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
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 ƒ = 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
170
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
100
Рисунок 3 – ДН в горизонтальной плоскости
Таблица 2 – Измерение ДН в вертикальной плоскости
20
10
0,015
0,441176
-10
0,0125
0,367647
-20
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
0,035
0,0325
0,928571
0,714286
30
0,023
0,657143
40
0,571429
50
0,01
0,285714
60
0,142857
70
0,071429
80
90
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
6,5
5
4
3
КСВ
1,193
1,173
1,183
1,330
1,265
1,225
Г
0,088
0,079
0,084
0,142
0,117
0,101
2,47
2,48
2,49
2,5
2,51
2,52
2,53
3,5
2,8
8,4
5,5
2
1,8
1,7
7,5
1,323
1,291
1,283
1,238
1,366
1,363
1,354
0,139
0,127
0,124
0,106
0,155
0,154
0,150
2,54
2,55
2,56
2,57
2,58
2,59
27,5
12
15
24
37
20,5
9
10,5
21,5
1,155
1,195
1,312
1,335
0,072
0,089
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;