2-лаборатория иши.

« ДИРЕКТОРЛИ АНТЕННАНИ ТАДҚИҚ ҚИЛИШ»

ИШНИНГ МАҚСАДИ

Директорли антеннанинг йўналганлик диаграммалари ва кириш қаршиликларини тадқиқ қилиш.

2.ҚИСҚАЧА НАЗАРИЙ МАЪЛУМОТ

Директорли антенна ўқ бўйича нурловчи чизиқли панжарали антеннадан ташкил топади. Бундай панжараларда вибраторларнинг токлар фазаси Ψ_П нурланиш йўналиши бўйича орқада қолади, яъни

Ψ_П = k*d(c/v),

Бу ерда k = 2π/λ тўлқин сони,

λ – тўлқин узунлиги,

d – вибраторлар орасидаги масофа,

c/v – секинлашиш коэффициенти ,

с – ёруғлик тезлиги,

v – тўлқиннинг фаза тезлиги.

Агар фазовий фаза силжиши Ψ = kd, c/v = 1 бўлганда кузатиладиган таъминот манбаи бўйича фаза силжиши Ψ_П га тенг бўлса _, у ҳолда майдон нурланиш йўналиши бўйича ( антенна ўқи атрофида ) синфаз равишда арифметик қўшилади Ψ_Р = Ψ_П – Ψ = 0⁰ , тескари йўналишда эса компенсацияланади. Директорли антеннада v<c (c/v>1) бўлади, яъни, нурланиш йўналиши бўйича майдонларнинг вектор йиғиндиси кузатиладиган “ паст суратли тўлқин” режими кузатилади (2.1. расм).

2.1. Расм. c/v>1 бўлганда майдонларнинг қўшилиши.

Антенна актив вибраторлар ( фидер киритилган вибраторлар шундай деб номланади ) ва пассив вибраторлар ( манба берилмайдиган вибраторлар ) қаторидан ташкил топади. Пассив вибраторлар актив вибраторларнинг электромагнит майдонлари ёрдамида қўзғатилади. Актив вибратор сифатида халқали ёки шунтли вибраторлар қўлланилади. Антенна қурилмаси 2.2. расм бўйича йиғилади. Актив вибраторлардан максимал нурланиш (қабул қилиш) томон жойлашган пассив вибраторлар “директорлар” (лотинча «Direkt» – йўналиш сўзидан олинган) деб номланади.

2.2. Расм. Директорли антеннанинг эскизи.

Актив вибраторлардан максимал нурланишга қарама қарши ( қабул қилиш) томон жойлашган пассив вибраторлар “рефлектор” ( Лотинча «Reflekt» – қайтариш сўзидан олинган) деб номланади. Одатда фақат битта рефлектор қўлланилади , кейинги вибраторлар заиф қўзғалади ва антенна тўлқин тарқатишига таъсир кўрсатмайди.

Пассив рефлекторнинг ток фазаси актив вибратор ток фазасидан олдинроқда бўлиши керак. Бу кириш қаршилиги индуктив характерга эга бўлганда содир бўлади, яъни вибраторнинг тўлиқ узунлиги (2l) унинг резонас узнлигидан катта бўлиши керак.

Пассив директор токи фазаси актив вибратор ток фазасидан орқада қолиши керак. Бу кириш қаршилиги сиғим характерга эга бўлганда содир бўлади, яъни вибраторнинг тўлиқ узунлиги (2l) унинг резонас узнлигидан кичик бўлиши керак.

Директорли антенналарнинг йўналтириш хусусияти пассив вибраторларни созлаш ва уларнинг ўзаро тақсимланиши орқали аниқланади. 2.3. расмда кўрсатилганидек симметрик вибраторнинг кириш қаршилиги уларнинг нисбий елка узунлиги (l/λ) ўзгариши билан ўзгаради. Барча пассив вибраторларнинг уларнинг узунлигини ўзгартириш йўли билан созланади. Вибраторларнинг узунлиги ва улар орасидаги масофа шундай танланадики, рефлектордан бошлаб ҳар бир кейинги вибраторгача олдинги вибратор токи фазасидан Ψ_П катталикка орқада қолиши керак.

Бунда директорлар тақсимланиш йўналишида барча вибраторлардан нурланган тўлқин майдонлари қўшилади, тескари йўналишдаги эса компенсацияланади. Шундай қилиб, директорли антенна деярли бир йўналишдаги йўналганлик диаграммасини шакллантиради.

Директорли антенналарда рефлекторнинг узунлиги (0,51…0,53)λ га тенг қилиб танланади, рефлектор ва актив вибратор орасидаги масофа эса –(0,15…0,25)λ га тенг қилиб танланади. Директорлар узунлиги (0,41…0,45)λ га, актив вибратор ва унга яқин жойлашган директор , шунингдек, ҳар бир директорлар орасидаги масофа – (0,1…0,34)λга тенг қилиб танланади.

2.3. Расм. Кириш қаршилиги актив ва реактив ташкил этувчиларининг l/λ

катталигига боғлиқлик графиги.

Н текислигидаги иккита вибратолар тизимининг электромагнит майдонларини қўшишга тушунтиришлар ИЛОВАда келтирилган.

Агар актив вибратор сифатида ярим тўлқинли вибратор ишлатилса у ҳолда киритилган қаршилик ҳисобига кириш қаршилиги 20…30 Ом гача камаяди, бу коакциал кабел билан мослашувчанлик муаммосини келтириб чиқаради. Шунинг учун асосан, актив вибратор сифатида 290…300 Ом қаршиликли ва «0» потенциали еуқтасига эга бўлган халқали вибратор ишлатилади (2.4. расм).

Коаксиал фидер носимметрик фидер бўлганлиги сабабли, актив вибраторга улаш учун симметрияловчи, шунингдек, қаршилик трансформатори ҳисобланган қурилма ишлатилади. Бу хусусиятларни «U – колено» туридаги трансформация коэффициенти 4 га тенг бўлган симметрияловчи қурилма қаноатлантиради ( 2.4.б расм). Натижада халқали вибратор 75 Ом тўлқин қаршилигига эга бўлган коакциал фидер билан яхши мослашади.

«U – колено» узунлиги λ_K/2 га тенг қилиб танланади, бу ерда λ_K = -коакциал фидердаги тўлқин узунлиги, ε – марказий жила ва халқа орасидаги материалнинг нисбий диэлектрик сингдирувчанлиги. ( кам босимли полиэтилен учун ).

2.4-расм. Симметрияловчи қурилмага (а) эга бўлган сиртмоқли вибраторнинг (б) эскизи.

1. ЛАБОРАТОРИЯ ҚУРИЛМАСИНИНГ ТАВСИФИ

Қурилма директорли антеннанинг йўналганлик хусусиятларини, шунингдек, унинг кириш қаршилигини аниқлаш имконини беради. 3.1. расмда директорли антеннанинг йўналганлик хусусиятини тадқиқловчи қурилманинг структура схемаси келтирилган.

3.1. Расм. Директорли антеннанинг йўналганлик хусусиятини тадқиқловчи қурилманинг структура схемаси ( 1 – генератор, 2 – коакциал кабел, 3 – узатувчи антенна, 4 – қабул қилувчи директорли антенна, 5 – резонанс тўлқин ўлчагичнинг индикатор қурилмали ).

3.2. расмда кириш қаршилигини аниқлаш қурилмасининг структура схемаси келтирилган.

3.2. Расм. Кириш қаршилигини аниқлаш қурилмасининг структура схемаси

( 1 – генератор, 2 – коакциал кабел, 3 – узатувчи антенна, 4 – қабул қилувчи директорли антенна, 5 – индикатор қурилмали ).

4.ЛАБОРАТОРИЯ ИШИНИ БАЖАРИШ УЧУН ТОПШИРИҚ.

4.1. Битта симметрик вибраторнинг йўналганлик диаграммасини аниқланг.

4.2. Актив вибратор ва пассив рефлектордан ташкил топган икки элементли директорли антеннани йиғинг ва созланг.

4.3. Икки элементли антеннанинг йўналганлик диаграммасини аниқланг.

4.4. Актив вибратор , пассив рефлектор ва пассив директордан ташкил топган уч элементли директорли антеннани йиғинг ва созланг.

4.5. Уч элементли антеннанинг йўналганлик диаграммасини аниқланг.

4.6. Уч элементли директорли антеннанинг кириш қаршилигини аниқланг.

5. ЛАБОРАТОРИЯ ИШИНИНГ БАЖАРИШ ТАРТИБИ.

5.1. Йўналганлик диаграммасини аниқлаш қурилмасини йиғинг. (3.1-расмга қаранг).

5.2.Генераторни ёқиб 10-15 дақиқа мобайнида қиздиринг.

5.3. Генератор частотасини ўқитувчи берилган қийматга ўрнатинг.

5.4. Резонанс тўлқин ўлчагични тўлқин ўлчагич индикатор қурилмасининг максимал кўрсаткичи бўйича созланг.

5.5. Халқали вибратор ўрнатилган ҳаракатланувчи штангани 10⁰ қадам билан айлантириб, бурчак φ ва тўлқин ўлчагич индикатор қурилмаси кўрсатгичи α ни ёзиб вибраторнинг йўналганлик диаграммасини аниқланг.

5.6. Рефлекторни ўрнатинг ва уни антенна ўқи атрофида рефлектор томонидан минимал қабул қилиш кузатиладиган ҳолатгача айлантириб, созланг ( тўлқин ўлчагич қурилмаси кўрсаткичининг минимал оғиши).

5.7. Халқали вибратор ва рефлектор ўрнатилган ҳаракатланувчи штангани антенна ўқи атрофида рефлектор томонидан минимал қабул қилиш кузатиладиган ҳолатгача айлантириб, бурчак φ ва тўлқин ўлчагич индикатор қурилмаси кўрсатгичи α ни ёзиб, уларнинг йўналганлик диаграммасини аниқланг.

5.8. Директорни ўрнатинг ва уни антенна ўқи атрофида директор томонидан минимал қабул қилиш кузатиладиган ҳолатгача айлантириб, созланг ( тўлқин ўлчагич қурилмаси кўрсатгичининг максимал оғиши.).

5.9. Халқали вибратор, рефлектор ва директор ўрнатилган ҳаракатланувчи штангани айлантириб, бурчак φ ва тўлқин ўлчагич индикатор қурилмаси кўрсатгичи α ни ёзиб, уларнинг йўналганлик диаграммасини аниқланг.

5.10. Ўлчов натижаларини 5.1. жадвалга киритинг.

5.1. Жадвал

... ҳолати учун йўналганлик диаграммасини аниқлаш натижалари

φ^0	0	10	20	30	40	…	350
α
F(φ) = α/αmax

5.11.Построить диаграмму направленности F(φ) в прямоугольной системе координат.

5.12.Если преподавателем задано определение входного сопротивления антенны, необходимо выключить генератор и собрать установку, структурная схема которой приведена на рис.3.2. Включить генератор и дать ему прогреться в течение 10…15 минут.

5.12. Агар ўқитувчи томонидан антеннанинг кириш қаршилиги қиймати берилган бўлса, генераторни ўчириб 3.2. расмда келтирилган қурилманинг

структура схемани йиғинг. Генераторни ёқиб 10-15 дақиқа мобайнида қиздиринг.

5.13. Индикатор қурилмаси кўрсатгичининг максимал оғиши бўйича ўлчаш линиясини генератор частотасига созланг.

5.14. Ўлчаш линияси головкасини силжитиб индикатор қурилмасининг максимал α_max ва минимал α_min кўрсатгичи, шунингдек, z₁ амплитуда тақсимоти минимум координатасини аниқланг.

5.15. ифодадан фойдаланиб югурма тўлқинлар коэффициенти қийматини аниқланг.

5.16. ўлчаш линиясига қисқа туташтиргични ўрнатинг ва z₂ амплитуда тақсимоти тугуни координатасини аниқланг.

5.17. λ/2 га тенг бўлган иккита тугун орасидаги масофани ўлчаб ўлчаш линиясидаги тўлқин узунлиги λ ни аниқланг.

5.18. ∆z = z₂ – z₁ ўлчаш линиясидаги тугуннинг силжиш қийматини аниқланг.

5.19. Югурма тўлқинлар коэффициенти К_ЮТ, ∆z/λ ўлчаш линиясидаги амплитуда тақсимоти тугунининг нисбий силжиши ва W = 75 Ом ўлчаш линиясининг тўлқин қаршилигини билган ҳолда антенна кириш қаршилигини тўлиқ қаршиликлар доиравий диаграммаси ёрдамида аниқланг. ( 5.1-расм).

5.1-расм. Тўлиқ қаршиликларнинг доиравий диаграммаси

6.ҲИСОБОТ ТАРКИБИ

Ҳисобот қуйидагилардан таркиб топиши керак:

6.1. Қурилманинг структура схемаси.

6.2. Халқали вибратор, икки элементли директорли антенна ва уч элементли директорли антенналарнинг тажрибада олинган меъёрланган йўналганлик диаграммаларининг жадвал ва график кўринишлари.

6.3. Антеннани созлаш жараёнида аниқланган икки элементли ва уч элементли директорли антенналарнинг конструктив ўлчамлари.

6.4. Директорли антенна кириш қаршилигининг қиймати.

6.5. Хулосалар.

7. НАЗОРАТ САВОЛЛАРИ

7.1. Симметрик вибраторларнинг йўналганлик диаграммаларини Е ва Н текисликларидаги l/λ нисбий узунлигига боғлиқ ҳолда қандай ўзгаради.

7.2. Қандай симметрик вибратор актив деб номланади? Қандай симметрик вибратор пассив деб номланади?

7.3. Симметрик вибраторнинг кириш қаршилиги l/λ нисбий узунлигига боғлиқ ҳолда қандай ўзгаради?

7.4. Қандай вибратор рефлектор деб номланади?

7.5. Қандай вибратор директор деб номланади?

7.6. Пассив вибраторда ток фазаси унинг узунлигига қандай боғланган?

7.7. Йўналганлик диаграммаларининг кўпайтириш теоремаси.

7.8. Орасидаги масофа d = λ/4 бўлган ψ = 0, π/2, π фаза фарқи билан энергия олувчи иккита ярим тўлқинли вибраторлардан ташкил топган панжарали антеннанинг йўналганлик диаграммасини қуринг.

7.9. Директорли антеннанинг элементлари сони қандай танланади?

7.10. Директорли антенна элементлари орасидаги масофа қандай анийланади?

7.11. Директорли антенна элементларининг узунликлари қандай танланади?

7.12. Пассив вибратор актив вибраторнинг кириш қаршилигига қандай таъсир кўрсатади?

7.13. Нима учун актив вибраторларни Пистолькорснинг халқали вибраторлари кўринишида тайёрланади?

7.14. Нима учун симметрияловчи қурилмалар қўлланилади?

7.15. УҚТ диапозонида қандай турдаги симметрияловчи қурилмалар қўлланилади?

7.16. Нима учун антенна ва фидер мослаштирилади?

7.17. Югурма тўлқинлар коэффициенти деб нимага айтилади?

7.18. Антеннанинг фидер билан мослашишини таъминлаш учун унинг кириш қаршилиги қиймати қандай бўлиши керак?

7.19. Директорли антенналарнинг қўлланилиш соҳалари.

7.20. Халқали вибраторнинг кириш қаршилиги нимага тенг?

ИЛОВА

Иккита вибраторли пурлатгичлардан ташкил топган ва ўзаро d = λ/4 масофада жойлашган И1- расмда тасвирланган панжарали антеннани кўриб чиқайлик.

И.1. Расм. Иккита 1 ва 2 вибраторлар тизимининг эскизи.

Панжарали антенна элементларига манба шундай бериладики бунда биринчи вираторнинг ток фазаси иккинчисини ψ_П = π/2 орқада қолдиради.

Панжарали антеннанинг йўналганлик хакрактеристикаси йўналганлик диаграммаларини кўпайтириш теоремаси бўйича қуйидагича аниқланади

F(θ) = F₁(θ)*F_с(θ),

Бу ерда F₁(θ) – битта вибраторнинг йўналганлик характеристикаси.

F_с(θ) – панжарали антенна кўпҳади.

Симметрик вибраторнингйўналганлик характеристикаси F₁(θ) = 1 кўринишида ёзилади, унинг йўналганлик диаграммаси эса доиравий кўринишда бўлади.

Панжарали антенна кўпҳади қуйидагича бўлади

ва кардиода шаклига эга бўлади (И.2)

И.2. Расм. Иккита вибраторлар тизимининг йўналганлик диаграммаси

(Н текислигида).

И.1. Расмда келтирилган панжарали антенна йўналганлик диаграммасини бошқача усулда ҳам қуриш мумкин, яъни фазонинг турли хил нуқталарида панжара элементлари майдон кучланганликларини қўшиш йўли билан.

Фазонинг ихтиёрий нуқтасида панжара элементлари нурланишлари майдон кучланганликлари орасида фаза силжиши– ψ_Р ва майдон йўллари фарқи – ψ мавжуд. Яъни , тенглик ўринлидир. Бу ерда E₁ – биринчи вибратор нурланишининг электр майдон кучланганлиги, E₂ – Иккинчи вибратор нурланишининг электр майдон кучланганлиги, ψ_Р = ψ_П + ψ. Берилган ҳол учун ψ_П = π/2.

И.3. расмда тўрта характерли нуқта учун биринчи ва иккинчи вибраторлар нурланиши майдон кучланганликларининг вектор диаграммалари келтирилган.

И.3. Расм. Майдонларни қўшиш намунаси.

А нуқтада ψ = - π/2, демак биринчи нурлатгич А нуқтадан иккинчи нурлатгичга нисбатан d = λ/4 масофада жойлашган. А нуқтадаги Е₁ ва Е₂ майдон кучланганликлари орасидаги фаза силжиши ψ_Р = ψ_П + ψ = π/2 - π/2 = 0 га тенг, яъни А нуқтадаги элементлар нурлатишининг электр майдон кучланганликлари синфаз бўлади Е₁ = Е₂ , Е_рез = Е₁ + Е₂ = 2 Е₂,

В нуқтада ψ = 0, яъни нурлатгич майдонлари орасидаги фарқ нолга тенг. Шунинг учун ψ_Р = ψ _П + ψ = ψ _П = π/2 и Е₁ = Е₂ *е ^j(π/2) ,

Е_рез = Е₁ + Е₂ = Е₂ (1 + е ^j(π/2)) = .

мос картина D нуқтасида кузатилади.

С нуқтада ψ = π/2 демак биринчи вибратор иккинчи вибраторга нисбатан С нуқтага d = λ/4 масофага яқин жойлашган. С нуқтадаги Е₁ ва Е₂ майдон кучланганликлари орасидаги фаза силжиши ψ_Р = ψ_П + ψ = π/2 + π/2 = π га тенг, яъни

Е₁ = Е₂ *е ^jπ = - Е₂ ,

Е_рез = Е₁ + Е₂ = 0 .

С нуқтада панжарали антенна вибраторлари нурланишининг майдон кучланганликлари тўлиқ компенсацияланади.

Шундай қилиб, қаралаётган панжарали антеннанинг кучланганлик диаграммаси кардиод шаклида бўлади ( И.2. расм ). И.2. расмдан кўринадики биринчи вибратор иккинчи вибраторга нисбатан рефлектор ҳисобланади. Яъни биринчи вибраторда рефлектор вазифасини бажариши учун:

1) биринчи вибратор иккинчи вибратордан λ/4 масофада жойлаштирилсин.

2) вибраторларга шундай манба бериладики бунда биринчи вибратор токи фазаси иккинчи вибратор токи фазасини π/2 га орқада қолади.

Агар И. 1. расмдаги панжарали антеннада биринчи вибратор токи фазаси нол деб қабул қилинса, у ҳолда 2 вибратор токи фазаси биринчи вибратор токининг фазасидан π/2 га орқада қолади.

И.2. расмда келтирилган панжарали антенна йўналганлик диаграммаси мулоҳазалари И.4. расмда тасвирланган панжарали антенна учун ҳам ўринлидир.

И.4. Расм. Иккита вибраторлар тизими намунаси.

Бу ҳолда иккинчи вибратор биринчи вибраторга нисбатан директор ҳисобланади. Яъни , иккинчи вибратор директор вазифасини бажариши учун:

1) иккинчи вибраторни биринчи вибратордан d = λ/4 масофада жойлашиши керак.

2) вибраторларга шундай манба бериладики бунда иккинчи вибратор токи фазаси вибратор биринчи токи фазасини π/2 га орқада қолади.