Антенны и распространение радиоволн (Лабораторная работа 3)

Лабораторная работа No3
Плоские раскрывы
(ВЫПОЛНЯЕТСЯ ОБЯЗАТЕЛЬНО)

Цель занятия: исследование направленных свойств плоских раскрывов
Основные теоретические сведения. Антенны с прямоугольным и круглым рас-крывами (апертурами) нашли широкое применение в диапазоне СВЧ. Примерами таких антенн являются рупорные, параболические, рупорно-линзовые антенны, из-лучатели в виде открытых концов прямоугольных и круглых волноводов.




Рис 2. Типы рупоров

На рис. 2 (а,б) изображена рупорная антенна с прямоугольным и круглым раскры-вом.
Поле излучения таких антенн определяется по известному распределению поля в их раскрыве (на рис.2 заштрихованная поверхность). Это позволяет рассматри-вать элементарные площади раскрыва как элементы Гюйгенса, а всю излучающую поверхность как непрерывную решетку из элементов Гюйгенса. В этом случае формула для диаграммы направленности таких антенн имеет вид

F(j) = F1 (j) Fс (j), (1)

где F1 (j) - множитель , учитывающий направленные свойства элемента Гюйгенса,
Fс (j) - множитель системы, учитывающий направленные свойства решетки из элементов Гюйгенса [1,2] .
Направленные свойства рассматриваемых антенн зависят от распределения амплитуды поля в раскрыве, а также фазовых искажений (фазовых «ошибок»). В случае идеальной плоской синфазной поверхности, когда амплитуда поля в любой точке поверхности постоянна и фазовые ошибки отсутствуют, коэффициент направленного действия равен
  , (2)
где S =LE LH - площадь прямоугольного раскрыва,
S = p R2 - площадь круглого раскрыва.
У реальных антенн поле в их раскрыве распределено неравномерно, и име-ются фазовые искажения. Это приводит к тому, что коэффициент направленного действия реальных антенн меньше, чем идеальных. Уменьшение коэффициента направленного действия принято оценивать введением понятия эффективной пло-щади раскрыва. Тогда коэффициент направленного действия реальных антенн определяется, как
, (3)
где Sэфф– эффективная площадь раскрыва. Эффективной площадью раскрыва при-емной антенны называется отношение мощности, извлекаемой антенной из поля плоской электромагнитной волны Pвх (мощность на входе приемника), к средней по времени плотности потока мощности волны П ( вектор Пойнтинга ) в месте распо-ложения приемной антенны:
. (4)
Понятие эффективной площади справедливо и для раскрыва передающей ан-тенны.
В случае апертурных антенн эффективную площадь раскрыва удобно также определять как площадь эквивалентной антенны с синфазным и равноамплитуд-ным распределением поля в раскрыве при условии, что обе антенны излучают одинаковую мощность. В этом случае отношение эффективной площади антенны к ее геометрической площади называется коэффициентом использования ее раскры-ва (КИП):
  . (5)
Контрольные вопросы
1.Как зависит ширина главного лепестка диаграммы направленности раскрыва от его линейных размеров?
2.Как влияет на диаграмму направленности ( ДН) излучающего раскрыва распре-деление амплитуды поля в его раскрыве?
3.Что такое коэффициент использования поверхности (КИП), и от чего он зависит?
4.Как зависит ДН раскрыва от его формы?
Литература
1.Г.Н. Кочержевский, Г.А. Ерохин, Н. Д. Козырев. Антенно-фидерные устройства. - М.: Радио и связь, 1989, 351с.
2. Г.З. Айзенберг, В.Г. Ямпольский, О.Н. Терешин. Антенны УКВ. ч. 1.- М.: Связь, 1997, 382с.
3. 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 «Плоский круглый раскрыв», 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, запу-стив из папки " Lab.pab " программу "Практическое занятие 3".(Prak3).
Задача No1
Исходные данные
1. Отношение радиуса раскрыва к длине волны R0/l .
2. Вид амплитудного распределения по раскрыву.
3. Пьедестал , характеризующий амплитуду поля на краю раскрыва по отноше-нию к амплитуде поля в центре раскрыва.
4. Степень М (в программе этот параметр заменён на n), характеризующая кру-тизну убывания амплитуды поля к краям раскрыва.
Во всех случаях М (или n) можно менять от 1 – 3, а - 0-1, с шагом 0.2.
В тех случаях, когда параметр фиксируется, но не указано его конкретное зна-чение студент выбирает самостоятельно это значение, исходя из конкретной задачи. При этом нужно понимать, как влияет данный параметр на результат, в противном случае результат может быть не корректным.
Задание
Изменяя отношение R0 / l и зафиксировав все остальные данные, получить зависимоcть ширины основного лепестка ДН, интенсивности 1-го бокового лепест-ка, КИП и КНД от размера раскрыва. Результаты наблюдений занести в таблицу 1.
Таблица 1
R0/l 
j00 
Е1б 

На основании таблицы 1 построить графики зависимостей j0 = f (R0/l), Е1б=f(R0/l), КИП=f(R/ ), и КНД=f(R0/ ).
Задача No2
Задание
Изменяя М и зафиксировав все остальные данные, оценить изменение шири-ны главного лепестка ДН, уровня первого бокового лепестка, КИП и КНД. Резуль-таты наблюдений занести в таблицу 2.

Таблица 2
M 
КИП 
КНД 
На основании таблицы 2 построить графики зависимостей =f(M), Е1Б=f(M), КИП= f(М), КНД= f(М).
Задача No3
Задание
Зафиксировав показатель степени М и изменяя вид амплитудного распре-деления (изменяя пьедестал ), оценить изменения ширины главного лепестка ДН 0, уровня первого бокового лепестка Е1б, КИП и КНД.
Результаты наблюдений занести в таблицу 3.
Таблица 3


КИП 
КНД 
На основании таблицы 3 построить графики зависимостей 0=f( ), Е1б=f( ), КИП = f( ), КНД = f( ).
Задача No4
Задание
Сравнить ширину главного лепестка, уровень первого бокового лепестка ДН,КИП и КНД круглого и квадратного раскрывов при условии, что диаметр круг-лого раскрыва 2R равен стороне квадрата (а). Пьедестал задается преподавате-лем. Результаты расчета занести в таблицу 4.
Таблица 4
Раскрыв КИП КНД
Круглый  
Квадратный  

Отчет должен содержать результаты работы с выводами по каждому пункту проведенных исследований.

Работа зачтена без замечаний