РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра Радиотехники
Дисциплина: Антенно-фидерные устройства
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
Тема
Исследование рупорных антенн
Выполнил:
Е. Оспанов
Группа МРСк-04-1
Алматы 2007
Цель работы
Целью настоящей работы является освоение методики измерения диаграммы направленности, поляризационной диаграммы рупорной антенны и коэффициента стоячей волны (коэффициента отражения) в фидерной линии.
Домашняя подготовка
рупорная антенна фидерная направленность
1 Изучить принцип действия рупорных антенн. Изучить описание работы и руководство по эксплуатации используемых в работе приборов.
2 Рассчитать диаграммы направленности рупорной антенны на частоте ѓ = 2,4 ГГц.
Нормированные амплитудные ДН рупорной антенны можно рассчитать по формулам:
– в плоскости Н
(2.1)
– в плоскости Е
(2.2)
где ар
, bр
– размеры раскрыва рупора (ар
=340 мм, bр
=255 мм);
θH
, θE
– углы, отсчитываемые от оси рупора, рад.
Построим теоретическую ДН
Рисунок 1
– Амплитудные ДН рупорной антенны теоритическая
3 Рассчитать коэффициент усиления рупорной антенны на частоте f = 2,4 ГГц.
Коэффициент усиления антенны G связан с эффективной площадью антенны Аэфф соотношением
, (2.3)
где λ – длина волны, λ =
c
/
f
;
Аэфф – эффективная площадь антенны, определяемая на рабочей частоте по частотной характеристике антенны (рисунок А.1 Приложение А).
Согласно Приложению А, частоте f = 2,4 ГГц соответствует Аэфф = 590 см2
или 0,059 м2
, значит
Рабочее задание
1 Собрать лабораторную установку (Рисунок 2). Измерить диаграмму направленности антенны П6-23А.
Рисунок 2
– Блок-схема установки для снятия ДН
Исследуемую антенну ориентировать на максимум излучения. Вращая антенну в горизонтальной плоскости в обе стороны, найти положение первого минимума диаграммы θ01
слева и справа. В соответствии с этим углом определить шаг изменения угла, необходимый для измерения главного лепестка ДН. Проведенные измерения в диапазоне углов от –900
до + 900
занести в таблицу и пронормировать. Аналогичным образом измерить ДН в вертикальной плоскости. Определить по построенным зависимостям ширину диаграммы направленности. На основании полученных данных рассчитать коэффициент усиления антенны
, (2.4)
( измеряются в радианах) и сравнить его с коэффициентом, полученным в п. 2.3.3
Таблица 1
– Измерение ДН в горизонтальной плоскости
|
|
|
|
| 175 |
0 |
0 |
| 170 |
0 |
0 |
| 165 |
0,003 |
0,088235 |
| 160 |
0,004 |
0,117647 |
| 155 |
0,0055 |
0,161765 |
| 150 |
0,0085 |
0,25 |
| 145 |
0,0225 |
0,661765 |
| 140 |
0,03 |
0,882353 |
| 135 |
0,034 |
1 |
| 130 |
0,025 |
0,735294 |
| 125 |
0,02 |
0,588235 |
| 120 |
0,007 |
0,205882 |
| 115 |
0,005 |
0,147059 |
| 110 |
0,0025 |
0,073529 |
| 105 |
0 |
0 |
| 100 |
0 |
0 |
Рисунок 3
– ДН в горизонтальной плоскости
Таблица 2
– Измерение ДН в вертикальной плоскости
|
|
|
|
| 20 |
0 |
0 |
| 10 |
0,015 |
0,441176 |
| 0 |
0,034 |
1 |
| -10 |
0,0125 |
0,367647 |
| -20 |
0 |
0 |
Рисунок 4
– ДН в вертикальной плоскости
Построить нормированные ДН в декартовой системы координат. Определить по построенным зависимостям ширину ДН и УБЛ. На основании полученных данных рассчитать КУ антенны:
2 Снять поляризационную диаграмму антенны. Нормированную поляризационную диаграмму построить в декартовой системе координат.
Таблица 3
– Измерение поляризационной диаграммы
|
|
|
|
| 0 |
0,035 |
1 |
| 10 |
0,0325 |
0,928571 |
| 20 |
0,025 |
0,714286 |
| 30 |
0,023 |
0,657143 |
| 40 |
0,02 |
0,571429 |
| 50 |
0,01 |
0,285714 |
|
60 |
0,005 |
0,142857 |
| 70 |
0,0025 |
0,071429 |
| 80 |
0 |
0 |
| 90 |
0 |
0 |
Рисунок 5
– Поляризационная нормированная диаграмма антенны
3 Определить коэффициент стоячей волны
Измерение коэффициента стоячей волны (КСВ) в питающем фидере антенны П6-23А производится методом минимума – максимума, используя распределение напряженности поля в измерительной линии. Лабораторная установка для измерения КСВ приведена на рисунке 2.4.
Измерение КСВ производится при непосредственном подключении входа антенны к коаксиальной измерительной линии Р1-3. Измерение КСВ необходимо провести в 10 – 12 точках частотного диапазона антенны. Результаты измерений внести в таблицу.
Рисунок 6
– Блок-схема установки для измерения КСВ
Таблица 4 –
Измерение КСВ
| f, ГГц |
2,4 |
2,41 |
2,42 |
2,43 |
2,44 |
2,45 |
2,46 |
|||
| a max, дел |
42 |
22 |
14 |
11,5 |
8 |
6 |
4,5 |
|||
| a min, дел |
29,5 |
16 |
10 |
6,5 |
5 |
4 |
3 |
|||
| КСВ |
1,193 |
1,173 |
1,183 |
1,330 |
1,265 |
1,225 |
1,225 |
|||
| Г |
0,088 |
0,079 |
0,084 |
0,142 |
0,117 |
0,101 |
0,101 |
|||
| f, ГГц |
2,47 |
2,48 |
2,49 |
2,5 |
2,51 |
2,52 |
2,53 |
|||
| a max, дел |
3,5 |
3 |
2,8 |
11,5 |
8,4 |
6,5 |
5,5 |
|||
| a min, дел |
2 |
1,8 |
1,7 |
7,5 |
4,5 |
3,5 |
3 |
|||
| КСВ |
1,323 |
1,291 |
1,283 |
1,238 |
1,366 |
1,363 |
1,354 |
|||
| Г |
0,139 |
0,127 |
0,124 |
0,106 |
0,155 |
0,154 |
0,150 |
|||
| f, ГГц |
2,54 |
2,55 |
2,56 |
2,57 |
2,58 |
2,59 |
||||
| a max, дел |
27,5 |
12 |
15 |
24 |
37 |
20,5 |
||||
| a min, дел |
15 |
9 |
10,5 |
15 |
21,5 |
11,5 |
||||
| КСВ |
1,354 |
1,155 |
1,195 |
1,265 |
1,312 |
1,335 |
||||
| Г |
0,150 |
0,072 |
0,089 |
0,117 |
0,135 |
0,144 |
||||
Рисунок 7
– График зависимости КСВ от частоты
2.4.4 Определить модуль коэффициента отражения
Коэффициент отражения в фидерной линии вычисляется по формуле
(2.5)
Построить зависимость модуля коэффициента отражения от частоты.
Рисунок 8
– График зависимости модуля коэффициента отражения от частоты
ВЫВОД
В ходе выполнения данной контрольной работы мы провели измерения диаграммы направленности, поляризационной диаграммы рупорной антенны и коэффициента стоячей волны (коэффициента отражения) в фидерной линии.
В результате сравнения экспериментальных данных с расчетными данными мы убедились в том, что они совпадают с учетом погрешностей, допущенных в ходе сделанных нами измерений (а именно на термисторном мосту).
Список литературы
1 В.Л. Гончаров, А.Л. Патлах, А.Р. Склюев, А.Х. Хорош. Малошумящие однозеркальные параболические антенны, Алматы 1998;
2 Д.И. Вознесенский. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. М: Советское радио, 1994;
3 Д.М. Сазонов. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988
4 Г.М. Кочержевский, Г.А. Ерохин, Н.Д. Козырев. Антенно-фидерные устройства.- М.: Радио и связь, 1989;
5 В.Ф. Хмель, А.Ф. Чаплин, И.И. Шумлянский. Антенны и устройства СВЧ. - Киев.: Вища школа, 1990;
6 Марков Г.Т. Сазанов Д.М. «Антенны», М: Энергия, 1975;
7
Айзенберг Г.З. «Антенны ультракоротких волн», М: Связьиздат, 1957;