Антенные измерения. Измерение диаграмм направленности

Страницы работы

Содержание работы

АНТЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

1. Измерение диаграмм направленности

При экспериментальной разработке конструкций антенн, а также для проверки характеристик изготовленных в производстве серийных антенных устройств необходимо проведение специальных высокочастотных измерений.

Обычно основными измеряемыми характеристиками являются диаграммы направленности, коэффициент усиления и входные сопротивления. Кроме этого, конечно, может возникнуть необходимость в измерении и других параметров: поляризационной характеристики, амплитудного и фазового распределения поля (токов), к.п.д., КНД, эффективной поверхности или действующей высоты и др.

В данном курсе рассматриваются схемы и методика измерения диаграмм направленности, коэффициента усиления, фазы поля и входных сопротивлений.

Типичная блок-схема измерения диаграмм направленности представлена на рис. 68. Согласно этой схеме, испытуемая антенна устанавливается на поворотном устройстве на высоте hнад землей (полом) и на расстоянии Rот передающей неподвижной антенны, к которой подводится высокочастотная мощность от генератора. К выходу испытуемой антенны подключается приемное устройство с индикатором.

Измерение диаграммы направленности производится путем отсчета уровня принимаемого сигнала в процессе поворота испытуемой антенны.

Целесообразно процесс измерения автоматизировать, применяя индикаторы, способные представить диаграмму направленности графически на электронно-лучевой трубка с послесвечением либо на ленте в виде осциллограммы. При этом развертка луча (пера) индикатора (регистратора) и вращение испытуемой антенны должны быть синхронизированы.

Точность измерения диаграмм направленности в основном зависит от следующих факторов:

1) При небольших расстояниях Rи значительных размерах испытуемой антенны а фронт приходящей волны в пределах размера а не будет плоским, и это может вызвать


появление фазовых искажений квадратичного типа. Подобное же наблюдается в рупорных антеннах (см. § 1.2).

Вследствие этого результат измерения не будет соответствовать реальным условиям, когда падающая волна,   приходящая с больших расстояний, действительно является плоской.

Допустимыми фазовыми искажениями на краю антенны можно считать π/8 ÷ π/2. Тогда, согласно формуле фазовых искажений для рупорной антенны с раскрывом а и длиной R, получаем

/

Отсюда расстояние Rдолжно быть не менее

.                                                        (63)

Помимо фазовых искажений в испытуемой антенне возможно появление и амплитудных искажений. Это связано с тем, что главный лепесток диаграммы направленности передающей антенны может оказаться слишком узким, и приемная антенна будет облучаться неравномерно.

Если главный лепесток передающей   антенны аппроксимировать функцией

, где  — ширина главного лепестка по  нулям   и   равно , и допустить спад амплитуды поля на краю испытуемой антенны до 0,95, то допустимая минимальная ширина лепестка составит

.                                                          (64)

Наконец, выбор расстояния Rдолжен исключать передачу энергии от антенны к антенне за счет поля ближней и промежуточной зоны. Для этого расстояние между антеннами должно по крайней мере на порядок превышать эффективные размеры обеих антенн и рабочую длину волны.

2) При наличии вблизи антенн отражающих предметов или поверхностей необходимо принимать меры для ослабления паразитной составляющей поля, принятой приемной антенной посредством отражения от этих предметов.

Поэтому желательно предельно сужать диаграмму передающей антенны, подавляя излучение в сторону мешающих предметов. Кроме того, те элементы измерительной установки, которые не могут быть вынесены из поля антенн, должны иметь наименьший коэффициент отражения. Для этого их следует выполнять из диэлектрических материалов с возможно меньшим εr. Особенно в этом отношении желательно применение пенопластов с диэлектрической проницаемостью εr 1,05 ÷ 1,1.

Кроме этого, можно использовать и специальные поглощающие экраны, например для экранировки металлических конструкций установки.

Влияние поверхности Земли, пола, потолка и стен помещения частично может быть ослаблено, если диаграмма направленности зеркально отображенной передающей антенны (рис. 69) будет иметь нуль в направлении на испытуемую антенну, или путь отраженного от Земли поля будет перегорожен металлическим или поглощающим экраном (рис. 69).

Чтобы добиться нужного положения нуля диаграммы подбирают высоту установки антенн h(расстояние от стен, потолка) в соответствии с формулой

.                                                    (65)

Наряду с этим на Землю между антеннами можно устанавливать и экран.

Необходимость использования указанных мер устанавливается путем пробных измерений при различном взаимном расположении антенн и отражающих предметов, то

есть при различных фазах прямого и отраженных полей. Существенная разница в форме полученных диаграмм направленности указывает на сильное влияние отраженных полей и необходимость их подавления.

3) В процессе измерения диаграмм направленности должны быть исключены колебания принимаемого сигнала, не связанные с диаграммой направленности испытуемой антенны.

К таким возможным колебаниям относятся нестабильность мощности и частоты генератора, изменение коэффициента передачи в фидерном тракте вращающейся антенны вследствие изгиба кабеля или несовершенства вращающегося сочленения и, наконец, нестабильность характеристик приемника.

Кроме этого, должно быть обращено внимание на то, чтобы при вращении приемной антенны она не перемещалась в пределах диаграммы направленности передающей антенны. Для исключения такой ошибки следует фазовый центр исследуемой антенны размещать в непосредственной близости от продолжения оси ее вращения (рис. 68).

4) Точность измерения диаграммы направленности   в значительной степени зависит от амплитудной характеристики приемника, вернее от точности, с которой она нам известна.

Поскольку приемник всегда содержит ряд нелинейных элементов, то показания индикатора непропорциональны напряжению на выходе приемной антенны. Чтобы учесть эту нелинейность, характеристика приемника заранее измеряется путем подачи на вход приемника высокочастотного напряжения, изменяющегося по любому известному закону в пределах рабочих амплитуд. Например, изменение входного напряжения может быть получено с помощью калиброванного аттенюатора или любым другим доступным способом, скажем путем вращения короткого диполя в поле передающей антенны. В последнем случае напряжение на выходе диполя будет меняться по известному закону, являющемуся диаграммой направленности диполя. Устанавливая ряд значений угла θ, можно получить необходимое и заранее известное изменение входного напряжения на приемнике.

Похожие материалы

Информация о работе