Описание экспериментальной установки

Структурная схема установки соответствует рис. 2. Лабораторная работа реализована в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн с использованием СВЧ генератора Г4–83. Внешний вид установки с указанием её основных элементов представлен на рис. 3. В качестве исследуемой антенны 6 применяется сложная антенна, в которой формирование характеристики направленности в вертикальной плоскости происходит за счет рупорной насадки, а форма характеристики направленности в горизонтальной плоскости образуется за счёт интерференции электромагнитных полей, создаваемых двумя одновременно запитываемыми волноводно-щелевыми антеннами. Запитка волноводно-щелевых антенн производится в центре антенны через волноводный Е-тройник 5. Волноводно-щелевые антенны построены при использовании переменно-фазных излучающих щелей на широкой стенке прямоугольного волновода, образующего устройство распределения мощности. На концах волноводов установлены короткозамыкатели.

Рис. 3. Внешний вид лабораторной установки:

1 – генератор, 2 – регулятор частоты излучения, 3 – регулятор мощности излучения, 4 – фидер, 5 – волноводный тройник, 6 – исследуемая антенна, 7 – поворотный механизм с отсчётным лимбом, 8 – приёмная антенна, 9 – детекторная секция, 10 – вольтметр.

Режимы работы волноводно-щелевых антенн зависят от величины сдвига фаз токов, возбуждающих соседние щели. Если частота сигнала такова, что расстояние между соседними щелями по оси волновода составляет половину длины волны в волноводе, то волноводно-щелевые антенны работают в синфазном режиме, при этом суммарная ДН всей антенны имеет один главный лепесток и ориентирована перпендикулярно к оси волноводно-щелевых антенн. При изменении частоты сигнала изменяется величина сдвига фаз токов в соседних щелях, и волноводно-щелевые антенны переходят в режим наклонного излучения. При этом суммарная диаграмма направленности раздваивается, образуются два одинаковых главных лепестка, смещенных симметрично в различные стороны относительно первоначального положения. Величина смещения зависит от величины перестройки частоты сигнала.

Вся передающая антенна 6 расположена на поворотном механизме 7, позволяющем вращать антенну в азимутальной плоскости с помощью рукоятки. Отсчёт углового положения антенны производится по лимбу, размещённому на поворотном механизме 7. Мощность от генератора 1 подводится к исследуемой антенне по фидеру 4, образованному отрезками коаксиального и прямоугольных волноводов и содержащему вращающееся сочленение, размещённое внутри поворотного механизма 7.

В качестве вспомогательной приёмной антенны 8 в лабораторном стенде используется пирамидальная рупорная антенна. Принятый сигнал подается на детекторную секцию 9 , с выхода которой продетектированное напряжение поступает на вход индикатора, в качестве которого применяется цифровой вольтметр 10.

Порядок выполнения работы

Предупреждение: выполнение работы связано с излучением радиоволны из передающей антенны. Не разрешается разворачивать антенну в процессе работы в сторону аудитории.

1. Включить генератор Г4–83 тумблером СЕТЬ. Установить режим непрерывной генерации (кнопка «НГ»). Прогреть аппаратуру в течение 10-15 мин. Вращая рукоятку перестройки частоты генерации 2, настроить генератор на частоту 10 ГГц. Вращая рукоятку ВЫХОД mWI 3, настроить генератор на максимальную выходную мощность. Включить цифровой вольтметр 10 и убедиться, что показания индикаторного прибора зависят от уровня СВЧ мощности.

2. Поворачивая антенну рукояткой поворотного механизма 7, оценить ширину ДН антенны и определить положение, при котором наблюдаются максимальные показания на индикаторе. Отсчитать по лимбу поворотного механизма угол , соответствующий этому положению. Выбрать шаг измерения ДН исследуемой антенны, учитывая, что в пределах главного лепестка должно быть не менее 5 отсчётов.

3. Измерить ДН антенны в горизонтальной плоскости в пределах главного и первых боковых лепестков, внося результаты в таблицу 1.

4. Установить частоту генератора 9 ГГц и выполнить измерения ДН на этой частоте. Результаты занести в таблицу 2, аналогичную таблице 1.

5. Выполнить измерения ДН на частоте генератора 8 ГГц. Результаты занести в таблицу 3, аналогичную таблицам 1 и 2.

6. По данным таблиц 1–3 построить ДН исследуемой антенны в декартовых координатах. Выполнить числовые оценки ширины ДН и уровня боковых лепестков антенны для синфазного режима работы.

Таблица 1.

, град
, В