Методика экспериментального исследования

Описание лабораторной установки Исследуется двухвибраторная антенна с возможностью настройки пассивного вибратора в режимы рефлектора и директора на частоте 1,2 ГГц = 25 см). Ее эскиз с указанием размеров приведен на рис. 5.16. Исследуемая антенна используется как приемная. Согласно принципу взаимности, ее ДН для режимов приема и передачи совпадают.

В качестве сопротивления настройки пассивного вибратора в двухэлементной антенне используется реактивный шлейф — короткозамкнутый (КЗ) отрезок двухпроводной линии. Перемещение КЗ мостика меняет входное сопротивление шлейфа, которое рассчитывается по формуле:

где р_ш = 276 lg (2/)_ш /<^_ш) — волновое сопротивление шлейфа.

Рис. 5.16. Эскиз двухвибраторной антенны:

• 1) активный вибратор, 2) пассивный вибратор, 3) детекторный диод, 4) конденсатор,
• 5) КЗ мостик

Приемная антенна устанавливается на поворотное устройство, снабженное шкалой для отсчета углов поворота. Ток детектора регистрируется микроамперметром. Передающая антенна выполнена в виде вибраторной антенной решетки. Схема измерений показана на рис. 5.17. Измерения производятся при работе ВЧ генератора типа Г4— 121 в режиме непрерывных колебаний на частоте/= 1,2 ГГц (X = 25 см).

Рис. 5.17. Схема измерений:

1) передающая антенна, 2) исследуемая антенна, 3) детектор Моделирование характеристик многоэлементной антенны с последующей оптимизацией выполняется при помощи программы MMANA.

Расчетное задание.

• 1. Расчет элементов настройки и ДН двухвибраторной антенны:
  • а) по графикам на рис. 5.4 определить оптимальные значения реактивного сопротивления Х_п + Х_т, соответствующие максимальным КЗДдля режимов рефлектора и директора, вычислить Х_2Н. При расчете использовать значение d/k из табл. 5.1;
  • б) рассчитать соотношение амплитуд, а и фаз ср токов в вибраторах и соответствующие им ДН в соответствии с (5.2)—(5.4) для двух режимов. При расчете ДН угол необходимо менять в интервале от — 180° до 180° с шагом 2-^10°. Полученные ДН следует нормировать к максимальному значению;
  • в) рассчитать длины шлейфов для двух режимов, используя значения Х_2И, найденные в п. а), и формулу (5.7).

Таблица 5.1

Варианты расчетных заданий.

2. Создать и исследовать в программе MMANA модель многовибраторной антенны на частоте 1200 МГц согласно вариантам табл. 5.1 по методике, описанной ранее. Провести оптимизацию по максимальному КЗД (F/B), коэффициенту усиления (GAIN), минимальному КСВ (VSWR).

Экспериментальная часть.

• 1. Включить генератор, прогреть в течение 5 минут и настроить его на частоту 1200 МГц. Кабель питания передающей антенны присоединить к выходу «Некалиброванный выход».
• 2. Установить на штатив двухвибраторную антенну, выставив предварительно требуемое по варианту расстояние между вибраторами d/k.

Настроить антенну в режим рефлектора. Для этого повернуть ее пассивным вибратором к источнику излучения и перемещением КЗ мостика шлейфа добиться минимума тока индикатора. Записать найденную длину шлейфа. Повернуть антенну максимумом диаграммы направленности в сторону передающей антенны. Установить регулировочной ручкой на поворотном устройстве максимальное показание микроамперметра. На генераторе установить такой уровень мощности, при котором стрелка микроамперметра будет находиться в положении 80—90 мкА. Поворачивая антенну в интервале углов 0 -s- 360° с шагом 10 т^- 15°, снять зависимость тока уровня сигнала на приемнике U(0) от угла поворота антенны. Построить ДН /''(О), учитывая квадратичность вольт-амперной характеристики диодного детектора:

где U" — максимальное значение величины сигнала на приемнике.

• 3. По экспериментальной ДН определить КЗД антенны, ширину главного лепестка ДН по уровню 0,707 (половинная мощность).
• 4. Настроить пассивный вибратор в режим директора (для этого повернуть антенну активным вибратором к источнику излучения и перемещением КЗ мостика шлейфа добиться минимума тока индикатора). Снять экспериментальную ДН по методике п. 2. Построить ДН. Определить КЗД антенны, ширину главного лепестка ДН по уровню 0,707.
• 5. Рассчитать характеристики антенны в программе MMANA.
• 6. Собрать на макете многовибраторную антенну, рассчитанную в программе MMANA. Измерить ее характеристики на стенде. Провести анализ изменения ширины ДН, КЗД и КСВ по сравнению с двухвибраторной антенной.

Отчет о результатах эксперимента должен содержать:

• 1) цель работы;
• 2) эскизы исследуемых антенн и схемы измерений;
• 3) результаты расчетного задания: длины шлейфов и ДН двухвибраторной антенны для двух режимов, ДН многовибраторной антенны, построенной при помоши программы MMANA;
• 4) графики расчетных и экспериментальных ДН в полярных координатах (на одном рисунке поместить расчетную и соотвегствующую экспериментальную ДН). Для каждой ДН должны быть указаны ширина главного лепестка и КЗД;
• 5) выводы о соответствии расчетных и экспериментальных данных.