Исследование характеристик направленности симметричных вибраторов

Лабораторная работа

Выполнил:

студент 629ЗФ группы

Ахметзянов Рустем

Казань 2015г.

1. Описание лабораторной установки

2. Порядок предварительной настройки исследуемых антенн

1.Проверили наличие соединений между элементами схемыкомплекса в соответствии с рис. 2.1:

-кабельный разъем передающей логопериодической антенны с выходом генератора;

-кабельный разъем приемной антенны «Волновой канал» с детекторной секцией;

-выход детекторной секции со входом блока «Регистратор»;

-выход синхросигнала блока «Регистратор» со входом синхронизации генератора.

2.Установили кнопочный переключатель пределов чувствительности блока «Регистратор» в положение 200 мВ включили тумблер «СЕТЬ» на его лицевой панели.

3.Включили генератор. Для этого выполнили следующие операции:

-установили по шкале генератора частоту f=625МГц;

-отжали кнопку «ВЫХОД» в нижнем правом углу лицевой панели генератора;

-включили тумблер «СЕТЬ»;

-нажали кнопку «ВЫХОД» в нижнем правом углу лицевой панели генератора.

4.Ослабили фиксирующий винт короткозамыкателя (15) детекторной секции (рис. 2.3) и, перемещая его в продольном направлении, добились максимальных показаний на цифровой шкале блока «Регистратор».

5.Вращая в небольших пределах фланец (3), связанный с передающей антенной, добились максимальных показаний на цифровой шкале блока «Регистратор».

6.Вращая в небольших пределах фланец (3), связанный с приемной антенной, добились максимальных показаний на цифровой шкале блока «Регистратор».

7.Добились методом последовательных приближений максимальных показаний на цифровой шкале блока «Регистратор», повторяя при необходимости действия, предусмотренные пунктами 7 и 8.

8.Ослабили фиксирующие винты (6) колец (5) передающей антенны. После этого ее поворот осуществляется совместно с фланцем (3)(рис. 2.2).

9.Включили питание поворотных устройств приемной и передающей антенны.

10.Включили питание ПК.

11.Произвели предварительную юстировку приемной и передающей антенны. Для этого необходимо выполнили следующие операции:

11.1.Включили питание генератора и регистратора и установили по шкале генератора частоту, заданную преподавателем.

11.2.Последовательно изменяя угловое положение приемной и передающей антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости, добились появления заметных показаний на цифровой шкале блока «Регистратор».

11.3.Перемещая короткозамыкатель детекторной секции (рис.2.3) добилисьмаксимальных показаний на цифровой шкале блока «Регистратор».

11.4. Последовательно изменяя угловое положение приемной и передающей антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости, добились максимальных показаний на цифровой шкале блока «Регистратор».

11.5.Установили значение нулевого отсчета по всем четырем шкалам, нажав четыре кнопки «> 0<» на пультах «Передающая антенна» и «Приемная антенна».

3. Исследование диаграмм направленности, поляризационных и диапазонных свойств антенн типа “симметричный вибратор”

1.По средней частоте диапазона, вычислили геометрические размеры четвертьволнового вибратора L

F=650МГц

2.По определенным в результате расчета геометрическим размерам установили длины вибраторов приемной и передающей антенны. В качестве передающей антенны всегда используется симметричный четвертьволновый вибратор с металлическим экраном - рефлектором. Изменение длин вибраторов осуществляется путем вворачивания или выворачивания трубок на оси (6) (рис. 2.2).

3.Измерили диаграммы направленности исследуемой антенны в плоскости Е и Н. Для измерения диаграммы направленности в плоскости Е выполнили следующие операции:

3.1.Сориентировали передающую и приемную антенну так, чтобы их плоскость Е совпала бы с вертикальной, и произвести предварительную юстировку антенн.

3.2.Поворачивая приемную антенну вокруг вертикальной оси с помощью поворотного устройства, сняли зависимость показаний измерительного прибора усилителя q от угла поворота a. Угол меняли от 0 до 180 градусов, вращая антеннусначала по часовой стрелке, затем против часовой стрелки. Вращению по часовой стрелке соответствует положительное, а против часовой стрелки - отрицательное значение угла поворота. Данные измерений занести в таблицу 2.1. При выбранной ориентации антенны ее вращение вокруг вертикальной оси не должно приводить к изменению показаний прибора. Поэтому шаг изменения угла может быть выбран порядка 10-20 градусов.

Диаграмма направленности симметричного четвертьволнового вибратора, плоскость E F=650МГц, L=11.5см

Таблица 1

Рисунок 1 к таблице 1 Диаграмма направленности принимающей антенны в плоскости Е

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 произвели нормировку диаграммы направленности. Для этого определили нормированное значение мощности на выходе приемной антенны q_n по формуле: q_n = q/ q_mах.

4.Измерили диаграмму направленности вибраторной антенны в плоскости Н. Для этого выполнили следующие операции:

4.1.Сориентировали передающую и приемную антенну так, чтобы их плоскость Н совпала с вертикальной, и произвели предварительную юстировку антенн.

4.2.Отметили показания измерительного прибора усилителя q_max, соответствующие нулевому значению угла поворота антенны.

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

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

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

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

Диаграмма направленности симметричного четвертьволнового вибратора, плоскость H, принимающая антенна. F=650 МГц, L=11, 5 см

Таблица2

Рисунок 2 к таблице 2 Диаграмма направленности принимающей антенны в плоскости H

- ширина диаграммы направленности

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

В децибеллах:

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

4.8.Произвели нормировку диаграммы направленности. Для этого определили нормированное значение мощности на выходе приемной антенны q_n по формуле(2.2).

5.Произвести измерение диаграммы направленности симметричного вибратора с плоским рефлектором. Повторили операции, предусмотренные пунктами 3 – 4, вращая с помощью поворотного устройства не приемную, а передающую антенну. Занесем данные в Таблицу 3.

Диаграмма направленности симметричного четвертьволнового вибратора с плоским рефлектором, плоскость E, F=650 МГц, L=11, 5 см

Таблица 3

Рисунок 3 к таблице 3 Диаграмма направленности передающей антенны в плоскости Е

На графике видно, что когда передающая антенна повернута на угол больше 110 градусов, то рефлектор блокирует передаваемые сигналы, однако что-то все-таки отражается от стены и доходит до приемной антенны.

Диаграмма направленности симметричного четвертьволнового вибратора с плоским рефлектором, плоскость H, F=650 МГц, L=11, 5 см

Таблица4

Рисунок 4 к таблице 4 Диаграмма направленности передающей антенны в плоскости Н

В децибелах:

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

Такая длина не выставляется.

7.Произвели исследования поляризационных свойств симметричного четвертьволнового вибратора. Для этого выполнили следующие операции:

7.1.Сориентировали передающую и приемную антенну так, чтобы их плоскость Н совпала 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. Отметили показания измерительного прибора усилителя q₀и занести их в Таблицу 5

7.2.Повернули 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.Отметили показания измерительного прибора усилителя q₉₀ и занеслии его в таблицу 5.

7.4.Вычислили коэффициент поляризации р по формуле

р = q₀ / q₉₀. (2.5)

7.5.Изменяя угол поворота приемной антенны a, измерили зависимость коэффициента поляризации от a. Угол меняли в пределах от 0 до 180 градусов. Измерения коэффициента поляризации проводили согласно методике, описанной выше. Данные измерений занести в таблицу 5

Поляризационные свойства симметричного вибратора. L=11, 5см. Таблица 5

a (град.)
(мкВ)						3, 1
(от.ед.)	2, 3	2, 3	2, 4	2, 2	1, 7	1, 4	1, 4	0, 9	0, 4
p	14, 3	13, 9	8, 8	5, 9	2, 9	2, 2	7, 9	18, 9	37, 5
a (град.)
(мкВ)					3, 7
(от.ед.)	0, 6	0, 9	0, 6	0, 4	0, 2	0, 9	0, 8	1, 4	1, 3
p	38, 3	28, 9	30, 0	25, 0	18, 5	14, 4	21, 3	8, 6	8, 5

8.Произвели измерения диапазонных свойств исследуемой антенны. Для этого выполнили следующие операции.

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

8.2.Сняли зависимость принимаемой мощности (показания измерительного прибора q) от частоты генератора F. Данные измерений занести в таблицу 6. Частоту генератора изменяли до тех пор, пока показания прибора не уменьшатся в 2, 5 раза. Изменение частоты производили сначала в сторону уменьшения, а затем - в сторону увеличения относительно F_рез. Для качественного исследования диапазонных свойств антенны необходимо получили не менее 10 отсчетных точек.

Таблица 6

Рисунок 6 к таблице 6

8.3.Построили зависимость нормированной мощности q_n от частоты F. По этой зависимости определили полосу пропускания антенны по уровню половинной мощности. Для определения полосы пропускания DF на построенной зависимости отметили два значения частоты F₁ и F₂, соответственно больше и меньше F_рез. Величина DF определится по формулеDF = F₁ - F₂

Резонанс
		664, 5МГц
		660МГц 666МГц
		6МГц
		0, 9%
		45, 1см
		11, 275см

Длины плеч, соответствующие полученным резонансам, всего на 2мм отличаются от теоретической.

Выводы: исследованы характеристики направленности симметричных вибраторов с рефлектором и без. Также исследованы их диапазонные свойства. Графики получились не симметричные из-за наличия отражающих и поглощающих поверхностей таких как: стены, жалюзи, люди столы и электронные устройства.