Описание методики измерений ДН и измерительной установки

Измерения ДН антенн выполняются либо на открытой площадке, свободной от мешающих предметов, либо в безэховой камере. В первом случае необходимо позаботиться о контроле помеховой обстановки.

Рис. 4. Функциональная схема установки для измерения ДН антенн

Состав измерительной установки (рис. 4): ГСВЧ — генератор колебаний СВЧ, А_прд — передающая пирамидальная рупорная антенна; А_прм — исследуемая приемная антенна (например, измерительная рупорно-линзовая антенна П6-23А); измеритель мощности ИМ представлен коаксиальной детекторной секцией и осциллографом; С — стойка; ОПУ — опорно-поворотное устройство.

Типовая методика измерения нормированной ДН антенны по мощности заключаются в следующем.

В соответствии с принципом взаимности, исследуемая антенна может использоваться и в режиме излучения, и в режиме приема. В данной лабораторной работе она работает в режиме приема.

Обе антенны — передающая и исследуемая (рис. 4) устанавливаются на стойках так, чтобы центры их раскрывов находились на одинаковой высоте h от поверхности земли (пола). С учетом того, что передающая антенна излучает сферические волны, а на поверхности раскрыва исследуемой антенны надо обеспечить синфазное распределение поля, расстояние R между центрами раскрывов антенн выбирается с учетом условия

R≥2(d_max+D_max)²/λ, (8)

где d_max — наибольший размер раскрыва передающей антенны; D_max — наибольший размер раскрыва приемной антенны. При этом фазовый фронт волны, падающей на раскрыв приемной антенны, можно считать практически плоским.

Передающую антенну целесообразно выбрать такой, чтобы ГЛ ее ДН был не слишком узким, т.е. чтобы раскрыв исследуемой антенны облучался равномерно (для антенн СВЧ диапазона в качестве передающей антенны хорошо подходит волноводный излучатель или пирамидальный рупор с коэффициентом направленного действия до 10-15 дБ). Обе антенны должны быть согласованы с соответствующими трактами так, чтобы коэффициенты стоячей волны (КСВ) на рабочей частоте (в полосе частот) не превышали 1,5-2,0. К выходу исследуемой антенны подключаются приемник, например, измеритель мощности. Приборы прогреваются в течение 30 мин. для ввода в стабильный рабочий режим. ГСВЧ должен обеспечивать получение колебаний со стабилизированными значениями частоты и мощности.

Максимумы ДН антенн ориентируются друг на друга (плоскости поляризации антенн должны совпадать). Уровень выходной мощности ГСВЧ устанавливается таким, чтобы обеспечивалась надежная регистрация мощности принятых колебаний СВЧ.

Затем исследуемая антенна поворачивается в нужной плоскости с помощью поворотного механизма с требуемым угловым шагом в пределах заданного углового сектора, при этом снимается зависимость мощности принятых СВЧ колебаний от угла поворота. Для измерения мощности принятых можно использовать ваттметр, анализатор спектра, или, в случае косвенных измерений — полупроводниковый диодный детектор СВЧ колебаний. В последнем случае для большей наглядности удобно включить генератор СВЧ в режиме формирования прямоугольных радиоимпульсов, а к выходу детектора подключить осциллограф; при малой мощности входных колебаний (для большинства детекторных диодов СВЧ — до сотен мкВт) имеет место квадратичное детектирование, выпрямленный СВЧ ток прямо пропорционален мощности входных СВЧ колебаний, поэтому и размах напряжения наблюдаемых прямоугольных видеоимпульсов прямо пропорционален мощности входных СВЧ колебаний.

После завершения измерений рассчитывается нормированная ДН по мощности и строится ее график. Например, для горизонтальной плоскости

F_P(φ)= P(φ)/ Р_max(φ_гл). (9)

По построенному графику ДН определяются значения ширины ГЛ и уровня БЛ.