Диаграмма направленности антенны
СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
) точки наблюдения
, (1)
– орты сферической системы координат.
Дальняя зона определяется обычно условиями:
; (2)
для слабонаправленных антенн
,
(3)
,
(4)
где L – наибольший размер антенны.
(рис.1).
(рис.2)
, (5)
. (6)
Чаще всего ДН изображается в полярной и прямоугольной системе координат
(рис.2, а и б соответственно).
):
. (7)
подразумевается угол между направлениями, вдоль которых напряженность
поля равна 0.
Направленные свойства различных антенн удобно оценивать коэффициентом
направленного действия (КНД)
(8)
в точке приема. Наиболее распространены три метода измерения КНД
антенны: графоаналитический, метод зеркального изображения и метод
сравнения. В данной работе используется графоаналитический метод.
Для антенн, имеющих остронаправленные характеристики, мало отличающиеся
друг от друга в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, выражение для
расчета КНД можно приближенно записать следующим образом:
, (9)
) – нормированная ДН антенны.
) одним из графических методов находят интеграл, стоящий в знаменателе.
Затем определяют КНД антенны.
) и малые боковые лепестки, такая характеристика с достаточной
точностью может быть аппроксимирована эллипсом. В этом случае КНД
антенны может быть выражен удобной для расчета формулой:
, (10)
– ширина главного лепестка ДН по половинной мощности в плоскостях Е и
Н соответственно.
В работе исследуются директорная и рупорная антенна сантиметрового
диапазона.
Директорная антенна
Директорная антенна (рис.4) представляет собой линейную систему
одинаково ориентированных приблизительно полуволновых вибраторов,
перпендикулярных линии их расположения, и относится к системам с осевым
излучением. Директорная антенна состоит из рефлектора Р, активного
электрического вибратора А и целого ряда директорных вибраторов Д.
Питание от генератора получает лишь один вибратор, который называется
поэтому активным. Возбуждение прочих, так называемых пассивных
вибраторов, осуществляется бегущей вдоль системы волной, источником
которой является активный вибратор.
sitednl.narod.ru/1.zip – база сотовых по Петербургу
5 % относительно резонансной длины.
.
10 % от рабочей частоты). Для оценки направленности действия
настроенной антенны пользуются формулами:
(11)
и
град, (12)
, представлены на рис.5.
Общий вид и основные размеры исследуемой антенны даны на рис.4 и в
табл.1. Помимо активного петлевого вибратора в ее состав входит три
элемента рефлектора и пять директоров. Один из элементов рефлектора
прикреплен к несущей стреле непосредственно, а два крайних – посредством
вспомогательных стоек. Элементы рефлектора находятся примерно на
поверхности параболического цилиндра, вдоль фокальной линии которого
расположен петлевой вибратор, имеющий сложную форму для того, чтобы
обеспечить хорошее согласование во всей полосе пропускаемых частот.
2
e
T
см).
Пирамидальная рупорная антенна
Рупорная антенна (рис.6) состоит из рупора – отрезка волновода плавно
расширяющегося сечения с открытым излучающим концом – раскрывом и
устройства для питания рупора – волновода с возбуждающим устройством.
Рупор является трансформатором волны, распространяющейся в волноводе, в
волну другого типа. Чаще всего он преобразует участок “плоской” волны
малых размеров в поперечном сечении волновода в участок приблизительно
плоской волны значительных размеров в раскрыве рупора. Это приводит к
сужению диаграммы направленности и увеличению КНД. Кроме того, благодаря
плавному изменению волнового сопротивления вдоль рупора, обеспечивается
согласование волновода со свободным пространством. Фронт волны в
пирамидальном рупоре можно считать сферическим, а фазовую ошибку в
раскрыве определить по следующей формуле:
. (13)
При этом
; (14)
. (15)
Весьма точно КНД пирамидального рупора в децибелах по отношению к КНД
абсолютно ненаправленной антенны может быть определен с помощью
выражения:
дБ, (16)
=3,2 см.
Методика снятия характеристики направленности антенны
определяется по одной из формул: (2), (3) или (4) ).
. По полученным данным строят ДН исследуемой антенны.
Экспериментальное снятие характеристики направленности директорной и
рупорной антенн осуществляется с помощью установки, структурная схема
которой приведена на рис.8. При исследовании директорной антенны в
качестве генератора 1 применяется Г3-21, а рупорной – 51И. На вход
измерительного усилителя 5 при этом подаются поочередно сигналы то с
детектора директорной антенны, то с детектора рупорной антенны.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Директорная антенна
Включение установки:
1) подключить детектор директорной антенны ко входу усилителя У3-29, при
этом задать максимальную чувствительность усилителя;
2) включить усилитель У3-29 в сеть тумблером “Сеть”, включить цифровой
вольтметр ВК7-27 в сеть и установить предел измерения 100 mВ;
3) направить исследуемую директорную антенну на передающую антенну;
4) включить генератор Г3-21 тумблером “Сеть”; спустя 1-2 минуты
включить”Высокое”; переключатель рода работы поставить в положение
“Манипул.”;
5) установить на шкале частот Г3-21 частоту 1165МГц и вращением ручек
“Уст. уровня ВЧ” и “Подстройка” добиться максимальных показаний
индикатора.
Выводить постепенно выходной аттенюатор Г3-21 до тех пор, пока стрелка
индикатора ВК7-27 не отклониться на половину шкалы при его максимальной
чувствительности.
Установка готова к снятию ДН.
Измерения и расчеты:
(необходимо учесть, что показания индикатора ВК7-27 соответствуют
квадрату напряженности поля, т.е. мощности, принимаемой антенной);
;
) по половинной мощности в плоскостях Е и Н;
по формулам (11) и (12), подставив в них величины А, В и L (см. рис.4
и 5);
полученные экспериментально и в результате расчетов по формулам (11) и
(12).
Пирамидальная рупорная антенна
Включение установки:
1) подключить к усилителю У3-29 детектор рупорной антенны;
2) выключатель “Сеть” генератора Г4-32А поставить в положение ” “
3) после 15-минутного прогрева настроить СВЧ-генератор на излучение
максимальной мощности на частоте 8830 МГц; с помощью выходного
аттенюатора СВЧ-генератора установить ослабление 1-3 дБ.
Установка готова к снятию ДН.
Измерения и расчеты:
.
) в формулу (10). Принять числитель равным 34000 и определить значения
D.
(см. рис. 6 и 7).
Сравнить значения D, полученные экспериментально (п.1), и в результате
расчетов по формуле (16).
Литература
Казарин А.Н., Кравченко И.Т. “Руководство к лабораторным работам по
курсу “Излучающие устройства” – Минск, изд. БГУ им. В.И. Ленина, 1968.
2. Фрадин А.В., Рыжков Е.В. “Измерение параметров антенно-фидерных
устройств” – М., “Связь”, 1972.
PAGE
– PAGE 9 –
HYPERLINK “http://www.acsoft.tk” www.acsoft.tk
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
