Антенны и распространение радиоволн (Лабораторная работа 1)

Лабораторная работа No1
Линейная антенная решетка
(выполняется обязательно)

Цель занятия: исследовать электрические характеристики антенной решетки

Основные теоретические сведения. Как известно, одиночный симметричный вибратор обладает слабо выраженными направленными свойствами. Поэтому для формирования узких диаграмм направленности из одиночных вибраторов формруют системы, называемые антенными решетками. Линейной решеткой называют систему излучателей, расположенных в линию (или ряд).
Синфазной равноамплитудной решеткой называется система излучате-лей, токи в которых имеют одну и ту же фазу и амплитуду. Решетка называет-ся эквидистантной, если расстояние между излучателями, назывемое шагом решетки, одинаково. Наиболее распространенной в радиосвязи и радиовеща-нии является синфазная эквидистантная равноамплитудная решетка. В этом случае множитель системы без учета направленных свойств элемента решетки имеет вид
, (1)
где n - количество излучателей в решетке,
d - шаг решетки.
Из формулы видно, что F () изменяется от 0 до 1, принимая значения, равные нулю при условии:
( ) sin = (m+1) (2)

или – единице, если
( ) sin = ( ) (2m+1), (3)
здесь m=0,1,2,3...... .
Наличие периодических функций в формуле (1) показывает, что диа-грамма направленности имеет многолепестковый характер. Ширину главного лепестка 0 по нулевому излучению можно определить, положив в формуле (2) m = 0, тогда:
. (4)
При больших размерах решетки синус в формуле (4) без заметной погрешно-сти можно заменить аргументом:
0= . (5)
Как следует из (5), ширина главного лепестка диаграммы направленно-сти зависит как от количества элементов решетки, так и от ее шага. Синфаз-ные эквидистантные равноамплитудные решетки имеют сравнительно боль-шие уровни боковых лепестков. Для их уменьшения амплитуды токов по направлению от середины решетки к краям последовательно уменьшают (неравноамплитудные решетки) или увеличивают расстояние между излучате-лями в направлении к краям решетки (неэквидистантные решетки). Управлять диаграммой направленности можно также, изменяя фазы токов в отдельных излучателях (фазированные решетки). Более подробно с антенными решетка-ми можно познакомиться, воспользовавшись литературой [1, 2].
Используя учебную программу с помощью ЭВМ можно анализировать направленные свойства различных вариантов линейных решеток.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит ширина главного лепестка диаграммы направленности синфазной решетки, количество и уровень боковых лепестков?
2. Как влияет количество элементов в синфазной решетке на диаграмму
направленности при фиксированных размерах решетки?
3. От чего зависит КНД синфазной решетки?
4. Как зависит уровень боковых лепестков от количества элементов решет-ки?
Литература
1.Г.Н. Кочержевский, Г.А. Ерохин, Н.Д. Козырев. Антенно-фидерные устрой-ства. Радио и связь, 1989, 351с.
2.Л.К. Андрусевич, А.А. Ищук. Антенно-фидерные устройства. СибГУТИ, 2006, 181с.
Порядок выполнения работы
1.В папке " Expres_Test " вызвать из библиотеки программ ЭВМ тему «Ли-нейная антенная решетка», запустив программу "TEST.EXE".
2. Перед тем, как приступить к выполнению задания, рекомендуется ответить на предложенные программой вопросы.
3. В случае положительной оценки после приступить к выполнению задания, запустив из папки " Lab.pab "программу "Практическое занятие 1".(Prak1).
Задача No 1
Исходные данные
1. Решетка излучателей эквидистантная, равноамплитудная, синфазная.
2. Количество излучателей n=2, 5, 10, 20, 40.
3. Шаг решетки d / = 0,5.
Задание
Исследовать зависимость ширины главного лепестка диаграммы направ-ленности 0, уровней первых двух боковых лепестков E1б, Е2б, и КНД от n. Ре-зультаты вычислений занести в таблицу 1.
Таблица 1
n
 2
 5
 10 20 40
00     
Е1б     
Е2,б     
КНД     
По результатам вычислений построить зависимости 0 = f (n), Е1б = f (n), Е2б = f (n), КНД = f (n).
Задача No 2
Исходные данные
1. Решетка эквидистантная, равноамплитудная, синфазная.
2. Количество излучателей n = 10.
3. Шаг решетки d / = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4;0,5.
Задание
Исследовать зависимость ширины главного лепестка диаграммы направленности, уровня 1-го бокового лепестка и КНД от d / .
Результаты вычислений записать в таблицу 2.
Таблица 2
d /  0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
00     
Е1б     
КНД     
По результатам вычислений построить графики зависимостей 0 = f(d / ), Е1б = f(d / /), КНД = f (d / ).
Задача No 3
Исходные данные
1. Решетка эквидистантная, равноамплитудная, синфазная.
2. Число линейных излучателей n.
3. Шаг решетки d / = 0,5.
4. Фиксированная длина решетки.


Задание
1. Определить ширину главного лепестка диаграммы направленности решетки 0, уровень 1-го бокового лепестка в зависимости от n, при условии, что величина nd=const. L = nd = 1.5 - размер решотки.
Результаты вычислений занести в таблицу 3.
Таблица 3
n 3 4 7 11 16
00     
Е1б     
По результатам вычислений построить графики зависимостей
0=f(n), Е1б=f(n).
Задача No 4
Исходные данные
1. Решетка синфазная, эквидистантная, неравноамплитудная.
2. Число линейных излучателей n= 10.
3. Шаг решетки d/ = 0,5.
4. Закон распределения амплитуды токов в излучателях вида:

J (n) = 1 - (1 - ) Xnm ,

где Xnm - нормированное расстояние n-го элемента от центра решетки,
- отношение амплитуды тока в крайнем элементе к амплитуде тока в центральном элементе решетки («пьедестал»).
5. Значение пьедестала изменяется в пределах от 0 до 1.
Задание
Исследовать зависимость ширины главного лепестка диаграммы направ-ленности, уровня 1-го бокового лепестка и КНД от .
Результаты вычислений занести в таблицу 4.
Таблица 4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
00      
Е1б      
КНД      

По результатам вычислений построить графики зависимостей 0 = f(), Е1б=f( ), КНД = f().
Задача No 5
Исходные данные
1. Решетка эквидистантная, равноамплитудная, несинфазная.
2. Число излучателей n = 10.
3. Относительное расстояние между излучателями d / = 0,5.
4. Закон распределения фазы токов в излучателях вида:
F( ) = х, х2, х3,
где х – линейный закон, х2 – квадратичный закон, х3 – кубический
закон. Величины , , – разность фаз токов в соседних элементах ре-
шетки ( дискрет фазы), х – относительное расстояние элемента решетки, от-считываемое от центра решетки.
Задание
Исследовать зависимость ширины главного лепестка диаграммы направ-ленности 0, уровня 1-го бокового лепестка Е1б и угла наклона ДН 0 от дискрета фазы для линейного закона распределения фазы. Для квадратич-ного и кубического законов распределения исследовать зависимость формы ДН от дискрета фазы . Зарисовать ДН для двух последних случаев.
Результаты вычислений занести в таблицу 5.
Таблица 5

40 80 100 180
00    
Е1б    
0
   
По результатам вычислений построить график зависимостей 0 = f ( ), Е1б=f ( ), 0 = f ( ).

Отчет должен содержать результаты работы с выводами по каждо-му пункту проведенных исследований.

Работа зачтена без замечаний.