутного прогріву налаштувати СВЧ-генератор на випромінювання максимальної потужності на частоті 8830 МГц; з допомогою вихідного аттенюатора СВЧ-генератора встановити ослаблення 1−3 дБ.

Установка готова зняттю ДН.

Виміри і расчеты:

Зробити пп. 1−3, як директорной антени, але знімати показання через 3[pic].

1) Підставити отримані значення кутів ([pic]) і ([pic]) в формулу (10). Прийняти чисельник рівним 34 000 і побачити значення D.

2) Розрахувати значення D за такою формулою (16), підставивши значення [pic], [pic], [pic], [pic] (див. рис. 6 і 7).

3) Порівняти значення D, отримані експериментально (п. 1), і цього розрахунків з формулі (16).

1. Казарін О.Н., Кравченка І.Т. «Керівництво до лабораторним роботам за курсом «Випромінюючі устрою» — Мінськ, вид. БДУ їм. В.І. Ленина,

1968.

2. Фрадин А. В., Рижков Є.В. «Вимірювання параметрів антенно-фидерных пристроїв» — М., «Зв'язок», 1972.

Показати Згорнути
Заповнити форму поточною роботою