Результаты измерений и расчетов

№ п/п	Параметр	Значение	Значение
1	Рабочая частота fo, МГц
	по шкале генератора
	по результатам измерений
2	Длина волны в линии λл, см
3	Длина волны в свободн. простр. λл, см
4	КСВн
5	Смещение минимума ΔХ, мм
6	Электрич. длина смещения Θ
7	Волновое сопротивление линии Zл, Ом
8	Активная составл. входн. сопр. RА, Ом
9	Рективная составл. входн. сопр. XА, Ом
10	Эквивал. реактивность пФ, нГн

Установите на генераторе новое значение частоты (из ука-заных преподавателем) и повторите измерения и расчеты по пунктам 2.3.2.2, 2.3.2.3, 2.3.2.4. Занесите полученные результаты в табл. 2.2.

Окончание лабораторной работы

С разрешения преподавателя выключите лабораторную установку и сдайте рабочее место лаборанту.

Содержание отчета

В письменном отчете должны быть отражены:

1) структурная схема лабораторной установки;

2) градуировочный график индикаторного устройства, вспо-могательный график и таблицы, по которым они построены;

3) таблица с результатами измерений и расчетов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. При каком условии обеспечивается режим бегущей волны в фидере, питающем передающую антенну?

2. При каком условии обеспечивается режим бегущей волны в фидере, соединяющем приемник и приемную антенну?

3. К чему может привести отсутствие согласования фидера и приемной антенны?

4. К чему может привести отсутствие согласования фидера и передающей антенны?

5. Какими устройствами можно обеспечить согласование антенны и фидера?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ РУПОРНЫХ АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ-ДИАПАЗОНА

Цель работы -экспериментальное исследование электрических характеристик рупорных антенных устройств.

Рупорные антенны находят широкое применение в диапазоне СВЧ как самостоятельный тип антенн, так и как составная часть более сложных антенн.

ТИПЫ РУПОРНЫХ АНТЕНН

Рупорные антенны образуются путем плавного увеличения поперечных размеров волноводов. Так как обычно используются прямоугольные и круглые волноводы, то наибольшее применение находят рупоры, образованные из этих волноводов.

Если расширение прямоугольного волновода происходит только в одной плоскости, то получаемый таким образом рупор называют секториальным. При расширении волновода в Н-плоскости такой секториальный рупор называется Н-плоскостным (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Н-плоскостной секториальный рупор

При расширении волновода в Е-плоскости такой секториальный рупор называется Е-плоскостным (рис. 3.2).

Секториальные рупоры позволяют сузить диаграмму направленности только в той плоскости, в которой производится расширение. В другой плоскости диаграмма направленности остается такой же, как и диаграмма направленности в этой же плоскости открытого конца волновода, из которого образован рупор. Таким образом, секториальные рупоры создают диаграмму направленности веерного типа.

Рис. 3.2. Е-плоскостной секториальный рупор

Для сужения диаграммы направленности в обеих плоскостях применяют пирамидальный рупор, который образуется путем расширения волновода в обеих плоскостях.

Если ребра пирамидального рупора сходятся в одну точку, то его называют остроконечным. Пирамидальный рупор, у которого это условие не выполняется, называют клиновидным (рис. 3.3).

Расширяющийся круглый волновод образует конический рупор (рис. 3.4). Особенностью этих рупоров с волной типа Н₁₁ является то, что их диаграмма направленности по форме приближается к поверхности тела вращения, что удобно при использовании их в качестве облучателей зеркальных антенн.

Биконические рупоры образуются двумя усеченными конусами, имеющими общую ось (рис. 3.5). Такие рупоры имеют ненаправленную диаграмму направленности в плоскости, перпендикулярной оси конусов. Ширина диаграммы направленности в плоскости оси зависит от угла при вершине конусов и высоты последних.

В рупорах возбуждаются волны того же типа, что и в питающих их волноводах. Однако плоский фронт волны в волноводе при переходе в рупор превращается в сферический (в пирамидальных и конических) или в цилиндрический (в секториальных).

Рис. 3.3. Пирамидальный рупор

Рис. 3.4. Конический рупор

Рис. 3.5. Биконический рупор

При переходе волны из волновода в Е-секториальный рупор фазовая скорость остается прежней, поскольку размер широкой стенки сохраняется (L_H = a). При выходе волны из рупора ее фазовая скорость скачком изменяется до величины скорости света, что вызывает частичное отражение энергии от конца рупора обратно в волновод.

В Н-секториальном рупоре расширяется широкая стенка волновода от величины, а в начале антенны до величины L_H в ее конце. Следовательно, на протяжении всей длины рупора фазовая скорость постепенно снижается до величины, близкой к скорости света. Согласование волновода с антенной улучшается.

Сферическая волна в рупоре создает поле в его раскрыве, отличающееся от синфазного (рис. 3.6).

Длина центрального луча равна R_E, а перефирийного

.

Разность хода лучей

.

Рис. 3.6. Распространение волны в рупоре

.

Для антенн с длинным рупором R_E >> 0.5 L_E и (0.5/R_E)²<<1. Можно воспользоваться приближенным равенством

при α<<1.

Тогда

.

Разность хода лучей ΔR_E вызывает запаздывание фазы ΔR_E (2π/λ). Допустимым запаздыванием в плоскости Е считают ΔR_E (2π/λ)≤ 0.5π, поскольку при сдвиге фаз между двумя векторами в 90⁰ суммарный вектор еще достаточно велик и равен 1.41Е (вместо 2Е при отсутствии сдвига фаз). Приняв допустимый сдвиг по фазе 0.5π, получим

,

откуда

. (3.1)

В плоскости Н поле Е на краях раскрыва рупора равно нулю, поэтому можно допустить большее отклонение фазы – до 0.75 π, тогда

. (3.2)

Из рис. 3.6 видно, что при увеличении длины рупора (R₁ > R_E) разность хода лучей уменьшается (ΔR₁ < ΔR), что приводит к уменьшению фазового сдвига на раскрыве рупора.

В случае конического рупора

, (3.3)

где 2R₀ - диаметр раскрыва конического рупора.

Рупора, для которых уравнения (3.1), (3.2), (3.3) являются равенствами, называются оптимальными.

Диаграмма направленности рупорной антенны в плоскости Н определяется выражением

. (3.4)

Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности

[рад]; (3.5)

[град]. (3.6)

Ширина главного лепестка диаграммы направленности

[рад]; (3.7)

[град]. (3.8)

Диаграмма направленности рупорной антенны в плоскости Е определяется выражением

. (3.9)

Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности

[рад]; (3.10)

[град]. (3.11)

Ширина главного лепестка диаграммы направленности

[рад]; (3.12)

[град]. (3.13)

Параметры диаграммы направленности получены при следующих допущениях:

• отсутствует затекание токов на внешнюю поверхность рупора;

• поле в раскрыве рупора синфазно.

Коэффициент направленного действия рупорной антенны

, (3.14)

где S = L_H L_E.

Эффективная площадь раскрыва рупорной антенны

. (3.15)