1. Вимірювання діаграм спрямованості
При експериментальної розробки конструкцій антен, а також для перевірки характеристик виготовлених у виробництві серійних антенних пристроїв необхідно проведення спеціальних високочастотних вимірювань.
Зазвичай основними вимірюваними характеристиками є діаграми спрямованості, коефіцієнт посилення і вхідні опори. Крім цього, звичайно, може виникнути необхідність у вимірі та інших параметрів: поляризационной характеристики, амплітудного і фазового розподілу поля (струмів), к.к.д. КНД, ефективної поверхні або діючої висоти і ін.
В даному курсі розглядаються схеми і методика вимірювання діаграм спрямованості, коефіцієнта посилення, фази поля і вхідних опорів.
Типова блок-схема вимірювання діаграм спрямованості представлена на рис. 68. Відповідно до цієї схеми, випробувана антена встановлюється на поворотному пристрої на висоті h над землею (підлогою) і на відстані R від передавальної нерухомою антени, до якої підводиться високочастотна потужність від генератора. До виходу випробуваної антени підключається приймальний пристрій з індикатором.
Вимірювання діаграми спрямованості проводиться шляхом відліку рівня сигналу в процесі повороту випробуваної антени.
Доцільно процес вимірювання автоматизувати, застосовуючи індикатори, здатні уявити діаграму спрямованості графічно на електронно-променевої трубка з післясвіченням або на стрічці у вигляді осцилограми. При цьому розгортка променя (пера) індикатора (реєстратора) і обертання випробуваної антени повинні бути синхронізовані.
Точність вимірювання діаграм спрямованості в основному залежить від наступних факторів:
1) При невеликих відстанях R і значних розмірах випробуваної антени а фронт хвилі, що приходить в межах розміру а не буде плоским, і це може викликати
поява фазових спотворень квадратичного типу. Подібне ж спостерігається в рупорних антенах (див. § 1.2).
Внаслідок цього результат вимірювання не буде відповідати реальним умовам, коли падаюча хвиля, що приходить з великих відстаней, дійсно є плоскою.
Допустимими фазовими спотвореннями на краю антени можна вважати π / 8 ÷ π / 2. Тоді, відповідно до формули фазових спотворень для рупорної антени з розкривом а й довжиною R. отримуємо
Звідси відстань R має бути не менше
Крім фазових спотворень в випробуваної антени можлива поява і амплітудних спотворень. Це пов'язано з тим, що головний пелюсток діаграми спрямованості передавальної антени може виявитися занадто вузьким, і приймальна антена буде опромінювати нерівномірно.
Якщо головний пелюстка передавальної антени апроксимувати функцією
, де - ширина головної пелюстки по нулях і так само, і допустити спад амплітуди поля на краю випробуваної антени до 0,95, то допустима мінімальна ширина пелюстки складе
Нарешті, вибір відстані R повинен виключати передачу енергії від антени до антени за рахунок поля ближньої та проміжної зони. Для цього відстань між антенами має принаймні на порядок перевищувати ефективні розміри обох антен і робочу довжину хвилі.
2) При наявності поблизу антен відображають предметів або поверхонь необхідно вживати заходів для ослаблення паразитного складової поля, прийнятої приймальні антеною за допомогою відбиття від цих предметів.
Тому бажано гранично звужувати діаграму передавальної антени, пригнічуючи випромінювання в бік заважають предметів. Крім того, ті елементи вимірювальної установки, які не можуть бути винесені з поля антен, повинні мати найменший коефіцієнт відбиття. Для цього їх слід виконувати з діелектричних матеріалів з якомога меншою εr. Особливо в цьому відношенні бажано застосування пінопластів з діелектричної проникністю εr≈ 1,05 ÷ 1,1.
Крім цього, можна використовувати і спеціальні поглинаючі екрани, наприклад для екранування металевих конструкцій установки.
Вплив поверхні Землі, підлоги, стелі і стін приміщення частково може бути ослаблене, якщо діаграма спрямованості дзеркально відображеної передавальної антени (рис. 69) буде мати нуль в напрямку на випробувану антену, або шлях відбитого від Землі поля буде перегороджений металевим або поглинає екраном (рис . 69).
Щоб домогтися потрібного положення нуля діаграми підбирають висоту установки антен h (відстань від стін, стелі) відповідно до формули
Поряд з цим на Землю між антенами можна встановлювати і екран.
Необхідність використання зазначених заходів встановлюється шляхом пробних вимірів при різному взаємному розташуванні антен і відображають предметів, то
Тобто при різних фазах прямого і відображених полів. Істотна різниця в формі отриманих діаграм спрямованості вказує на сильний вплив відбитих полів і необхідність їх придушення.
3) У процесі вимірювання діаграм спрямованості повинні бути виключені коливання сигналу, не пов'язані з діаграмою спрямованості випробуваної антени.
До таких можливих коливань відносяться нестабільність потужності і частоти генератора, зміна коефіцієнта передачі в фидерном тракті антени, що обертається внаслідок вигину кабелю або недосконалості обертового зчленування і, нарешті, нестабільність характеристик приймача.
Крім цього, має бути звернена увага на те, щоб при обертанні прийомної антени вона не переміщалася в межах діаграми спрямованості передавальної антени. Для виключення такої помилки слід фазовий центр досліджуваної антени розміщувати в безпосередній близькості від продовження осі її обертання (рис. 68).
4) Точність вимірювання діаграми спрямованості в значній мірі залежить від амплітудної характеристики приймача, вірніше від точності, з якою вона нам відома.
Оскільки приймач завжди містить ряд нелінійних елементів, то показання індикатора непропорційні напрузі на виході прийомної антени. Щоб врахувати цю нелінійність, характеристика приймача заздалегідь вимірюється шляхом подачі на вхід приймача високочастотного напруги, що змінюється з будь-якого відомого закону в межах робочих амплітуд. Наприклад, зміна вхідної напруги може бути отримано за допомогою каліброваного атенюатора або будь-яким іншим доступним способом, скажімо шляхом обертання короткого диполя в поле передавальної антени. В останньому випадку напруга на виході диполя буде змінюватися за відомим законом, що є діаграмою спрямованості диполя. Встановлюючи ряд значень кута θ, можна отримати необхідну і заздалегідь відоме зміна вхідної напруги на приймачі.