Методичка - лаб.СВЧ_Е2

Часто при расчете КОД антенны приходится учитывать ее излуче­ ние вне главного лепестка. Это в первую очередь относится к остро­ направленным антеннам, у которых бокоьое излучение имеет место в большом телесном угле. Зная коэффициент рассеяния антенны и КОД , определенный по главному лепестку характеристики излучения, нетрудно найти:

л = Л О - / )

Для грубой, приближенной оценки коэффициенте усиления доста­ точно знать диаграмму направленности антенны в двух главных плос­ костях. Определив ширину диаграммы направленности и воспользовав­ шись формулой ( I ) , можно найти КОД антенны по главному лепестку.

Если диаграмма направленности антенны в обеих плоскостях одинакова, то КОД можно определить с помощью (2 ), используя дополнительные гра­ фические построения. В прямоугольной системе координат строят гра­

интегрированием. Для проведения расчетов единица в числителе также должна иметь размерность площади. Эта площадь равна площади прямо­

На практике большое распространение получил метод измерения коэффициента усиления антенны, основанный на ее сравнении с эталон­ ной антенной, коэффициент усиления*коюрой известен. В качество эта­ лонной антенны обычно используются антенны* е малыми потерями, малы­ ми фазовыми ошибками, хорошо согласованные с нитащим трактом, т .е . такие антенны, КОД которых совпадает с коэффициентом усиления и мо­ жет быть легко определен аналитически. В диапазоне СВЧ таким требо­

измерений необходима еще одна вспомогательная антенна, которую под­ соединим к генератору через калиброванный аттенюатор. Последовательно подсоединяя к детектору эталонную и исследуемую антенны, при помощи

атт поатора добиваемся одинаковых показаний измерительного прибора. Тогда коэффициент усиления исследуемой антенны будет отличаться от коэффициента усиления эталонной антенны на величину, равную разнос­

&>жно обойтись и без аттенюатора. В этом случае фиксируют уров­ ни сигнала на измерительном приборе или самописце при подсоединении эталонной А э и исследуемой антенн. Если характеристика приемной части установки близка к квадратичной, то вычисления про­

соединяемая к антеннам, была достаточно хорошо согласована с ними.

\.

Измерение входного сопротивления антенны

Антенны относятся к системам с распределенными постоянными. По­ этому понятие входного сопротивления требует пояснений. Если стоит вопрос о сочленении антенны с другим устройством (приемником, гене­ ратором, фазовращателем и т .п .) , то, очевидно, следует интересовать­ ся сопротивлением, отнесенным к входным клеммам антенны, понимая под ними высокочастотный разъем, фланец волновода и т .д . При расчетах антенных систем больший интерес представляет сопротивление, измерен­ ное непосредственно на зажимах излучающего элемента. Обычно эти за­ жимы соединяются с однородной линией передачи, имеющей известное вол­ новое сопротивление. В этом случае достаточно определить электричес­ кую длину соединительной линии, чтобы по показаниям прибора, опре­ деляющего комплексное сопротивление на ее входе, вычислить сопротив­ ление излучателя.

Чаще всего такие измерения производятся при помощи измеритель­ ной линии, имеющей то же волновое сопротивление, что и соединитель­ ная линия. Чтобы исключить влияние длины этой линии, необходимо обе­ спечить возможность закорачивания зажимов излучателя для определения начала отсчета электрических длин вдоль измерительной линии. Далее

результаты измерений обрабатываются при помощи круговой диаграммы полных сопротивлений (или по форцулаы, приведенным ниже).

Рассмотрим подробнее процесс измерений. Сначала необходимо про­ извести градуировку детектора, а именно - найти зависимость показа­ ний регистрирующего прибора от уровня поля в измерительной линии.

Этот уровень может быть определен при помощи градуированного аттеню­ атора. Однако чаще используют метод, основанный на том, что поле в однородной линии, замкнутой на конце, представляет собой сумму па­ дающей и отраженной волн, имеющих одинаковые интенсивности, э сле­

поля. Следует заметить, что градуировка детектора зависит сг сопро­ тивления цепи регистрирующего прибора, поэтому оно не должно изме­ няться в процессе измерений. Практически градуировку осуществляют следующим образом. Закорачивая зажимы нагрузки, создают в измери­ тельной линии режим стоячих волн. После этого, перемещая зонд вдоль линии, находят зависимость показаний индикатора ат положении зонда. Сопоставляя показания индикатора с (sin ?лх/лАШ1) , строят градуиро­ вочную кривую.

Сопротивление нагрузки находится по коэффициенту бегущей волны КБВ в линии и расстоянию между нагрузкой и сечением линии, в котором поле минимально. Для определения расстояния нагрузку закорачивают.

Если теперь найти новое сечение минимума, то оно будет эквивалентно сечению нагрузки, так как расстояние мемду ними равно целому числу полуволн в линии. Расстояние между положениями минимума при подклю­

волновое сопротивление измерительной линии. Напомним, что КБВ есть

минимума в упомянутом распределении. Уровень, на котором измеряется эта ширина, соответствует при использовании квадратичного детектора показаниям регистрирующего прибора, в два раза превышающим показания в минимуме.

Зная d и КБВ, нетрудно по круговой диаграмме или по приве­ денным ниже формулам определить полное нормированное сопротивление

d

Рас. 2

нагрузки. Пользуясь диаграммой, нужно помнить, что сечение, сопро­ тивление в котором равно сопротивлению нагрузки, соответствует ми­ нимуму в режиме короткого замыкания. Сопротивление в исходной точке активно и равно КБВ. Сопротивление в конечной точке (его веществен­ ную и мнимую части) домножают на W , получая окончательно искомую величину нагрузки. Формулы для расчета имеют вид:

К б В

Sin kd cos kd ( 1- ( К55)г )

Отметим, что d - положительно, если минимум в режиме корот­ кого замыкания находится дальше от нагрузки, чем при подключенной нагрузке, и отрицательно, если наоборот.

2 . ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Р а б о т а f . Определение входных сопротивлений вибраторных антенн

Введение. Вибраторнче антенны широко применяются на практике и как самостоятельные а1ггеннн,и как элементы онтанных решеток. Виб­ ратор* используются во рсех радиочастотных диапазонах, включая сан­

тиметровые волны. Определение входного сопротивления вибратора пред­ ставляет собоЬ сложную теоретическую задачу. В инженерной практике

вибратора мал, а его длина не слишком превышает половину длины вол­ ны в свободном пространстве. При вычислении собственных сопротивле­ ний можно рекомендовать использовать эквивалентную схему, предло­ женную С.А.Щелкуновыы [ 2 ] , которая позволяет эффективно учесть толщину вибратора.

Цель настоящей работы - измерение входных сопротивлений линей­

ного и петлевого вибраторов в полосе частот и сравнение полученных результатов с расчетом по эквивалентной схеме.

Определение собственного сопротивления вибратора. В работе ис­ следуются перпендикулярные экрану несимметричные линейный и петле­ вой вибраторы. Измеренное в этом случае входное сопротивление равно

Шлейф представляет собой двухпроводную закороченную линию,

образуемую проводниками вибратора. Следовательно, волновое сопро­

тивление шлейфа равно

или, разделив вещественную и мнимые части:

Xg + bRg •R$ /хшл + ЬХе /Хшл

предыдущего раздела. В качестве индикаторного прибора используется низкочастотный измерительный усилитель типа 28-ИИ, В 8-7 или ему аналогичный. Тип высокочастотного генератора определяется диапазо­ ном ч асто т, в котором проводятся измерения. В генераторе использу­ ется амплитудная модуляция. Для определения частоты несущей либо применяется волномер, либо измеряется длина волны в измерительной

линии. При исследовании симметричного вибратора большое значение имеют способ крепления и система возбуждения. Применение коаксиаль­

гласования фидера с полуволновым вибратором. Однако при этом необ­ ходимо обеспечить симметричность питания антенны. В противном слу­ чае возникает так называемый антенный эффект фцдера, т .е . он начи­ нает излучать или принимать радиоволны и, следовательно, существенно влиять на входное сопротивление антенны. Одним из широко распростра­ ненных типов диапазонных симметрирующих устройств является четверть­ волновой металлический изолятор, состоящий из двух трубок, соединен­ ных перемычкой. Антенна подключается к свободным концам трубок, а коаксиальный кабель питания пропускается через одну из них (р и с.б ).

В результате достигается полная внеш­ няя симметрия системы, а плечи виб­ ратора возбуждаются в нротивофазе. Так как длина трубок выбирается рав­ ной четверти длины волны, входное сопротивление металлического изолято­ ра велико (теоретически бесконечно), и он не шунтирует антенну.

При исследовании зависимости входного сопротивления от частоты проще проводить измерения, используя несимметричный вибратор, который пре­ дставляет собой металлический стер­ жень, закрепленный в стандартном вы­ сокочастотном разъеме. Разъем распо­

ложен на проводящем экране с поперечными размерами порядка длины вол­ ны* Для изменения диаметра вибратора на стержень дополнительно наде­ вается металлический чехол. При измерениях частоту изменяют в таких пределах, чтобы относительная длина стержня соответственно изменя­ лась от 0 ,1 8 до 0 ,2 7 длины волны, Длй каждой частоты определяют КБВ и положение минимума в измерительной линии, а также производят на­ чальный отсчот по линии, закорачивая зажимы вибратора. Для расчета входного сопротивления по результатам измерений используют либо кру­ говую диаграмму, либо формулы (2 ), (3 ).

После проведения измерений и обработки их результатов проводит­ ся сравнение частотных зависимостей входного сопротивления исследо­ ванных вибраторов, полученных экспериментально и теоретически.

^Аналогично следует поступить при исследовании петлевого вибра­ тора, имеицего разборную конструу»;цЮ1 которая позволяет измерить ха­