Распределение тока в вибраторе

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.А.Н.ТУПОЛЕВА

 

Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций (ИРЭТ)

 

 

Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем (РТС)

 

 

 

Н.Г. Воробьев

 

 

Методические указания к лабораторной работе № 601

 

« Исследование вибраторных антенн »

 

Лабораторная работа по дисциплине «Антенны средств связи»

Для студентов, обучающихся по специальностям 2010,

(для всех форм обучения)

 

 

Казань, 2007 г.

 

Содержание

1. Краткие сведения из теории   2. Симметричный вибратор   3. Несимметричный вибратор.   4. Добротность антенны   5. Полоса согласования антенны   6. Петлевые вибраторы.   7. V-образные вибраторы.   8. Влияние плоского проводящего экрана (рефлектора) на входное сопротивление симметричного вибратора   9. Вибраторы с шунтовым питанием.   10. Возбуждение симметричных вибраторов несимметричной линией (коаксиальным кабелем).   11. Полуволновой вибратор с симметрирующим шлейфом.   12. Симметрирующее устройство шелевого типа   13. ¡- образная схема согласования вибратора   14. Возбуждение вибратора коаксиальным кабелем в смещенной точке питания     Возбуждение симметричного вибратора с симметрирующим у стройством на магнитосвязных линиях   16. Примеры конструкций и схем построения антенн базовых и вещательных станций и бортовых антенн ЛА   17. Симметричные вибраторы с расширенной диаграммой направленности в Е-плоскости   18. Несимметричный вибратор «ножевого» типа   19. Измерение входного сопротивления на измерительной линии.   20. Согласование линии передачи с нагрузкой.   21. Согласование с помощью реактивного шлейфа.   22. Описание экспериментальной установки   23. Порядок выполнения работы. Варианты заданий.   24. Моделирование эксперимента на ЭВМ   35. Экспериментальная часть   26. Оформление отчета.   27. Контрольные вопросы.

 

 

Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование влияние геометрических и конструктивных параметров вибраторных антенн на их входное сопротивление.

1) Моделирование лабораторного эксперимента с макетом антенны на ЭВМ.

2) Измерение входного сопротивления исследуемых вибраторов.

3) Согласование вибратора с линией с помощью реактивного шлейфа.

4) Исследование входного сопротивления симметричного вибратора расположенного над проводящим экраном.

5) Оценка полосы согласования симметричного вибратора при узкополосном согласовании.

6) Исследование входного сопротивления несимметричного вибратора.

7) Изучение конструкций вибраторных антенн базовых станций.

Подготовка к работе. Для выполнения работы необходимо изучить материал, содержащийся в настоящем описании. Более подробные сведения можно найти в литературе [1], [2].

Краткие сведения из теории

Симметричный вибратор

 

Симметричный вибратор (рис. 1) представляет собой тонкий прямолинейный проводник длиной 2l и диаметром 2а; (l>>а), у которого в точках, симметричных относительно середины проводника, токи равны по величине и имеют одинаковое направление.

Диаграмма направленности

 

Электрическая компонента поля излучения вибратора в предположении синусоидального распределения тока на вибраторе (1) имеет вид,

(3)

соответственно нормированная диаграмма направленности симметричного вибратора будет определяться выражением

(4)

где q - угол, отсчитываемый от оси вибратора (рис. 3).

Из выражения (4) следует, что пока полная длина вибратора не превосходит длины волны(), максимум диаграммы излучения получается в направлениях, перпендикулярных оси вибратора и в диаграммах отсутствуют боковые лепестки. Когда становится больше, чем l, в диаграмме появляются боковые лепестки, а уже при направления максимума диаграммы излучения получаются не в направлениях, перпендикулярных к оси вибратора, а под углом к ней. При значительном увеличении отношения максимум диаграммы прижимается к оси провода. Излучение вдоль оси вибратора отсутствует при любых длинах.

Соответственно, для полуволнового вибратора диаграмма направленности из выражения (4) будет

(5)

Диаграмма направленности полуволнового вибратора приведена на рис.3.

Несимметричный вибратор

 

Несимметричный вибратор может быть образован из любого симметричного вибратора, если последний рассечь идеально проводящей плоскостью, проходящей через точку нулевого потенциала перпендикулярно его оси. Каждая половина такой антенны вместе с проводящей плоскостью может рассматриваться как несимметричный вибратор. Параметры такой антенны могут быть определены из аналогичных параметров симметричного вибратора методом зеркального изображения. Питание такой антенны удобнее всего осуществить несимметричной линией, центральный проводник которой подключается к плечу вибратора, а наружный проводник к проводящей плоскости.

Конструктивно несимметричный вибратор состоит из плеча вибратора (токонесущего провода или системы проводников) и противовеса (проводящего экрана, плоскости, системы проводников).

Согласно метода зеркального изображения поле излучения несимметричного вибратора расположенного над проводящей плоскостью и его входное сопротивление, могут быть определены из аналогичных характеристик симметричного вибратора, образованного несимметричным вибратором и его зеркальным изображением в проводящей плоскости на которой он расположен (рис). Согласно этого метода, поле излучения и диаграмма направленности несимметричного вибратора совпадает с полем излучения симметричного вибратора в полупространстве над этой плоскостью.

 

Величина входного сопротивления несимметричного вибратора Z_нес, согласно метода зеркального отображения, может быть определена как и

 

равна половине входного сопротивления симметричного вибратора Z

Z_нес = Z_вх / 2

Таким образом, например, входное сопротивление четверть волнового вибратора (длина плеча вибратора λ/4) составит 36,6 +j21) Ом.

Для согласования низкого входного сопротивления несимметричного вибратора с фидером в конструкциях несимметричных вибраторов часто используют схему верхнего питания (рис.6). При этом входное сопротивление резонансного вибратора с синусоидальным распределением тока в раскрыве зависит от точки подключения фидера hх

 

где R_∑вп - сопротивление излучение вибратора с верхним питанием.

 

 

Добротность антенны

 

Частотная характеристика резонансной антенны при небольшой расстройке от резонансной частоты подобна характеристике колебательного контура. Поэтому полоса пропускания простых антенн (в том числе настроенных резонансных симметричного и несимметричного вибраторов) может быть определена по аналогии с полосой пропускания колебательного контура. (Рис.5). Широкополосные свойства таких резонансных нагрузок характеризуются параметром Q, который называется добротностью антенны. При условии, что на центральной частоте антенна идеально согласована (Кст = 1.) величина этой добротности обратно пропорциональна относительной ширине полосы согласования антенны по уровню Кст = 2,6.

Добротность полуволнового вибратора без учета потерь может быть определена из соотношения

Q = p´r ¤ 4R_S (13)

 

Из этого уравнения следует, что чем меньше эквивалентное волновое сопротивление вибратора и больше его сопротивление излучения, тем меньше добротность антенны и больше полоса согласования.

Полоса согласования антенны

 

Полоса согласования определяется как непрерывная полоса частот, внутри которой К_CT не превышает заданную величину K_CTдоп. При оптимальном узкополосном согласовании такой нагрузки, когда на средней частоте f₀ и длины согласующих отрезков минимальные, максимально достижимая полоса частот для антенны с добротностью Q_а может быть приближенно рассчитана с помощью формулы

(14)

По этой причине одним из широко распространенных методов, расширения полосы согласования антенн, является уменьшение ее добротности за счет уменьшения волнового сопротивления вибратора. Уменьшение этого сопротивления достигается путем увеличения поперечных размеров плеч вибратора. Для этого, плечи вибратора выполняются в виде цилиндров большого диаметра, широких проволочных сеток, металлических пластин, а также пучков, расходящихся веером или образующих конические или цилиндрические поверхности проводов. Уменьшение волнового сопротивления в таких вибраторах связано с увеличением погонной емкости и уменьшения погонной индуктивности (в соответствии с известным соотношением , где L₁ и C₁ – погонные индуктивность и емкость).

Если длина вибратора отличается от резонансной, то для компенсации реактивной составляющей входного сопротивления в вибратор вводится настраивающие катушки индуктивности и конденсаторы. Величина Кст в подводящем фидере, нагруженном на вибратор, в полосе частот может быть определена по его входному сопротивлению

, где Г- коэффициент отражения в подводящем фидере . (15)

Подключение симметричного вибратора к несимметричной линии (например, к коаксиальной) осуществляют через симметрирующее устройство, которое представляет собой переход от несимметричной линии к симметричной.

Петлевые вибраторы

Петлевые вибраторы (шлеф-вибратор Писталькорса) Рис. 6 представляют собой разновидность симметричного вибратора, плечи которого выполнены в форме петли, образованной двумя проводниками длиной 2 l, расположенных параллельно друг другу на расстоянии D<<l. Длина петли равна L=4 l +2D. Линия, питающая вибратор, подсоединяется к одному проводнику. На резонансной частоте L=l и в петле устанавливается стоячая волна тока с амплитудой в пучности I₀. При этом токи в обоих проводниках имеют одинаковую фазу и амплитуду. Таким образом, излучение системы из двух проводников можно рассматривать как излучение одного эквивалентного вибратора с током в пучности I_э=2I₀. Сопротивление излучения такой антенны и активную часть входного сопротивление можно определить, приравнивая мощности излучения эквивалентного симметричного и петлевого вибраторов .

Отсюда,

, (16)

 

т.е. входное сопротивление резонансного петлевого вибратора питаемого в пучности тока составляет около 300 Ом. Изменением диаметров проводников d₁ и d₂ петлевого вибратора и расстояния между ними D это сопротивление можно изменять в пределах (150 – 400)Ом.

Вибраторы этого типа используются как излучатели с повышенным входным сопротивлением, что является удобным для их согласования с симметричной двухпроводной линией. Кроме того, конструкция этих излучателей позволяет крепить их на траверсах антенн, не нарушая симметрии излучателя, т.к. середина неразрезанного свободного проводника петлевого вибратора в точке пучности тока является точкой нулевого потенциала. Эта точка, как было отмечено выше, используется для крепления вибратора к металлической штанге. В частности, эта одна из причин, почему в антеннах типа волновой канал в качестве активного излучателя часто используют петлевой вибратор. В таких конструкциях узел подключения питания активного вибратора с коаксиальным кабелем связан с его узлом крепления на штанге и не нарушает симметрии антенны. Согласование большого входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением кабеля обеспечивается применением симметрирующих устройств обеспечивающих трансформацию входного сопротивления 1/4. Такую трансформацию обеспечивают симетрирующие устройства типа U-колена и устройства на магнитосвязанных линиях и др.

V-образные вибраторы

V-образные вибраторы представляют собой проводник длиной 2 l изогнутый по

центру на угол 2f (Рис.7 – где L — длина плеча антенны; f — половина угла

раскрыва V-образной антенны).

Антенны такого типа в свободном пространстве обеспечивают излучение без энергетических провалов. Поляризационная структура поля излучениятаких антенн имеет сложный характер. В отдельных секторах поле имеет эллиптическую поляризацию, а в плоскости вибратора и в продольной ортогональной ей плоскости поляризация линейная. В системах связи эти антенны обычно располагают горизонтально и используют их в качестве антенн горизонтальной поляризации с ненаправленной диаграммой в азимутальной плоскости. На рис. 8 приведены нормированные диаграммы направленности полу­волновой уголковой антенны в азимутальной (горизонтальной) плоскости. В этой плоскости меридиональная составляющая поля отсутствует. По мере уменьшения угла Ф диаграмма становятся более равномерной. График зависимости коэффи­циента равномерности К_р от угла Ф приведен на рис. 9. Из рисунка видно, что наи­больший коэффициент равномерности, достижимый с помощью полуволновой уголковой антенны, равен 0,615. Все диа­граммы направленности рассчитаны в предположе­нии, что антенна расположена в свободном простран­стве.

Сопротивление излучения полуволновой уголковой антенны в зависимости от угла Ф, расположенной в свободном пространстве приведена на (Рис.10). С уменьшением этого угла сопротивление излучения антенны падает и соответственно уменьшается величина активной составляющей входного сопротивления.

Таким образом, требования ненаправленного излуче­ния антенны в азимутальной плоскости и приемлемой для согласования с фидером величины ее активной со­ставляющей входного сопротивления противоречивы. Компромиссом с точки зрения выполнения этих тре­бований, как следует из характеристик, приведенных на рисунках 9 и 10, является угол раскрыва антенны f равный примерно 80⁰. Поэтому уголковая антенна обычно представляет собой гори­зонтальный V-образный вибратор с углом раскрыва при вершине около 80°.

 

Влияние плоского проводящего экрана (рефлектора) на входное сопротивление симметричного вибратора

При определении характеристик антенны, расположен­ной вблизи проводящего экрана (рис.11), можно воспользоваться методом зеркальных изображений. Легко установить, что для антенны параллельной экрану с беско­нечной проводимостью, ток в зеркальном отображении противофазный току в антенне и равен ему по величине , а для антенны, перпендикулярной экрану, ток синфазный. Это сле­дует из граничных условий на поверхности металла. Если си­стему вибратор—экран заменить системой двух вибраторов, расположенных симметрично относительно поверхности экрана, а сам экран удалить, то картина электромагнитного поля сохранится именно при указанной фазировке токов в этих двух вибраторах. Используя это представление, задачу о влиянии экрана на входное сопротивление антенны можно свести к задаче о двух связанных вибраторах.

Известно, что сопротивление антенны в системе двух свя­занных антенн состоит из собственного сопротивления и сопротивления, на­веденного током во второй антенне,

(17)

где I₁ и I₂ -токи в первой и второй антеннах.

Для антенны размещенной параллельно экрану I₂/I₁=-1 , а для пер­пендикулярно ориентированной антенны I₂/I₁= 1

В том случае, когда антенна представляет собой перпендикулярный экрану несимметричный вибратор, ее входное сопротивление равно половине входного сопротивления ви­братора удвоенной длины Z _l = Z _2l/ 2

Это следует из принципа зеркаль­ных отражений. Действительно, вибратор совместно со сво­им отражением образует антенну двойной длины, а сопро­тивление, измеренное между одним из зажимов такой антен­ны и экраном, при том же токе относится половине напряжения U_a/2 и соответственно равно половине ее полного сопротивления.

В работе исследуются полуволновый гори­зонтальный вибратор, Рис.11 расположенный параллельно экрану.

Пользуясь зависимостями R₁₂, X₁₂ (Z₁₂=R₁₂+jX₁₂) для двух сязанных полуволновых вибраторов от расстояния между ними (рис.12), можно найти зависимость величины входного сопро­тивления полуволнового вибратора, размещенного па­раллельного экрану от расстояния до экрана. При умень­шении этого расстояния Z_вх стремится к нулю, так как при этом Z₁₂ стремиncя к Z₁₁. При увеличении расстояния сопротивление антенны стремится к ве­личине (73,1 + j42,5) Ом, т.е. к входному сопротивлению полуволнового вибратора расположенного в свободном пространстве. Это происходит потому, что взаимное сопротивление Z₁₂при увеличении расстояния между антеннами стремится к нулю (рис. 12).

При определении Z₁₂ нужно помнить, что расстояние между антенной и ее избражением равно удвоенному расстоя­нию от антенны до экрана.

Такой противофазный, равноамплитудный режим можно использовать для измерения взаимных импедансов с помощью метода зеркального изображения. Согласно этому методу производятся измерения входного сопротивления вибратора сначала в свободном пространстве, а затем при расположении параллельно вибратору большой металлической плоскости, имитирующей экран бесконечных размеров. Измеренная величина входного сопротивления вибратора над плоскостью будет равна

Z_вх=Z₁₁-Z₁₂. (18)

Вычитая из измеренного в отсутствии плоскости полного входного сопротивления вибратора Z₁₁ его полное входное сопротивление Z_вх в присутствии плоскости получим величину взаимного импеданса

Z₁₂=Z₁₁-Z_вх. (19)

 

Примеры конструкций и особенности построения бортовых вибраторных антенн летательных аппаратов

К бортовым антеннам ЛА наряду с конструктивными и механическими требованиями, определяемыми условиями эксплуатации и размещения на ЛА, предъявляются жесткие требования к электрическим характеристикам по согласованию, ширине диаграммы направленности по заданному уровню КУ, поляризационным характеристикам, электрической прочности. Для защиты по статике цепь возбуждения антенн, обязательно должна быть замкнута по постоянному току. Для удовлетворения всем этим требованиям используют специальные конструктивные решения а вибраторные антенны выполняют сложной формы, обеспечивающей формирование требуемой диаграммы. Так для расширения диаграммы направленности симметричного вибратора в Е-плоскости используют криволинейные вибраторы (U-образные, V-образные, Г-образные антенны, антенны с нагрузками в плечах вибраторов и на конце плеч, составные вибраторы, состоящие из кативных и пассивных излучателей взаимно связанных между собой).

Размещение вибраторных антенн на самолетах определяется ви­дом поляризации поля, принятым в данной радиолинии, конструк­тивными особенностями самолета и ориентацией его относительно наземной станции в процессе полета. Вибраторным антеннам при­дают обтекаемую аэродинамическую форму и стараются разме­щать в полостях, закрытых диэлектрическими крышками (обтека­телями), обеспечивающими требуемую аэродинамическую форму поверхности ЛА.

Вибраторные антенны представляют собой, как правило, кон­сольные конструкции и должны выдержать значи­тельные аэродинамические, вибрационные и ударные нагрузки, а также температурные воздействия, возникающие при сверхзву­ковых скоростях. Поэтому они должны обладать большой механической прочностью и жесткостью, тепло- и холодостойкостью.

Несимметричные вибраторы крепятся к обшивке самолета через диэлектрические или металлические (четвертьволновые) изолято­ры. Симметричные вибраторы устанавливаются с помощью специ­альных пилонов и штанг, а также на трубках приемников воздуш­ного давления, балансировочных штангах и т. п. Элементы креп­ления оказывают значительное влияние на характеристики вибра­торных антенн, особенно на их согласование с фидерным трактом. Рассмотрим несколько примеров конструктивного выполнения са­молетных вибраторных антенн и их характеристики.

. Симметричные вибраторы с расширенной диаграммой направленности в Е-плоскости

Круговой обзор в азимутальной плоскости на ЛА обеспечить одним излучателем типа несимметричного вибратора невозможно из-за влияния дифракции поля излучения антенны на корпусе самолета. Для решения этой задачи используют схему построения бортовой АФС состоящие из нескольких антенн установленных с разных сторон ЛА, каждая из которых обеспечивает обзор в заданном секторе кругового обзора. На ряде самолетов используют двух антенный вариант размещения антенн «нос-хвост». Каждая из таких антенн обеспечивает обзор в секторе ± 90⁰. Например, в носовой части ряда самолетов такие антенны устанавливаются на трубки при­емника воздушного давления, предназначенные для измерения скоро­сти. На рис.23 приведен общий вид вибраторных антенн с рефлекторами системы УВД 1 и3 - антенна вертикальной поляризации и системы РСБН 2 и 4 – антенна горизонтальной поляризации, обеспечивающие обзор передней полусферы 180⁰ в направлении полета ЛА. Как видно из рисунка, для обеспечения идентичных диаграмм направленности обеих антенн, обеспечивающих обзор в секторе ±90⁰ в горизонтальной плоскости горизонтальный вибратор 2 в антенне РСБН выполнен П-образной формы.

Симметрирующие устройства для горизонтальных и вертикальных вибраторов расположены во внутренней полости штанги. Антенны формируют кардиоидные диаграммы направленности в горизонтальной плоскости для вертикальной и горизонтальной поляризаций.

На рис.24 показана схема конструкции килевой антенны ответчика РСБН. Антенна представляет U-образный вибратор с удлиненными плечами, прижатыми своими концами к несущей штанге. Это формирует на концах вибратора емкость, благодаря чему вдоль плеч поддерживается равномерное распределение тока.

Запитка антенны осуществляется через согласующий трансформатор и симметрирующее устройство щелевого типа, которое представляет собой четвертьволновые прорези в наруж­ном проводнике коаксиала, в качестве которого использован пилон. На рис.25 приведены диаграммы направленности варианта U-образной антенны (рис. 24), имеющей параметры

.

Другим примером вибраторной антенны, обеспечивающей расширенную диаграмму направленности в Е-плоскости, является многоэлементная антенна (рис.26). Антенна состоит из двух несимметричных вибраторов, запитанных в противофазе и пассивного

 

горизонтального вибратора (Т-об­разный пассивный элемент), расположенного между вершинами несимметричных вибраторов. Вибраторы установлены на торцевой части цилиндрического экрана. Антенна устанавливается в носовой ча­сти самолета перед радиолокатором, по этому для уменшения затинения апертуры зеркала экран антенны выполнен в виде металлической сетки, радиопрозрачной для частоты локатора. Два противофазных несимметричных вибратора (рис.26) за счет емкостной связи с верхней частью Т-образного элемента возбуждают его с двух концов как симметричный вибратор. При этом на его вертикальной стойке токи отсутствуют, так как она находиться в зоне, где суммарное поле несимметричных вибраторов равно нулю. Результирующее поле излучения этой трех элементной антенны с учетом влияния цилиндрического экрана как рефлектора в Е-плоскости характеризуется диаграммой направленности приведенной на рис. 27.

Аналогичными диаграммами обладают другая антенна показанная на рис.28. Антенна предназначена для обзора заднего полупространства по полю горизонтальной поляризации и предназначена для размещения на киле крупноразмерных ЛА. В этой антенне Т-образный элемент выполнен активным симметричным вибратором, плечи которого возбуждают два пассивных несимметричных вибратора, располженных симметрично по краям антенны. Все характеристики атенны аналогичные характеристикам выше описанной трех элементной антенны.

Порядок выполнения работы

 

Содержание и объем исследований устанавливается преподавателем на занятиях

В работе предусмотрено проведение следующих исследований:

Перед началом экспериментальной части работы по указанию преподавателя выполнить моделирование на ЭВМ параметров исследуемых антенн и их согласование в двух проводной линии с помощью реактивного параллельно включенного, короткозамкнутого шлейфа (входное сопротивление – активная и реактивная части, диаграмма направленности). Для чего необходимо воспользоваться программой MMANA [3], которую можно скачать с сайта www.choni.moy.su/. Исходные значения геометрии антенн, необходимые для проведения расчетов, следует брать из задания по экспериментальной части работы.

 

Варианты заданий на выполнение работы

Числовые значения параметров, разделенные наклонной чертой, означают варианты данных для трех бригад: каждая бригада использует значения под своим порядковым номером.

1. Рассчитать смещение точки питания симметричного вибратора из условия его согласования с двухпроводной измерительной линией и произвести экспериментальную проверку результатов расчета. Длина вибратора 2 l = 500мм, диаметр плеч вибратора а = 5мм/ 7.5мм/ 10мм.

2. Определить точки подключения фидера к резонансному полуволновому вибратору с шунтовым питанием, из условия его согласования на резонансной частоте с подводящей двухпроводной линией. Размеры вибратора 2 l = 500мм/ 450мм/ 550мм, диаметр плеч вибратора а = 6мм. Произвести экспериментальную проверку результатов расчета.

3. Снять зависимость входного сопротивления резонансного полуволнового вибратора расположенного параллельно металлической плоскости (рис.11) от расстояния d = 0.05λ/ 0.125λ/ 0.25λ до этой плоскости. Измерить входное сопротивление вибратора в отсутствии плоскости. По результатам измерений рассчитать величину взаимного сопротивления двух противофазных вибраторов расположенных параллельно друг другу на расстоянии 2d. Размеры вибратора 2 l = 350мм, диаметр плеч вибратора а = 10мм.

4. Снять зависимость входного сопротивления V-образного полуволнового вибратора от угла при его вершине 2Ф = 140°/ 110°/ 80°. Размеры плеч вибратора даны в пункте 1.

5. Произвести измерение входного сопротивления полуволнового петлевого вибратора. Результаты измерений сравнить с ожидаемыми теоретическими значениями.

6. Выполнить согласование варианта вибратора по п. 1/ 3/ 4 с помощью параллельного реактивного шлейфа. Для этого необходимо рассчитать на частоте измеренного входного сопротивления антенны согласующее устройство (место включения шлейфа и его длину), см. описание экспериментальной установки.

7. Произвести настройку и измерение согласования вибраторной антенны с симметрирующим шлейфом и J-образной схемой возбуждения.

8. Произвести настройку по согласованию и измерение диаграммы направленности V-образной антенны.

 

 

Экспериментальная часть

На лабораторном макете выполнить измерения коэффициента стоячих волн (К_ст), постоянной распространения в линии передачи (β), волнового сопротивления (Z_в), активной составляющей входного сопротивления (R_вх), реактивной составляющей (Х_вх), полного сопротивления (Z_вх) на разных частотах, для V – образного вибратора в зависимости от угла при его вершине.

Пример выполнения задания

Моделирование на ЭВМ

Рассматривается V-образный полуволновый вибратор с раскрывом 180,140,110 и 90 градусов.

 

Угол между вибраторами 90⁰

Задание координат

Вид линии с распределением токов

Вычисления

 

Угол между вибраторами 110⁰

 

 

Угол между вибраторами 140⁰

 

 

 

 

 

Угол между вибраторами 180⁰

 

 

 

Моделирование симметричного вибратора с возбуждением по двухконтурной схеме согласования (¡- согласование)

 

В процессе эксперимента проследить изменения в характеристике согласования при: 1) изменении величины емкости в согласующем контуре с шагом не более 0,5пф, 2) внести расстройку вибратора путем изменения длин его плеч.

 

 

Характеристика согласования вибратора с возбуждением по двухконтурной схеме

 

Полученные результаты занести в отчет и дать объяснения.

Экспериментальная часть

 

Измерение входного сопротивления и согласования полуволнового вибратора

 

1) Заданная средняя частота f₀=275Мгц

2) Полоса частот ± 50МГц

 

3) Определяем размеры вибратора и выставляем их на лабораторном стенде.

4) Выполняем измерения согласования и входного сопротивления на средней и крайних частотах заданной полосы в соответствии с описанием работы, (см. разделы: измерение входного сопротивления и согласование линии с нагрузкой).

К_ст=4.84

β=0.06283

R_вх=155.003Ом

Х_вх=14.176Ом

|Z_вх|=32.033Ом

 

f=220Мгц

К_ст=11

β=0.000424

R_вх=155Ом

Х_вх=0,238Ом

|Z_вх|=14,091Ом

 

f=325Мгц

К_ст=1,23

β=0.0698

R_вх=155,002Ом

Х_вх=2,834Ом

|Z_вх|=126,019Ом

Идеально согласованной считается антенна, у которой К_ст =1, после проведения эксперименте наиболее близкими к этому значению оказались данные полученные на частоте f=325Мгц. На остальных частотах это значение значительно выше.

Выводы

В выводах необходимо провести сравнение полученных экспериментальных результатов на лабораторной установке и аналогичных результатов моделирования эксперимента.

Оформление отчета

Отчет должен содержать: результаты моделирования на ЭВМ, описание экспериментальной установки и результаты экспериментальных измерений согласно заданию на выполнение работы. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Как можно реализовать емкостное и индуктивное реактивные сопротивления на замкнутом и разомкнутом отрезках линии передачи?

2. При каких условиях вибратора является близким его входному сопротивлению?

3. Объяснить зависимость входного сопротивления вибратора от частоты.

4. Какие вибраторы являются резонансными?

5. В каких точках вы можете крепить вибратор и почему?

6. В каких случаях используют симметрирующие устройства.

7. Как изменяются характеристики V-образного вибратора (его диаграмма направленности, входное сопротивление) от изменения угла при вершине.

8. Как изменяется входное сопротивление вибратора при смещении точки питания?

9. Объяснить параметры входного сопротивления и диаграммы направленности петлевого вибратора.

10. Как изменяется входное сопротивление симметричного вибратора параллельно расположенного металлической плоскости при уменьшении расстояния до нее.

11. Как изменяется взаимное сопротивление двух противофазных симметричных вибраторов параллельно расположенных друг другу при уменьшении расстояния между ними.

12. Объяснить зависимость входного сопротивления вибратора с шунтовым питанием от положения точек подключения к нему подводящей линии.

13. В каких точках подводящей линии может быть подключен реактивный шлейф для обеспечения согласования вибратора на рабочей частоте.

14. В каких точках подводящей линии и какой длины следует подключить согласующий реактивный шлейф для обеспечения максимальной полосы согласования вибратора.

15. Для каких вибраторов вводят понятие добротности.