Измерение характеристик антенных устройств. Основные параметры антенн. Вибраторные антенны. Электрический симметричный полуволновый вибратор, страница 2

Антенны в виде открытого конца волновода отражают значительную часть энергии, не излучая её в свободное пространство (коэффициент отражения достигает 0,25-0,3), и обладают слабой из антенн этого класса направленностью (КНД =6-7дБ). Для увеличения направленности и умень-шения отражения от открытого конца волновода применяют рупора. Если прямоугольные волноводы расширять в плоскости широ-кой стенки, то получается Н-секториальный рупор, в плос-кости узкой стенки – Е-секториальный, а если в обеих плоскостях – пирамидальный (рис.3). Равномерным расши-рением круглого волновода получается конический рупор.

В раскрыве рупора образуется электромагнитное поле со взаимно перпендикулярными векторами Е и Н. Амплитудное распределение поля в раскрыве пирамидального рупора равномерно вдоль оси у и изменяется по косинусу вдоль оси х. Поверхность равных фаз векторов поля не является плоской, а имеет цилиндрическую форму в секториальных рупорах и сферическую – в пирамидальных. Это ухудшает ДН рупорной антенны по сравнению с ДН плоской излучающей поверхности.

КНД рупорной антенны связан с геометрией рупора и длиной волны λ формулой:

КНД = ,                                               (1.3) где S – площадь раскрыва рупора, η – коэффициент использования поверхности, зависящий от вида амплитудно-фазового распределения возбуждения в раскрыве и других факторов.

Параметры рупорной антенны улучшаются с увеличением длины рупора R и его раскрыва S. Однако увеличение раскрыва при постоянной длине приводит к большей несинфазности поля в раскрыве. Поэтому существует оптимальное соотношение между длиной рупора и его раскрывом.

В  случае  оптимального  рупора  имеем:  ширина  ДН в плоскости Е 2θ_0,7Е = 53⁰;  ширина  ДН  в  плоскости  Н  2φ_0,7Н = 80⁰;  η = 0,52,  где  a_p и b_p – соответственно размер раскрыва вдоль осей x и y.

Применяются также узкоугольные рупора, у которых фазовое распределение поля в раскрыве близко к синфазному. Ширина ДН таких рупоров в плоскости Е равна 2θ_0,7Е = 51⁰, в плоскости Н - 2φ_0,7Н = 69⁰, коэффициент использования поверхности η = 0,81. То есть электрические характеристики таких рупоров несколько лучше, однако при том же раскрыве они имеют большую длину.

ДН синфазного рупора вычисляется по формулам:

F_E (θ) =                  (1.4)

F_H(θ) =           (1.5)

Здесь λ/λ_В =  угол θ отсчитывается от нормали к раскрыву.

2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

АНТЕННЫ

2.1. Измерение диаграммы направленности

Лабораторные установки позволяют измерять ДН антенн двумя методами: путем непосредственного отсчета по измерительному прибору и методом замещения с помощью калиброванного аттенюатора.

При измерении ДН первым методом используется блок схема, изображенная на рис.4.

Исследуемая антенна работает в передающем или приемном режиме, вспомогательная антенна при этом работает соответственно в приемном или передающем режиме. Антенны располагаются на поворотных устройствах, позволяющих вращать их в одной или двух плоскостях. ВЧ генератор рабо-тает в режиме непрерывной генерации или в режиме амплитудной модуляции меандром. В первом случае в качестве измерительного прибора используется милливольтметр постоянного тока, во втором – переменного тока.

Измерения выполняются следующим образом:

1.  Собрать измерительный стенд, антенны разместить на поворотных устройствах. Включить генератор и измерительный прибор, дать им прогреться.

2.  Совместить плоскость, в которой необходимо измерить ДН, с плоскостью вращения поворотного устройства. Совместить плоскость поляризации вспомогательной антенны с плоскостью поляризации измеряемой компоненты поля.