Лабораторне завдання
6.1. Вивчити особливості лабораторного макета для дослідження спрямованих властивостей дзеркальної антени 6.2. Вимірявши радіус і глибину параболічного дзеркала визначити фокусну відстань, 6.3. Уважно ознайомитися з порядком роботи зі СВЧ генератором і селективним микровольтметром. 6.4. Виміряти діаграми спрямованості (ДС) антени в Е– площині площини й у Н– площині для кожного із трьох випадків: · фазовий центр и опромнювача перебуває точно у фокуса; · фазовий центр опромнювача усунутий убік дзеркала; · фазовий центр опромнювача усунутий у протилежну від дзеркала сторону. 6.5. Побудувати діаграми спрямованості у вигляді двох графіків відповідних до вимірів в Е– площині й у Н– площині.
Примітка: 1. Вимірювання діаграм слід провести при повороті антени в межах сектору кутів, що включає головну й першу бічну пелюстку ДС. 2. Кількість точок, необхідне для коректної побудови ДС, визначається так, щоб у межах однієї пелюстки ДС було не менш 5-ти точок виміру. 3. При побудові ДС слід нормувати отримані значення й ураховувати квадратичність характеристики детектора.
6.6. Проаналізувати отримані результати.
Зміст протоколу 7.1. Результати виконання домашнього завдання 7.2. Функціональні схеми вимірювальної установки 7.3. Результати вимірювань у вигляді графіків і таблиць. 7.4. Аналіз результатів і виводи.
Додатки
8.1. Метод геометричної оптики Цей метод не є строгим і часто застосовується для розв'язку внутрішнього задачі теорії антен. Подібний розв'язок ставиться до так званих асимптотичним розв'язкам, і воно тим більше точно, чим менше довжина хвилі в порівнянні з характерними розмірами антени. Слід зазначити, що метод геометричної оптики (ГО) непридатний для розрахунків полів в околиці особливих областей (ребер, вершин, фокальних точок, границь світло-тінь і т.п.). Складові векторів електромагнітного поля в безмежнім середовищі в наближенні ГО представляються у вигляді добутку швидко осцилюючою і повільно мінливої функцій: , (Д.1)
де називається ейконалом, це функція, що визначає фазову структуру поля - систему фронтів і променів, - амплітуда, яка розглядається як повільно мінлива функція. Поверхні рівних фаз, описувані рівнянням - фронти хвиль, а лінії градієнта являють собою проміні, вони перпендикулярні поверхням рівних фаз. Закони ГО суть закони, що визначають функції . Ейконал має сенс оптичної довжини променя
, (Д.2)
де - показник переломлення середовища, а інтеграл (Д.2) обчислюється уздовж променя. Промінь визначається як траєкторія, що задовольняє принципу Ферма: промінь, що з'єднує дві точки й , виділяється із усіх кривих, що проходять через ці дві точки, тим, що ейконал, що виражається інтегралом (Д.2), узятим у межах від до , екстремальний. Іншими словами ( оптична довжина шляху між двома точками уздовж променя, що проходить через них, менше, чим оптична довжина шляху уздовж будь-який кривій, що з'єднує ці ж точки. Розглядаючи тільки однорідні середовища, відзначимо, що в цьому випадку промені являють собою прямі лінії, ейконал пропорційний звичайній довжині шляху уздовж променя, а орієнтація векторів поля в межах променя постійна. Трубка нескінченно малого перерізу, стінки якої складаються із променів, називають елементарною променевою трубкою. Одним з фактів, що дозволяють просто розраховувати зміна полів уздовж променя, є те, що в першім наближенні енергія за межі елементарної променевої трубки не виходить. У методі ГО поле як би розпадається на сукупність променевих трубок, які можна розглядати як волокна, по кожному з яких поширюється енергія електромагнітного поля. Причому поширення в кожній елементарній трубці відбувається незалежно від наявності сусідніх. Тобто, променеві трубки не взаємодіють між собою. Іншим фактом є можливість використання законів відбиття й переломлення. Наприклад, при падінні плоскої електромагнітної хвилі на плоску границю роздягнула двох середовищ виконується закон Снеліуса: кут падіння дорівнює куту відбиття. Амплітуда відбитого променя в точці відбиття визначається, як і при падінні плоскої хвилі на плоску границю розділу, тобто відомими з електродинаміки формулами Френеля.
Якщо границя розділу не плоска, і якщо радіуси кривизни поверхні й фронту падаючої хвилі (поблизу поверхні) великі в порівнянні з довжиною хвилі, то поверхню, що відбиває, уважають локально плоскої. Тоді систему відбитих променів знаходять, проводячи дотичну площину до поверхні роздягнула в розглянутій точці й застосовуючи перший закон Снеліуса. Метод геометричної оптики передбачає, що при русі хвилі уздовж променевої трубки амплітуда її на відстані спадає в сферичній хвилі як , у циліндричній хвилі як , і незмінна в плоскій хвилі. Фазові співвідношення визначаються множником , де – хвильове число, а - пройдена відстань.
8.2. Апертурний метод Апертурний метод також є наближеним і дозволяє розрахувати поле випромінювання антени за відомими значенням дотичних складових векторів електромагнітного поля в розкриві (апертурі) антени. Для знаходження поля випромінювання, скористаємося методом еквівалентних струмів Щелкунова. Із цією метою оточимо розглянуту антену уявлюваною довільною замкненою поверхнею так, щоб частина цієї поверхні збігалася з апертурою антени (рис. 4). Покладемо, що в результаті точного або наближеного попереднього розв'язку внутрішньої задачі нами вже визначене поле на поверхні , тобто в апертурі (розкриві) антени, і виходить, відомі щільності еквівалентних поверхневих струмів на цій поверхні.
Рисунок 4 – Застосування апертурного методу
При розрахунках полів випромінювання антени апертурним методом уважаються, що поле поза апертурою дорівнює нулю. Отже, поверхневі еквівалентні струми на іншій частині поверхні також відсутні. У розглянутому прикладі таке припущення засноване на тому, що амплітуди полів на "неосвітленої" – тіньовій поверхні дзеркала значно менше, чим на "освітленої". З урахуванням цього, шляхом інтегрування еквівалентних струмів розподілених тільки по поверхні розкриву антени, розраховують поле випромінювання. Таким чином, поле випромінювання при використанні апертурного методу визначається тільки через дотичні складові векторів електричного й магнітного полів ( згідно із принципом еквівалентності) на апертурі антени. На практиці часто вважають, що дотичні складові векторів електричного й магнітного поля в апертурі антени зв'язані між собою також як і в плоскій хвилі ( тобто вони синфазні, взаємно перпендикулярні й відрізняються коефіцієнтом, що мають зміст хвильового опору):
,
де - нормаль до поверхні апертури, - хвильовий опір середовища, і - дотичні складові векторів електромагнітного поля в апертурі. Таке твердження в основному справедливо для плоских синфазних розкривів більших електричних розмірів. У цьому випадку характеристика спрямованості може бути визначена тільки через дотичну складову вектора електричного (або магнітного) поля з виразу
, (Д.3)
причому інтегрування ведеться по поверхні апертури . Апертурний метод, будучи наближеним, не враховує полів створюваних струмами на поверхні поза апертурою, а також дифракційних явищ на краях апертури. Він з достатньої для практики точністю описує особливості характеристики спрямованості в області головної й перших бічних пелюсток і абсолютно непридатний для знаходження поля в області дальнього бічного й заднього випромінювання антени. Переваги апертурного методу: - можливість вибору найбільш придатної форми апертури для спрощення обчислення інтегралів. Недоліки апертурного методу: - велика погрішність при розрахунках дальнього бічного випромінювання; - неможливе урахування кросполяризації; - не враховуються дифракційні ефекти.
8.3. Метод фізичної оптики (ФО) або «струмовий» метод
У цьому методі характеристика спрямованості антени обчислюється інтегруванням струмів на «освітленої» частини поверхні антени , тобто, що опромінюється первинним джерелом. Уважаючи форму поверхні заданої, а саму поверхню антени ідеально провідної, вирішуємо внутрішню задачу, попередньо визначивши щільність поверхневих струмів на цій поверхні, скориставшись виразом
, (Д.4)
де - вектор щільності поверхневих електричних струмів; - вектор падаючого (неспотвореного, створюваного первинним джерелом) магнітного поля поблизу розглянутої поверхні. Звичайно падаюче поле розраховується приблизно, методом геометричної оптики, з використанням асимптотичного представлення, придатного на більших відстанях ( характеристики спрямованості опромнювача. Слід знати, що формула (Д.4) дає точний результат тільки у випадку падіння плоскої хвилі на нескінченну ідеально провідну плоску поверхню. Однак її можна застосувати й для наближеного визначення щільності поверхневого струму в тому випадку, якщо радіус кривизни поверхні в розглянутій точці значно перевищує довжину хвилі, а падаюче поле в цій області можна вважати локально плоским. Тоді, згідно із принципом еквівалентності С.А. Щелкунова, поле випромінювання антени можна визначити шляхом інтегрування щільності електричних поверхневих струмів на металевій поверхні антени. З урахуванням сказаного векторну комплексну характеристику спрямованості антени можна розрахувати, скориставшись виразом
, де - відстань від початку обраної системи координат до точки інтегрування на поверхні антени, - кут між напрямком на точку інтегрування й на точку спостереження, що перебуває в дальній зоні, а інтегрування ведеться по освітленій частині поверхні антени . Переваги струмового методу: - менша погрішність при розрахунках бічного випромінювання; - можливість урахування кросполяризації; - можливість урахування крайових ефектів, уводячи на контурний крайовий струм. Недоліки методу ФО: - не враховуються струми, що затікають на тіньову поверхню антени; - струми на освітленій поверхні визначаються приблизно.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|