WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Схема установки для измерения K по методу сравнения показана на рис. и включает калибровочный аттенюатор – 2 для регулировки уровня выходной мощности Р генератора 1; СВЧ генератор – 1; измерительную линию ИЛ, зонд которой нагружен на СВЧ детектор – 8 с индикатором – 9; исследуемую - A2 и эталонную - антенны – 3; приемник, включающий антенну – 4, СВЧ детектор – A5, селективный усилитель – 6, настроенный на частоту модуляции F сигнала генератора – 1; индикатор принятых сигналов – 7.

Рис. 12.

Блок-схема установки для измерения K по методу сравнения Измерение K заключается в следующем: собирают установку согласно рис.

12. Если антенну расположить в направлении максимума ДН антенн или A3 A1) A2, то при квадратичных ВАХ детекторов 5 и 8 показания индикаторов 9 и будутпропорциональны квадрату напряженности поля в измерительной линии - 2 E0 и в месте расположения приемной антенны - соответственно. К A3 Emax выходу СВЧ генератора сначала подключают эталонную антенну A1. С помощью измерительной линии ИЛ определяют значение коэффициента бегущей волны (КБВ) фидерного тракта по мощности – E Uminmin = E Umaxmaxи максимальное значение напряжения в линии (напряжение в пучности стоячей волны ) - Umax1. Замечают показание индикатора 7 приемника -. Затем, U Вольтамперные характеристики (ВАХ) полупроводниковых диодов можно считать квадратичными при подаче на них напряжений вплоть до сотен милливольт.

выдерживая R постоянным в пределах дальней зоны (..1 2 DR ), к генератору подключают исследуемую антенну - и определяют соответственно, и A2 UmaxU2. По результатам этих измерений определяют коэффициент усиления антенны A2 по следующей формуле [7]:

U2 UmaxGK = K122, GK. (42) U1 Umax UmaxВ этой формуле пропорционально отношению мощности излучения Umaxэталонной антенны - P0 к мощности излучения исследуемой антенны - P при условии постоянства мощности на выходе генератора – 1. При полном согласовании антенн с подводящим фидерным трактом, когда = =1 формула (42) принимает вид U KK =. (43) U4. Э КСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ.

СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Блок-схема экспериментальной установки приведена на рис. 13. Она состоит из передающей и приемной части, а также содержит устройство перемещения приемной антенны. Передающая часть содержит СВЧ генератор – Г4-32А – 1, внутренний или внешний аттенюатор – 2, исследуемую антенну – 3.

Рис. 13.

Блок-схема исследования ДН СВЧ антенн Приемная часть содержит: волноводную антенну 5, СВЧ детектор 4, селективный усилитель 6 (У2-8), самописец 7.

Волноводная антенна 5 и СВЧ детектор 4 представляют собой СВЧ детекторную секцию, работающую в широкополосном режиме. Так как в лабораторной работе используются малые уровни СВЧ мощности, то рабочая точка детектора 4 лежит на квадратичном участке его вольтамперной характеристики, так что продетектированный сигнал пропорционален квадрату напряженности поля в месте нахождения приемной антенны или, то же самое, пропорционален плотности потока энергии электромагнитного поля в месте расположения приемной антенны.

В лабораторной работе используется ручная или автоматическая запись информации о пространственном распределении СВЧ поля с помощью самописца 7 типа Н 390.

Автоматическая запись пространственного распределения поля осуществляется с помощью синхронного перемещения приемной антенны и ленты самописца. Сканирование приемной антенны осуществляется с помощью системы 8, содержащей: реверсивный двигатель типа РД-09 с угломерным устройством, а также раму, с помощью которой можно устанавливать радиус вращения и высоту приемной антенны.

5. Д № ОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ В работах 1, 2 исследуются волноводная и две рупорные антенны, для которых необходимо провести следующие расчеты.

1. Зная частоту генератора, задаваемую вариантом, определить длину волны f электромагнитного поля в волноводе - с волной типа и в свободном HВ пространстве - :

c, = =, (44) В f 1 - ( ) кр где = 2a - критическая длина волны в волноводе для волны, c - скорость Hкр света.

2. Измерив размеры сечения волновода, рассчитать по (20) – (22) сечения a и b диаграмм направленности в и плоскостях -, FF.

E H HE 3. Построить ДН, рассчитанные в п.2, в декартовой и полярной системах координат, определить ширину ДН на уровне 0,5. Значение (2E ),,0 (2H ) сравнить с данными, полученными по (11). Сделать выводы.

,0 4. Согласно варианту, задаваемому преподавателем, измерить геометрические параметры двух рупорных антенн и по (24) рассчитать максимальные фазовые сдвиги поля на краях раскрыва, а также оптимальные высоты R, R (табл.

1opt 2 opt 2). Дальнейшие расчеты вести в зависимости от величины квадратичных фазовых задержек поля на краях рупоров - = kD1 8R1 и x max = kD2 8R2. Определить, к какому типу рупоров ближе всего антенна y max Вашего варианта: opt, рупор с синфазным питанием и т.д.

Таблица № Вариант 1 2 3 4 5 6 п/п 1 № рупора 1 2 3 4 5 6 Рабочая частота 2 10,5 10,7 10,9 11,2 11,4 11,6 11,f, ГГц Геометрические размеры рупора (, ), см ( ) D1 DВысота рупора в H -сечении R1, см ( ) Высота рупора в E -сечении, см R2 ( ) x max, рад y max, рад R, см ( ) 1opt R, см ( ) 2 opt 5. Если 4, то расчет всех параметров можно вести по формулам (20) – yx max, (22). В этом случае:

5.1. Рассчитать сечения ДН в Е и Н плоскостях по (21), (22).

5.2. Построить ДН (п. 5.1) в декартовых и полярных координатах и определить значение: УБЛ, ширину основного лепестка на уровне 0,5. Сравнить параметры антенны с параметрами эталонного излучателя тех же размеров.



6. Если 4, то при расчете ДН можно использовать формулы (25) – yx max, (28), (32), взяв модуль и пронормировав на максимальное значение (при = 0 ), или воспользоваться графиками рис. 8, 9.В этом случае:

6.1. Рассчитать ДН рупора в Е плоскости по формулам (26) или (28), (29) с учетом ДН элемента волнового фронта:

2 f 2()= cos4 f 2().

2 FF (= ) E f max2 2 f max6.2. Построить ДН рупора в Е плоскости в полярной и декартовой системах координат. Определить ширину (2E ).

,0 6.3. Рассчитать ДН рупора в Н плоскости по (25) или (30) – (32) с использованием (29).

6.4. Используя результаты графиков (рис. 8, 9), построить сечения ДН рупора в 2 Е и Н плоскостях - FE, FH. Сечения ДН сравнить с результатами расчетов по п. 6.2.

7. Расчитать ДН эталонного излучателя тех же размеров, что и рупорные антенны, по (21), (22), положив, = Db.

= Da 1 8. Для сравнения диаграмм направленности и параметров рупора с ДН и параметрами эталонного излучателя все графики по п. 5-7 построить на одном рисунке. Сделать выводы.

9. Определить высоты оптимальных рупоров по (33), когда максимальный набег фазы на краях равен 43.

yx max, 10. Что такое коэффициент рассеяния - и каково значение для эталонных излучателей 11. Для расчета ДН волноводных и рупорных антенн предлагаются программы с использованием языка «Паскаль» (Приложения I-III). Для этих целей также можно воспользоваться математическим пакетом MathCAD (пример 1 из Приложения IV). Кроме того, результаты расчета ДН E-секториальных max рупоров для разных приведены на рис. 7.

6. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ № 1. По (17) рассчитать эффективную площадь раскрыва волноводной антенны.

2. По (40) определить КИП волноводного излучателя.

3. По (16) определить КНД волноводной антенны, питаемой волной.

H4. По (16), (17) рассчитать КНД эталонных антенн, размеры которых равны Gразмерам излучателей, исследуемых в работе.

5. Положив, что поле в раскрыве рупора ( DD ) соответствует полю волны Hв раскрыве волновода, рассчитать Aэф, КНД и КИП исследуемых рупорных антенн. Эти параметры будут максимальны для рупорных излучателей и являются потенциально достижимыми при R.

,1 6. Рассчитать эффективную поверхность, КНД и КИП пирамидальных и Aэф рупорных антенн непосредственно или через аналогичные параметры Н и Е секториальных рупоров.

6.1. По формулам (37), (38) и (40) рассчитать КИП и КНД Н и Е секториальных рупоров размерами DD, совпадающими с размерами раскрыва пирамидального рупора.

6.2. По данным п. 6.1 и (39) определить КНД пирамидальных рупоров.

6.3. Используя данные пп. 6.2 и 4, определить значение КИП (40) исследуемых пирамидальных рупоров.

6.4. По графикам рис. 10, 11 определить КНД секториальных рупоров. По этим результатам, используя (39), (40), найти КНД пирамидальных рупоров, а используя данные п. 4, определить КИП.

6.5. Сравнить результаты пп. 6.2, 6.3 с данными п. 6.4. Сделать выводы.

6.6. Расчет КНД рупорных антенн можно провести на ЭВМ, используя математический пакет MathCAD (Приложение IV примеры 2-3).

7. И № ЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТЫ В ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ I. Подготовка измерительного стенда к проведению исследований.

1. Настройка СВЧ генератора – 1 (Г4-32А).

1.1. Включить аттенюатор генератора на полное ослабление (ручки в положении 100).

1.2. Включить питание генератора (тумблер "сеть") и дать прогреться прибору 15-20 минут.

1.3. Согласно варианту, ручкой управления резонансного волномера установить на шкале нужную частоту, на которой в процессе эксперимента будет работать генератор.

1.4. Переключатель "Режим индикатора" при измерении частоты должен находиться в положении "Измерение частоты НГ", либо в положении "Меандр ".

1.5. Ручку переключателя "Режим генератора" перевести в положение "Меандр ".

1.6. Переключатель "Режим индикатора" перевести в положение мощность. Убедиться, что стрелки индикатора отклонились. Если мощность генератора мала, необходимо изменить напряжение на отражателе клистрона с помощью ручки "Отражатель" до максимального отклонения стрелки индикатора.

1.7. Снова перевести переключатель "Режим индикатора" в положение "Измерение частоты" и поворотом ручки "Установка частоты" в ту или иную сторону добиться максимального показания микроамперметра индикатора.

Для более точной настройки частоты использовать ручку "Коррекция". Ручка чувствительность должна находиться в среднем положении. Установив нужную частоту генератора, в дальнейшем ручки "Установка частоты" и "Коррекция" оставить в фиксированном положении.

2. Подключить высокочастотный кабель с выхода детекторной секции - 4 ко входу селективного микровольтметра – 6 (У2-8). Включить питание микровольтметра (тумблер "Сеть").

3. Ручку "Ослабление" установить в положение – 10dB.

4. К передающей части измерительного стенда присоединить исследуемую антенну – 3; с помощью механического привода – 8 или вручную расположить исследуемую и приемную антенны 3, 5 на одной высоте таким образом, чтобы их оси совпадали. В процессе измерений необходимо следить за согласованием этих антенн по поляризации.

5. Переключатель "Частота" микровольтметра – 6 (У2-8) перевести в положение "200Гц – 2кГц".

6. Переключатель "Режим работы" микровольтметра установить в положение "Узкая полоса".

7. С помощью ручек "Установка частоты" – "Грубо" и "Точно" настроить селективный микровольтметр на частоту модуляции F СВЧ генератора – 1.





При этом переключатель "Пределы" установить в такое положение, чтобы стрелка индикатора находилась в последней трети шкалы, но не "зашкаливала".

8. Если в работе используется автоматическая запись пространственного распределения поля, то к выходу микровольтметра – 6 подключить самописец – 7 (Н 390). Добиться того, чтобы перо самописца не доходило до крайнего верхнего положения. Уменьшить отклонение пера можно с помощью ручки "Ослабление" генератора – 1 или переключателем "Пределы" селективного микровольтметра – 6.

После таких операций измерительный стенд подготовлен к проведению экспериментальных исследований.

x)( 9. По предложенной в [4] методике снять распределение фазы в раскрыве исследуемых рупоров, используя управляемый рассеиватель. Результаты этих исследований помогут выбрать правильный путь расчетов характеристик антенн.

II. Проведение эксперимента.

Определить угловой масштаб, ° деление поворотного устройства 9, помня, что в одном обороте 360°.

Определить вид амплитудной характеристики детектора 4 - = fU (P). От вида этой характеристики зависит, какая ДН антенн регистрируется в эксперименте: если ВАХ детектора квадратичная, то регистрируется F (), если ВАХ линейная, то F(). При анализе работы схем (рис. 12, 13) предполагалось, что детекторы 4 работают в квадратичном режиме. Для экспериментального подтверждения этого утверждения можно рекомендовать следующую методику:

необходимо исследовать зависимость амплитуды сигнала U на выходе измерительного приемника 4 – 6 от уровня выходной мощности генератора 1.

Если эта зависимость линейная, то ВАХ детектора 4 – квадратичная, ибо в этом случае U = const P = C u2, (44) где u - напряжение на диоде, пропорциональное напряженности поля Е в месте расположения приемной антенны 4, а С – постоянная величина.

Обычно уровень мощности генераторов градуируется не в абсолютных значениях, а в отношении к какому-то, например, к мВт и выражается в P0 P0 = P U P,. Экспериментально вид зависимости dB, то есть N = lg dB = f P0 U P определяется следующим образом: уменьшая затухание N сигнала генератора с помощью аттенюатора 2 от измерения к измерению, например, на 3 dB, что соответствует увеличению относительной мощности PP на выходе генератора в 2 раза, снимают эту зависимость (рис. 14). Если полученную зависимость можно аппроксимировать прямой, то ВАХ детектора (44) квадратичная.

Рис. 14.

В процессе дальнейших измерений центр вращения поворотного устройства 8 необходимо совмещать с проекцией фазового центра или условного фазового центра испытуемых антенн на плоскость, в которой происходят измерения, а расстояние R между антеннами 3, 5 поддерживать постоянным. В лабораторной работе это горизонтальная плоскость. Для волноводных антенн и других антенн с линейным изменением фазы поля по раскрыву фазовый центр совпадает с центром излучающего раскрыва. Для рупорных антенн вводят понятие условного фазового центра, который расположен на (..0 3) внутрь от раскрыва рупора в зависимости от величины квадратичных фазовых искажений поля.

max Снять амплитудное распределение поля излучения в Н плоскости прямоугольного волновода, питаемого волной. При R = const это будет Hдиаграмма направленности по мощности - FH (). Для этого синхронно с разверткой самописца 7 просканировать приемную антенну. При Aневозможности записи зависимость FH () снять по дискретным точкам.

Исследовать распределение поля излучения волновода в Е плоскости, т.е.

зависимость FE () A. Так как приемная антенна вращается в горизонтальной плоскости, то ДН - FE () можно записать только в том случае, если ориентацию волновода изменить на 90°. Осуществляется это с помощью так называемой волноводной скрутки, размещаемой перед антенной 3. При этом изменяется плоскость поляризации поля излучения: из вертикальной она преобразуется в горизонтальную. Для согласования исследуемой и приемной антенн по поляризации аналогичную скрутку необходимо поставить и в тракт приемника.

Согласование по поляризации следует производить при исследовании ортогональных сечений ДН и других антенн.

Результаты расчета по п. 2, 3 раздела 5 изобразить на экспериментальных графиках, выдержав один и тот же масштаб по осям координат. Сравнить экспериментальные и расчетные зависимости, например, по ширине основного лепестка. Сделать выводы.

и (2E ) (2H ),0 5,0 Провести исследование ДН пирамидальных рупоров в Е и Н плоскостях.

Результаты исследований сравнить с расчетными значениями (пп. 5, 6 домашнего задания) в зависимости от величины фазовых искажений поля в раскрыве.

Определить ширину основных лепестков сечений ДН - (2E ) и,0 (2H ), сравнить их с расчетными данными.

,0 В процессе исследований рупорных антенн попытаться экспериментально обнаружить боковые лепестки в ДН и определить их уровень (УБЛ). При этих исследованиях следует иметь в виду следующие обстоятельства. УБЛ ДН рупорных антенн в Н плоскости чрезвычайно мал и составляет порядка - 45dB ;

обнаружить боковые лепестки в этом сечении ДН затруднительно. УБЛ ДН в Е плоскости для рупоров с малыми квадратичными набегами поля в раскрыве ( max 4 ) составляет - (15..20)dB ; боковые лепестки в этом сечении обнаружить возможно, если исследование проводить не с помощью самописцев, динамический диапазон которых мал и составляет (15..20)dB, а по дискретным отсчетам, изменяя чувствительность приемника переключением уровня входных сигналов.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.