Исследование диаграмм направленности, поляризационных и диапазонных свойств антенн типа “Симметричный вибратор”

1.По средней частоте диапазона, заданной преподавателем, вычислить геометрические размеры четвертьволнового вибратора L:

L = λ/4; λ = c/F; c = 3·10⁸м/сек.

2.По определенным в результате расчета геометрическим размерам установить длины вибраторов приемной и передающей антенны. В качестве передающей антенны всегда используется симметричный четвертьволновый вибратор с металлическим экраном - контррефлектором. Изменение длин вибраторов осуществляется путем вворачивания или выворачивания трубок на оси (6) (рис.9).

3.Измерить диаграммы направленности исследуемой антенны в плоскости Е и Н. Для измерения диаграммы направленности в плоскости Е выполнить следующие операции.

3.1.Сориентировать передающую и приемную антенну так, чтобы их плоскость Е совпала бы с вертикальной. Для этого повернуть приемную и передающую антенны вокруг своей продольной оси в обойме (1) (рис.9). Произвести предварительную юстировку антенн.

3.2.Поворачивая приемную антенну вокруг вертикальной оси с помощью поворотного устройства, снять зависимость показаний измерительного прибора усилителя q от угла поворота a. Угол менять от 0 до 180 градусов, вращая антенну по и против часовой стрелки. Вращению по часовой стрелке соответствует положительное, а против часовой стрелки - отрицательное значение угла поворота. Данные измерений занести в таблицу 1. При выбранной ориентации антенны ее вращение вокруг вертикальной оси не должно приводить к изменению показаний прибора. Поэтому шаг изменения угла может быть выбран порядка 10 градусов.

Таблица 1.Диаграмма направленности симметричного четвертьволнового вибратора. F= ,L= .

3.3.В результате конструктивных особенностей реальной антенны, влияния отражений от окружающих предметов и многих других факторов, диаграмма направленности симметричного вибратора отлична от круговой. Поэтому показания прибора q не остаются неизменными при вращении антенны. Из всех значений q следует выбрать максимальное q_mах и произвести нормировку диаграммы направленности. Для этого определить нормированное значение мощности на выходе приемной антенны q_n по формуле:

q_n = q/ q_mах .

Для антенны с плоским контррефлектором диаграмма направленности имеет один выраженный максимум q_mах , совпадающий с углом поворота a = 0 .

4.Измерить диаграмму направленности вибраторной антенны в плоскости Н. Для этого выполнить следующие операции.

4.1.Сориентировать передающую и приемную антенну так, чтобы их плоскость Н совпала бы с вертикальной. Для этого повернуть приемную и передающую антенны вокруг своей продольной оси в обойме (1) (рис.9). Произвести предварительную юстировку антенн.

4.2.Отметить показания измерительного прибора усилителя q_max, соответствующие нулевому значению угла поворота антенны. В результате проведенной предварительной юстировки оно соответствует главному максимуму диаграммы направленности исследуемой антенны. Показания прибора прямо пропорциональны мощности, которая поступает с выхода приемной антенны.

4.2.Поворачивать приемную антенну с помощью поворотного устройства по часовой стрелке до тех пор, пока показания измерительного прибора не уменьшаться в два раза.

4.3.Отметить значение угла поворота антенны. Этот угол определяет ширину диаграммы направленности исследуемой антенны a_0.5 .

4.4.Повернуть антенну в положение, соответствующее нулевому отсчету угла (максимальные показания измерительного прибора усилителя).

4.5.Измерить ненормированную диаграмму направленности исследуемой антенны. Для этого снять зависимость показаний измерительного прибора q от угла поворота антенны a . Угол изменять с постоянным шагом, выбрав его так, чтобы в пределах ширины диаграммы направленности уложилось не менее 5 отсчетных точек. Измерения проводить меняя угол от 0 до 180 градусов и вращая антенну по часовой стрелке. Результаты измерений занести в таблицу 2.

4.6.Отметить показания прибора q_min , соответствующие повороту антенны на 180 градусов. Вычислить коэффициент защитного действия КЗД по формуле:

КЗД = q_mах / q_min .

4.7.Повторить измерения ненормированной диаграммы направленности антенны в соответствии с пунктом 4.5., вращая ее против часовой стрелки. Такому повороту соответствует отрицательное значение угла поворота.

Таблица 2.

4.8.Произвести нормировку диаграммы направленности. Для этого определить нормированное значение мощности на выходе приемной антенны q_n по формуле:

q_n = q/ q_mах .

5.Произвести измерение диаграммы направленности симметричного вибратора с плоским контррефлектором. Она используется в качестве передающей в данном лабораторном макете. Повторить операции, предусмотренные пунктами 3 – 4 , вращая с помощью поворотного устройства не приемную, а передающую антенну.

6.Произвести измерение диаграммы направленности симметричного вибратора с длиной плеча ¾ длины волны. Для этого по средней частоте диапазона, заданной преподавателем, вычислить геометрические размеры вибратора L:

L = 3λ/4; λ = c/F; c = 3·10⁸м/сек.

Повторить операции, предусмотренные пунктами 2 – 4.

7.Произвести исследования поляризационных свойств симметричного четвертьволнового вибратора. Для этого выполнить следующие операции.

7.1.Сориентировать передающую и приемную антенну так, чтобы их плоскость Н совпала бы с горизонтальной. Произвести предварительную юстировку антенн. При этом приемная и предающая антенны ориентированы максимумами диаграммы направленности друг на друга, а отсчет по шкале поворотного устройства соответствует 0 градусов. Отметить показания измерительного прибора усилителя q₀ и занести их в таблицу 2.

7.2.Повернуть приемную антенну вокруг горизонтальной оси на угол 90 градусов, удерживая ее от продольного перемещения. При этом с горизонтальной плоскостью уже совпадает плоскость Е приемной антенны.

7.3.Отметить показания измерительного прибора усилителя q₉₀ и занести его в таблицу 2.

7.4.Вычислить коэффициент поляризации р по формуле:

р = q₀ / q₉₀.

7.5.Изменяя угол поворота приемной антенны a с шагом, заданным преподавателем, измерить зависимость коэффициента поляризации от a . Угол менять в пределах от 0 до 180 градусов, вращая антенну по и против часовой стрелки. Измерения коэффициента поляризации проводить согласно методике, описанной выше. Данные измерений занести в таблицу 2.

Табдица 2 Поляризационные свойства симметричного вибратора. L=

8.Произвести измерения диапазонных свойств исследуемой антенны.Для этого выполнить следующие операции.

8.1.Изменяя в небольших пределах частоту генератора, добиться максимальных показаний измерительного прибора усилителя. Поскольку определение геометрических размеров антенны производилось по приближенным формулам, а также вследствие неточности сборки антенны, она оказывается не настроенной точно в резонанс. В этом пункте производится ее точная настройка и определение резонансной частоты F_рез , которой соответствует максимальные показания прибора Q_mах . Как и ранее, показания прибора прямо пропорциональны принимаемой мощности.

При изменении частоты генератора может в небольших пределах изменяться мощность на его выходе. Она индексируется с помощью стрелочного индикатора на лицевой панели генератора. Перед началом исследований диапазонных свойств антенны отметить показания этого индикатора и при изменениях частоты производить подстройку выходной мощности генератора с помощью грубого (∆) и точного (∆∆)регуляторов уровня выходной мощности.

8.2.Снять зависимость принимаемой мощности (показания измерительного прибора q) от частоты генератора F. Данные измерений занести в таблицу3. Частоту генератора изменять до тех пор, пока показания прибора не уменьшаться а 2,5 раза. Изменение частоты производить сначала в сторону уменьшения, а затем - в сторону увеличения относительно F_рез. Для качественного исследования диапазонных свойств антенны, необходимо получить не менее 10 отсчетных точек.

Таблица 3.Диапазонные свойства симметричного вибратора. L=

Определять нормированное значение мощности на выходе приемной антенны q_n следует по формуле:

q_n = q/ Q_mах .

8.3.Построить зависимость нормированной мощности q_n от частоты F. По этой зависимости определить полосу пропускания антенны по уровню половинной мощности. Для определения полосы пропускания DF на построенной зависимости отметить два значения частоты F₁ и F₂ , соответственно большее и меньшее F_рез. Величина DF определиться по формуле:

DF = F₁ - F₂ .