Файл: Лабораторная работа 1 " штыревая антенна" Специальность 250503 (Очная форма обучения) Выполнил кт 331гр. Никулина С. С.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 112
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТАФГБОУ ВО “ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова”Кафедра “Радиоэлектроники и информационных технологий”ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1" ШТЫРЕВАЯ АНТЕННА"Специальность: 250503(Очная форма обучения)Выполнил к-т 331гр.Никулина С.С. Проверил Лицкевич С.А.Новороссийск 2022 г.Цель работы:1. Ознакомление с теоретическими основами и принципом работы симметричной и несимметричной вибраторной антенны.2. По расчёту и построению диаграмм направленности (ДН) и определению основных параметров направленного действия вибраторных антенн с использованием специального программного обеспечения.3.Измерение ДН штыревых антенн.Краткие теоретические сведенияГрафическое изображение характеристики направленности называютдиаграммой направленности антенны. Пространственная диаграмма направленности, изображаемая в виде некоторой поверхности. На практике, обычно пользуются плоскостными диаграммами направленности, изображающими зависимость величины напряженности поля от направления в одной из двух главных плоскостей. Главными плоскостями для антенн, излучающих линейно поляризованные волны, называются плоскости, в которых лежит либо векторЕ(плоскость электрического вектора),либо векторН(плоскость магнитного вектора) излученного поля. Диаграммы направленности, выполненные в полярной системе координат, отличаются большей наглядностью. В прямоугольной системе координат можно выбрать любой масштаб по обеим осям и более четко выявить структуру сложных диаграмм, растянув их вдоль оси абсцисс. Обычно широкие диаграммы направленности строят в полярной, а узкие - в прямоугольной системе координат. Для суждения о направленных свойствах антенны представляют интерес не абсолютные значения параметров электромагнитного поля, а их относительное распределение. Поэтому, на практике, наиболее широко используют нормированные характеристики направленности, в которых величины напряженности поля или мощности выражены относительно их максимального значения:
У нормированных диаграмм направленности максимальное значение всегда равно единице (рисунок 1, б). Рисунок 1. Диаграммы направленности полуволнового вибратора в полярной (а) и прямоугольной (б) системах координатШириной диаграммы направленности по половинной мощности называют угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в 0,707 раз по сравнению с максимальной напряженностью поля (рисунок 1). Если снята диаграмма направленности по мощности, то ширина диаграммы определяется на уровне половины от максимальной мощности. Для антенн, располагающихся вблизи земной поверхности, обычно пользуются определениями вертикальной (относительно земли) и горизонтальной поляризации. Поляризация характеризует ориентацию вектора Е в пространстве, через который проходит и плоскость поляризации. Так называемый вертикальный вибратор (относительно земли) излучает и принимает вертикально поляризованные волны (ВПВ), а горизонтальный вибратор - горизонтально поляризованные волны (ГПВ) (рисунок 2). Важными характеристиками антенны, связанными с диаграммой направленности, являются: коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усиления (КУ). Рисунок 2. Виды линейной поляризации: а) вертикальная; б) горизонтальная Симметричные вибраторы относятся к простейшим антеннам. Они широко используются не только самостоятельно, в составе различных линий связи, но и как элементы более сложных антенных систем. Они нашли широкое применение в диапазоне KB и УКВ. Конструктивно представляют собой два проводника одинаковой длины, между которыми включается питающая линия - фидер, соединяющая антенну с передатчиком. Следует учитывать, что свойства любой антенны сохраняются как при ее работе в качестве приемной, так и передающей, если передатчик и приемник подключены с помощью фидера к одним и тем же входным зажимам антенны. Входное сопротивление симметричного вибратора, в общем случае, имеет как активную, так и реактивную составляющие. При длине вибратора, равной или кратной половине длины волны, его реактивное сопротивление обращается в нуль. Такая длина вибратора называется резонансной.
Рисунок 3. Полуволновый вибратор, распределение тока и напряженияВдоль полуволнового вибратора устанавливается половина волны тока и напряжения (рисунок 3). При изменении частоты принимаемого сигнала величина ЭДС на выходе симметричного вибратора также будет изменяться. Это обусловлено, вопервых, изменением реактивной части входного сопротивления антенны, вовторых, изменением характеристики направленности. Если, поддерживая мощность источника сигнала постоянной, снять зависимость ЭДС от частоты, мы получим амплитудно-частотную характеристику антенны. По форме частотной характеристики можно судить о полосе пропускания антенны, о ее диапазонных свойствах. Резонансные свойства антенны также зависят от величины ее волнового сопротивления, которое, в свою очередь, существенно зависит от диаметра вибратора. С увеличением диаметра уменьшается волновое сопротивление и расширяется полоса пропускания антенны. Ток вдоль вибратора нельзя считать равномерно распределеннымI ≠ const, необходимо определить закон изменения тока вдоль вибратора. Несимметричный вибратор (штырь) - это антенна, которая располагается в непосредственной близости к поверхности Земли или на проводящем экране перпендикулярно (очень редко - под углом) к этой поверхности. Если поверхность Земли принять за идеально проводящую и принять во внимание зеркальное отображение, то несимметричный вибратор можно считать половиной эквивалентного ему симметричного вибратора (рисунок 4). Исходя из этого предположения рассчитываются все основные характеристики несимметричного вибратора (штыревой антенны). Рисунок 4. Симметричный вибратор, эквивалентный несимметричномуСопротивление излучения несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку в случае равных величин токов первый излучает в два раза меньшую мощность (нет излучения в нижнее полупространство). Входное сопротивление несимметричного вибратора также в два раза меньше
У нормированных диаграмм направленности максимальное значение всегда равно единице (рисунок 1, б). Рисунок 1. Диаграммы направленности полуволнового вибратора в полярной (а) и прямоугольной (б) системах координатШириной диаграммы направленности по половинной мощности называют угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в 0,707 раз по сравнению с максимальной напряженностью поля (рисунок 1). Если снята диаграмма направленности по мощности, то ширина диаграммы определяется на уровне половины от максимальной мощности. Для антенн, располагающихся вблизи земной поверхности, обычно пользуются определениями вертикальной (относительно земли) и горизонтальной поляризации. Поляризация характеризует ориентацию вектора Е в пространстве, через который проходит и плоскость поляризации. Так называемый вертикальный вибратор (относительно земли) излучает и принимает вертикально поляризованные волны (ВПВ), а горизонтальный вибратор - горизонтально поляризованные волны (ГПВ) (рисунок 2). Важными характеристиками антенны, связанными с диаграммой направленности, являются: коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усиления (КУ). Рисунок 2. Виды линейной поляризации: а) вертикальная; б) горизонтальная Симметричные вибраторы относятся к простейшим антеннам. Они широко используются не только самостоятельно, в составе различных линий связи, но и как элементы более сложных антенных систем. Они нашли широкое применение в диапазоне KB и УКВ. Конструктивно представляют собой два проводника одинаковой длины, между которыми включается питающая линия - фидер, соединяющая антенну с передатчиком. Следует учитывать, что свойства любой антенны сохраняются как при ее работе в качестве приемной, так и передающей, если передатчик и приемник подключены с помощью фидера к одним и тем же входным зажимам антенны. Входное сопротивление симметричного вибратора, в общем случае, имеет как активную, так и реактивную составляющие. При длине вибратора, равной или кратной половине длины волны, его реактивное сопротивление обращается в нуль. Такая длина вибратора называется резонансной.
Рисунок 3. Полуволновый вибратор, распределение тока и напряженияВдоль полуволнового вибратора устанавливается половина волны тока и напряжения (рисунок 3). При изменении частоты принимаемого сигнала величина ЭДС на выходе симметричного вибратора также будет изменяться. Это обусловлено, вопервых, изменением реактивной части входного сопротивления антенны, вовторых, изменением характеристики направленности. Если, поддерживая мощность источника сигнала постоянной, снять зависимость ЭДС от частоты, мы получим амплитудно-частотную характеристику антенны. По форме частотной характеристики можно судить о полосе пропускания антенны, о ее диапазонных свойствах. Резонансные свойства антенны также зависят от величины ее волнового сопротивления, которое, в свою очередь, существенно зависит от диаметра вибратора. С увеличением диаметра уменьшается волновое сопротивление и расширяется полоса пропускания антенны. Ток вдоль вибратора нельзя считать равномерно распределеннымI ≠ const, необходимо определить закон изменения тока вдоль вибратора. Несимметричный вибратор (штырь) - это антенна, которая располагается в непосредственной близости к поверхности Земли или на проводящем экране перпендикулярно (очень редко - под углом) к этой поверхности. Если поверхность Земли принять за идеально проводящую и принять во внимание зеркальное отображение, то несимметричный вибратор можно считать половиной эквивалентного ему симметричного вибратора (рисунок 4). Исходя из этого предположения рассчитываются все основные характеристики несимметричного вибратора (штыревой антенны). Рисунок 4. Симметричный вибратор, эквивалентный несимметричномуСопротивление излучения несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку в случае равных величин токов первый излучает в два раза меньшую мощность (нет излучения в нижнее полупространство). Входное сопротивление несимметричного вибратора также в два раза меньше
, чем у эквивалентного симметричного, поскольку при одинаковых токах питания напряжение питания первого в два раза меньше. У несимметричного вибратора коэффициент направленного действия, а следовательно, и коэффициент усиления, в два раза больше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при равных мощностях излучения первый обеспечивает в два раза большую плотность мощности, и мощность излучается лишь в одно полупространство.
Экспериментальная часть
Рисунок 5 – установка Штыревой антенны
Рисунок 6 – Декартова и полярная система координат, симуляция Штыревой антенны
Рисунок 4 – результаты измерений и их обработка
Вывод
В ходе рассмотрения и выполнения данной лабораторной работы мы ознакомились с теоретическими основами и принципом работы симметричной и несимметричной вибраторной антенны.
По расчёту и построению диаграмм направленности (ДН) и определению основных параметров направленного действия вибраторных антенн с использованием специального программного обеспечения.
По Рис.6 видно то ,что диаграмма направленности штыревой антенны практически не совпадает с Полярной и Декартовой системы координат . Это может быть из-за:
-
Внешних помех. -
Погрешность прибора. -
Из за человеческого фактора.