Файл: Реферат пояснительная записка содержит 60 страниц, 14 таблиц.pdf

49
Таблица 3.2 Измеренный коэффициент передачи S
21
Коэффициент передачи S
21
при одном открытом порте
Коэффициент передачи S
21
при всех закрытых портах
-0,72 дБ
-17,3 дБ
Учитывая потери, вносимые диодом (-0,3 дБ), получаем, что шлейф коммутатора вносит дополнительные потери, равные -0,42 дБ.
Оба эти исследования свидетельствуют о том, что основные потери происходят в схеме разветвления типа «созвездие». Поэтому следующим шагом стало исследование схемы разветвления. Для этого 7 из 8 шлейфов были отрезаны в месте разветвления, а затем проведено измерение коэффициента передачи на единственной подключенной линии. Полученные результаты приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 Результаты измерений
Коэффициент передачи S
21
КСВ
-1,63 дБ
2,7
По данным результатам можно сделать следующие выводы:
1) схема разветвления типа «созвездие» вносит дополнительное затухание равное -0,91 дБ;
2) При отсоединении семи линий, произошло рассогласование устройства по входу.
Проведя комплекс исследований, можно отметить, что схема разветвления типа «созвездие» имеет некоторую собственную ёмкость, а также при отрезанных от неё шлейфах имеет короткие ответвления, образующие шлейфы ХХ, что так же эквивалентно ёмкости. Получаем, что линии передачи имеют собственную индуктивность, которая улучшает согласование устройства;
В результате получаем, что для лучшего согласования устройства по входу необходимо добавить либо катушку индуктивности, либо конденсатор непосредственно к месту разветвления всех линий.

50
3.2
Макетирование и исследование второго варианта
коммутатора
Изготовление макета проводилось по той же технологии, которая описана в предыдущей главе, но вместо подложки высотой H = 2 мм использовалась подложка высотой H = 1 мм. По окончании процесса разработки была реализована схема, изображённая на рисунке 2.19. Для этого в работе были использованы всё те же чип-конденсаторы ёмкостью 1000 пФ, ограничительные резисторы номиналом 1 кОм и pin диоды типа КА517А-2. В итоге был получен макет, изображённый на рисунке 3.5, а на рисунке 3.6 изображён вид снизу.
Рисунок 3.5 – Макет коммутатора
Рисунок 3.6 – Макет коммутатора вид снизу

51
С целью исследования зависимости коэффициента передачи и КСВ от номиналов конденсаторов, было принято решение впаять на разных шлейфах конденсаторы различных ёмкостей. В таблице 3.4 приведены номиналы использованных конденсаторов. Все измерения проводились с помощью векторного анализатора цепей «OBZOR TR1300/1», изображённого на рисунке 3.2.
Таблица 3.4 Тип и номиналы конденсаторов
Номер шлейфа
№ 1
№ 2
№ 3
№ 4
№ 5
№ 6
№ 7
№ 8
Блокировочный
(перед разъёмом)
150 пФ
100 пФ
100 пФ
100 пФ
150 пФ
120 пФ
150 пФ
120 пФ
Конденсатор в
цепочке питания
100 пФ
100 пФ
100 пФ
100 пФ
100 пФ
100 пФ
150 пФ
120 пФ
По результатам исследования можно сделать следующее заключение:
1)
В качестве блокировочного конденсатора перед разъёмом желательно использовать конденсатор с номиналом 120 пФ;
Конденсатор с номиналом 100 пФ нужно использовать в цепочке питания, подключенный последовательно к катушке индуктивности.
На рисунках 3.7 и 3.8 приведены измеренные частотные зависимости коэффициента передачи S
21
при подаче напряжения на pin диод и отсутствии напряжения на нём, соответственно.
Рисунок 3.7 – Частотная зависимость коэффициента передачи S
21
при подаче напряжения на pin диод

52
Рисунок 3.8 – Частотная зависимость коэффициента передачи S
21 при отсутствии напряжения на pin диоде
На рисунках 3.9 и 3.10 приведены измеренные частотные зависимости коэффициента отражения S
11
и КСВ по входу коммутатора.
Рисунок 3.9 – Частотная зависимость коэффициента отражения S
11
Рисунок 3.10 – Частотная зависимость КСВ

53
Получили, что на заданной частоте коэффициента отражения S
11
равен
-21,28 дБ, а КСВ равен 1,11.
Далее в таблице 3.5 приведены измеренные коэффициенты передачи
S
N1
на всех портах коммутатора.
Таблица 3.5 Измеренные коэффициенты передачи S
N1
Коэффициент передачи
S
21
S
31
S
41
S
51
S
61
S
71
S
81
S
91
S
21
, дБ при U = 12 В
-1,23
-1,16
-1,1
-1,04
-0,94
-1,1
-1,03
-1,28
S
21
, дБ при U = 0 В
-26
-25
-24,3
-25,06
-24,4
-26
-24
-24
Полученные характеристики имеют погрешность измерения
±(0,1÷0,2) дБ. Данная погрешность была замечена во время снятия характеристик устройства. Возможные причины: изношенность кабелей подключаемых к выходам и входу коммутатора и некачественная пайка разъёмов.
На рисунке 3.11 изображена точка согласования коммутатора по входу на номограмме Вольперта-Смита.
Рисунок 3.11 – Положение точки согласование на номограмме Вольперта-Смита
По приведённым данным можно сделать вывод, что полученные характеристики коммутатора полностью совпадают с расчётными значениями. При использовании описанных элементов, вряд ли, возможно получить характеристики, значительно, лучше имеющихся.

54
3.3
Макетирование и исследование секторной антенны
В соответствии с полученными размерами модели из алюминиевых листов был собран макет одного угла секторной антенны, изображённый на рисунке 3.12.
Рисунок 3.12 – Макет угла секторной антенны
Затем, с помощью векторного анализатора цепей «OBZOR TR1300/1», изображённого на рисунке 3.2 была снята ДН по значениям коэффициента передачи в зависимости от угла поворота антенны. Для этого угол макет антенны был установлен на ПУ, как показано на рисунке 3.13.
Рисунок 3.13 – Установка антенны на ПУ

55
По формуле 3.1 была определена дальняя зона антенны: r ≥ (2*D
2
)/λ = 886 мм,
(3.1) где r – расстояние от фазового центра антенны; D = 574 мм – максимальный габаритный размер антенны (размер апертуры); λ - длина волны в свободном пространстве.
В соответствии с полученным результатом проводилось снятие ДН антенны, как это показано на рисунке 3.14. На расстоянии 1,5-2 метров была установлена антенна типа волновой канал, которая излучала в направлении установленного макета на ПУ. Затем, изменяя угол поворота уголковой антенны, были сняты значения коэффициента передачи S
21
,
Рисунок 3.14 – Измерение ДН антенны
Измеренные значения коэффициента передачи
S
21
были отнормированы по формуле 3.2 и по полученным результатам построена ДН антенны (рисунок 3.15). max
)
(
)
(
U
U
F



,
(3.2)

56
Рисунок 3.15 – ДН макета уголковой антенны
Форма ДН, полученная экспериментальным путём, соответствует форме ДН (рисунок 1.2), полученной при моделировании антенны. К тому же стоит учитывать условия, в которых проводилось измерение ДН антенны.
Для получения точной формы ДН измерения необходимо проводить в безэховой камере, но в связи с её загруженностью и востребованностью измерения проводились доступным методом.
Анализируя экспериментальные данные, можно сделать вывод, что макет сконструирован правильно и соответствует расчётным данным, в чём можно убедиться по результатам, приведённым далее.
На рисунке 3.16 изображен график частотной зависимости коэффициента отражения S
11
По результатам измерений получены следующие значения:
1) коэффициент отражения S
11
равен -28,993 дБ;
2) КСВ антенны равен 1,073.

57
Рисунок 3.16 – График частотной зависимости коэффициента отражения S
11
На рисунке 3.17 изображен график частотной зависимости КСВ антенны.
Рисунок 3.17 – График частотной зависимости КСВ антенны
На рисунке 3.18 изображено положение точки согласования антенны по входу на номограмме Вольперта-Смита.

58
Рисунок 3.18 – Положение точки согласования антенны по входу на номограмме
Вольперта-Смита
По номограмме (рисунок 3.18) видно, что устройство согласованно на заданной частоте.

59
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения данной работы были разработаны две модели антенн с электронным сканированием пространства в горизонтальной плоскости. Удалось обеспечить на требуемом уровне (≥ -2 дБ) провал ДН в равносигнальном направлении. Был изготовлен макет секторной антенны в виде одного из восьми секторов. Сняты основные характеристики антенны.
Результаты макетирования и моделирования, в целом, схожи. Получить макет кольцевой ФАР не удалось из-за задержек при проектировании АС.
Также была разработана квадрифилярная антенна для стабилизации связи с метеорологическим зондом при прохождении последним области над
АС, в направлении которой изначально образовывалась слепая зона.
К предложенным антеннам разработано два варианта коммутатора.
По результатам расчётов проведено макетирование. Получены все основные характеристики устройств и обоснован выбор одно из двух вариантов.
Однако оба варианта, в основном, ориентированы на работу в составе АС с секторной антенной, т.к. в них производится коммутация одного из восьми каналов. А для кольцевой ФАР требуется коммутация сразу четырёх каналов.
Чтобы обеспечить работу конечных макетов в составе с данной ФАР необходимо дополнительно провести комплекс мер по согласованию коммутаторов.
В процессе работы были освоены навыки работы с пакетами AWR DE,
Ansys HFSS и способы измерения характеристик микроволновых устройств.
Поставленное задание в рамках данной диссертации выполнено успешно.

60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/108667/Метеорологическая станция
2. http://www.ntpo.com/patents_electronics/electronics_4/ electronics_322.shtml
3. Проектирование антенных систем СВЧ. Методические указания и задания к курсовому проекту для студентов всех форм обучения радиотехнических специальностей. Наймушин М.П., Панченко Б.А.,
Шабунин С.Н., УГТУ-УПИ, 1993 4. http://www.univer.omsk.su/omsk/Edu/Rusanova/tetrangl.htmhttp:// www.planar.chel.ru/Products/Measurement%20instrument/tr1300 5. Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И. Воскресенского Изд. 2-е, доп. и перераб. – М.: Радиотехника, 2006. – 376 с.: ил.
6. Техническая электродинамика.
Учебное пособие для вузов
Ю.В. Пименов, В.И. Вольман, А.Д. Муравцов, 2000. 536 с.
7. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. Г.Т. Марков, Д.М. Сазонов, 1970. 528 с.