5 - лаборатория иши.

«РУПОРЛИ АНТЕННАНИ ТАДҚИҚ ҚИЛИШ»

1. ИШНИНГ МАҚСАДИ

1. Рупорли антенна ва металлопластик линзаларнинг ишлаш принципи билан танишиш.

2. Е ва Н текисликларида рупорнинг ўлчам ва шаклларининг йўналганлик диаграммасига таъсирини ўрганиш.

3. Рупорга қўйилган металопластик линзанинг унинг йўналганлик диаграммасига таъсирини ўрганиш.

4. Экспериментал йўналганлик диаграммаларини таҳлил қилиш.

2. ҚИСҚАЧА НАЗАРИЙ МАЪЛУМОТЛАР

Учи очиқ тўлқинўтказгич ЎЮЧ диапазонининг оддий антеннаси ҳисобланади. Тўлқинўтказгичда тарқалаётган электромагнит тўлқинлар учи очиқ тўлқинўтказгичдан қисман қайтади ва қисман нурланади. Бунда тўлқинўтказгичдан очиқ фазога ўтиш жойида юқори тартибли тўлқинлар ва тўлқинўтказгич ташқи деворларида юза токлари ҳосил бўлади.

Учи очиқ тўлқинўтказгич кўринишидаги антенна суст йўналтирилган антенна ҳисобланади. Ҳақиқатдан ҳам, ўткир йўналганлик диаграммасини, яъни катта қийматли йўналганлик коэффициентини қўлга киритиш учун тўлқин тарқатувчи юзанинг ўлчамлари тўлқин узунлиги λ га нисбатан анча катта бўлиши керак. Бу вақтда тўлқинўтказгичнинг ўлчамлари муайян белгиланган қийматлардан ошмайди. Агарда бу қийматлардан ошса, у ҳолда юқори тартибли тўлқинлар ҳосил бўлади. Н₁₀ тўлқинли тўғрибурчакли тўлқинўтказгич (2.1. расм) учун кўндаланг кесим ўлчамлари λ/2<а<λ, b<λ/2 оралиқларда олинади.

2.1-расм. Тўғрибурчакли тўлқинўтказгич

Тўлқинўтказгичли нурлатгичнинг яна бир камчилиги, унинг очиқ фазо билан ёмон мослашганлигидир. Шундай қилиб, кичик йўналганлик коэффициенти эгалиги ҳамда электромагнит тўлқинларнинг тўлқинўтказгич охиридан жадал аксланиши ҳисобига, учи очиқ тўлқинўтказгичлар самарасиз антенна ҳисобланади.

Ўткирроқ йўналганлик диаграммасини хосил қилиш учун тўлқинўтказгични рупорга ўзгартириш йўли билан тўлқинўтказгичнинг кўндаланг кесими ўлчамлари бир текис оширилади. Бунда тўлқинўтказгичдаги майдон структураси деярли сақланади. Тўлқинўтказгичнинг рупорга айланиш жойида юқори тартибли тўлқинлар ҳосил бўлади. Агар рупорнинг ёйилиш бурчаги унча катта бўлмаса, у ҳолда, асосий тўлқиндан ташқари барча турдаги тўлқинлар рупорнинг атрофида тез сўнади.

Юқори тартибли тўлқинларни ҳисобга олмайдиган бўлсак, асосий турдаги тўлқиннинг рупордаги майдон структураси тўлқинўтказгичдаги асосий тўлқин майдон структурасига ўхшашдир. Шундай қилиб, тўлқинўтказгич кўндаланг кесимининг текис оширилиши, унинг эркин фазо билан мослашувини яхшилайди.

Агар тўғрибурчакли тўлқинўтказгичнинг кенгайиши фақат битта текисликда амалга оширилса, у ҳолда рупор секториал (секторли) деб номланади. Тўлқинўтказгичнинг Н векторига параллел бўлган a девори ўлчамини ошириш йўли билан ҳосил қилинган рупор секториал Н-текисликли рупор деб аталади (2.2-а расм).

Тўлқинўтказгичнинг Е векторига параллел бўлган b девор ўлчамини ошириш йўли билан ҳосил қилинган рупор секториал E-текисликли рупор деб аталади (2.2-б расм)

Рупор тўлқинўтказгичнинг а ва b ўлчамларини бир вақтнинг ўзида ошириш йўли билан ҳосил қилинса, у холда пирамидал рупор деб номланади (2.2-в расм), доиравий тўлқинўтказгич кўндаланг кесимини ошириш йўли билан ҳосил қилинса – конуссимон рупор деб номланади(2.2-г расм).

2.2-расм. Рупорли антенна турлари

Ёйилиш ўлчамларидан ташқари рупорлар L узунлик ва ёйилиш бурчаги φ₀ орқали характерланади.(2.4-расм). О нуқтаси рупорнинг учи деб номланади.

Пирамидасимон рупордаги майдон структураси 2.3. расмда келтирилган. Рупорнинг ён деворлари бир бирига параллел бўлмаганлиги сабабли, рупор деворларида чегаравий шартларни таъминлаш учун тўлқин ўтказгичдан рупорга келаётган электромагнит майдон векторлари бир неча бор ўз йўналишларини ўзгартиради.

2.3. Расм. Секториал Е-текиссликли рупор антеннадаги майдон структураси.(узлуксиз тўғри чизиқлар билан электр майдон куч чизиқлари, пунктир чизиқларда эса магнит майдон куч чизиқлари тасвирланган.)

Шунинг учун рупорда тенгфазали майдон текисликлари (тўлқин фронти) тўлқинўтказгичдагига ўхшаш текислик ҳисобланмайди, балки, секторсимон рупорларда цилиндрик юзали ва пирамидасимон ҳамда конуссимон рупорларда эса сферик юзали текисликлар ҳисобланади (2.4-расм). Шу сабабдан, рупор ёйилмасининг майдони носинфазалидир.

2.4. Расм. Рупорнинг бўйланма кесими.

Х координатали М ишчи нуқтада майдоннинг фазаси ёйилма маркази

фазасидан

, (2.1)

катталикка орқада қолади.

Максимал фаза оғиши (фаза хатолиги) эса рупор ёйилмасининг четки қисмларида:

Н -секториал рупор учун

, (2.2)

ва Е -секториал рупор учун

, (2.3)

ифодалар орқали аниқланади.

Шундай қилиб, рупор ёйилмасида йўналганлик диаграммасининг кенгайиши ва нолли нурланиш бурчакларининг йўқолишига олиб келувчи квадратик фаза бузилишлари юзага келади.

Агар рупордаги максимал фаза бузилиши

Н текислигида – ΔΨ_max = 3π/4 , (2.4)

Е текислигида –ΔΨ_max = π/2, (2.5)

қийматлардан ошмаса, у ҳолда йўналганлик диаграммаларини ҳисоблашда фаза бузилишлари ҳисобга олинмайди. Ёйилмадаги майдоннинг амплитуда тақсимоти тўлқин ўтказгичдаги. асосий тўлқин тақсимотига ўхшаш бўлади.

Мисол учун, Н₁₀ тўлқинли пирамидасимон рупор учун Е текислик да амплитуда тақсимоти текис тақсимланади, Н текислигида эса четга қараб косинусоидал қонун бўйича ўзгаради. Бу ҳолда пирамидасимон рупорнинг йўналганлик диграммаси қуйидаги формула бўйича ҳисобланади.

Н-текислигида

(2.6)

Е-текислигида

(2.7)

Бу ерда φ^Е ва φ^Н - Z ўқи ва Е ва Н текисликларига мос равишда кузатилаётган нуқта йўналишлари орасидаги бурчаклар;

k – тўлқин сони.

Е ва Н текисликларида ярим қувватда йўналганлик диаграммаларининг кенгликлари қуйидаги формула ёрдамида ҳисобланиши мумкин.

2φ^Е_0,5= 51⁰ λ/b_р , 2φ^Н_0,5= 67⁰ λ/а_р , (2.8,2.9)

Е и Н текисликларидаги рупорнинг йўналганлик диаграммалари ўзаро боғлиқ эмас. Масалан, Е текислигида рупорнинг кенгайиши ёки торайиши фақат шу текисликдаги йўналганлик диаграммасининг ўзгаришига олиб келади.

Рупорли антеннанинг йўналганлик коэффициенти қуйидаги ифода ёрдамида ҳисобланади.

(2.10)

Бу ерда S – рупор ёйилмаси текислигининг юзаси.

ν – ёйилмадаги амплитуда ва фаза тақсимотига боғлиқ бўлган ёйилма юзасидан фойдаланиш коэффициенти.

Рупорнинг берилган нисбий узунлиги L/λ да максимал йўналганлик коэффициентини хосил қилиш шарти остида максимал фаза силжиши катталиги аниқланади. Аввал, рупор узунлиги ўзгармас бўлганда рупорнинг ёйилмаси нисбий ўлчамлари (а_p/λ ёки b_p/λ)ошиши билан, йўналганлик диаграммасиўзгармайди ва ЙК ошади, яъни амалда синфаз қолувчи( фаза силжиши Ψ_max –кичик) S-нурлатувчи юза ўлчамлари катталашади. Ёйилма ўлчамларининг янада ошиб боришида фаза бузилишлари сезиларли даражада ошади (юзадан фойдаланиш коэффициентининг қиймати ошади), натижада йўналганлик диаграммаси кенгаяди ва ЙК камаяди.

Берилган L/λ қийматида а_p/λ ёки b_p/λ катталигининг оптимал қиймати мавжудки, бунда максимал ЙК қўлга киритилади. а_p/λ ёки b_p/λ ўлчамлари рупорнинг L/λ узунлигининг оптимал қиймати билан мос тушади деб айтиш хам мумкин.

L/λ нисбатнинг берилган қийматида максимал ЙК ни қўлга киритиш имконини берувчи рупорга оптимал рупор дейилади.

2.5. Расм. ЙК нинг ёйилма ўлчамларига боғлиқлик графиги.

Секториал рупорларниг Е ва Н текисликларда текислик юзасидан оптимал фойдаланиш коэффициенти ν = 0,64 га тенг. Оптимал пирамидасимон рупор учун ν = 0,5 га тенг.

Рупор антенналар кенг полосали антенналар ҳисобланади. Уни қуйидагича изоҳлаш мумкин. Агар тўлқин узунлиги оширилса, тўлқин узунлигига нисбатан рупор ўлчамларининг камайиши ҳисобига рупор йўналганлиги камаяди, лекин бу рупор текислигида фаза бузилишларининг камайиши ҳисобига керакли сезиларли даражада компенсацияланади. Тўлқин узунлигининг камайиши билан рупор текислигидаги фаза бузилишлари ошиб боради. Буларнинг йўналганлик диаграммасига таъсири тўлқин узунлигига нисбатан рупор текислиги юзасини ошириш билан компенсацияланади. Амалиётда рупор антенналарнинг қўлланилиш соҳалари тўлқин ўтказгичларнинг диапозон хусусиятларидан аниқланади.

Рупор антенналарнинг фойдали иш коэффициенти бирга яқинроқ бўлади. Шунинг учун рупор антенналарнинг ЙК ва кучайтириш коэффициентлари мос тушади.

Рупор антенналарнинг камчилиги бўлиб, унинг текислигидаги фаза бузилишларининг мавжудлиги ҳисобланади. Бу бузилишларни камайтириш учун рупор узунлигини оширишга тўғри келади. Рупор антенналарнинг мазкур камчилигини фаза тенглаштирувчи қурилмаларни қўллаш йўли билан йўқотилади. Бундай қурилмалар сифатида рупор текислигида ўрнатилувчи турли хил линзаларни қўллаш мумкин. Линза цилиндрик ёки сферик фронтли тўлқинларни текислик фронтли тўлқинга ўзгартириб беради, яъни рупор текислигидаги майдон (синфаз) бир хил фазали бўлади.

Одатдаги диэлектрикли линзалар тан нархининг қимматлиги ва катта массага эгалиги сабабли амалиётда кенг тарқалмади. Алоқанинг ўта юқори частота техникасида параллел метал пластиналардан тайёрланган линзалар кенг қўлланилади (2.6-расм ). Улар бирдан кичик синиш коэффициентли муҳитни шакллантириб беради (тезлатувчи линзалар).

2.6. Расм. Метал пластинали тезлатувчи линза

Электр майдон кучланганлиги вектори Е пластиналарга параллел бўлиши керак. У ҳолда қўшни пластиналар орасидаги муҳит тўлқин ўтказгич сифатида қаралиши мумкин. Унда фаза тезлиги бўлган Н₁₀ турдаги тўлқин шакллантирилади. Шундай қилиб, параллел пластиналар тизими бирдан кичик эффектив синувчан коэффициентли муҳитни шакллантиради.

n = c/v =. (2.11)

Пластиналар орасидаги масофа а пластиналар орасида фақат битта тўлқин тури Н₁₀ тарқалишини таъминлаши учун λ/2< а < λ тенгсизликни қаноатлантириши керак. Мос равишда тезлатувчи линзанинг смнгдирувчанлик коэффициенти 0 < n < 0,86 оралиқда ётади. Амалиётда n нинг қиймати 0,5…0,7 оралиқда олинади. Линзанинг ёритиш юзаси эллипс шаклида бўлади.

1. ЛАБОРАТОРИЯ ҚУРИЛМАСИНИНГ ТАВСИФИ.

Рупорли антеннанинг йўналганлик диаграммасини тадқиқ қилиш схемаси қуйидаги 3.1-расмда келтирилган.

3.1. Расм. Лаборатория қурилмасининг структура схемаси. ( 1 – ЎЮЧ генератори, 2 – коакциал кабел, 3 – узатувчи антенна, 4 – қабул қилувчи рупор антенна, 5 – туғри тўртбурчакли тўлқин ўтказгич, 6 – детекторли цекция, 7 – индикатор қурилмаси ).

4. ЛАБОРАТОРИЯ ИШИНИ БАЖАРИШ УЧУН ТОПШИРИҚ

4.1. Е ва Н текисликларида учи очиқ тўлқинўтказгич ва турли хилдаги рупор антенналарнинг йўналганлик диаграммаларини аниқланг.

4.2. Тўғри бурчакли координаталар тизимида тадқиқ қилинаётган антенналарнинг йўналганлик диаграммалари графиклари чизилсин.

4.3. Тадқиқ қилинаётган антенналарнинг йўналтириш хусусиятларини таҳлил қилинг.

5. ЛАБОРАТОРИЯ ИШИНИНГ БАЖАРИШ ТАРТИБИ

5.1. Генераторни ёқиб 10-15 дақиқа мобайнида қиздиринг.

5.2. Узатувчи ва тадқиқ қилинаётган антенналарнинг бир хил қутбланишда эканлиги текширилсин ( Е вектори ҳар доим тўлқин ўтказгич кенг деворига перпендикуляр бўлади).

5.3. Антеннани 5⁰ қадам билан айлантириб индикатор қурилмаси кўрсаткичи α ва унга мос келувчи антеннанинг айланиш бурчаги қиймати φ ни ёзиб, антеннанинг йўналганлик диаграммасини аниқланг.

5.4. 5.3.га асосан турли хил рупор антенналарнинг( ўқитувчининг кўрсатмасига асосан) Е ва Н текисликлардаги йўналганлик диаграммаларини аниқланг.

5.5. 5.3. га асосан тезлатувчи линзали рупор антеннанинг Е ва Н текисликлардаги йўналганлик диаграммаларини аниқланг ( чуқур ўрганган талабалар учун).

5.6. Тўғри бурчакли координаталар тизимида меъёрланган йўналганлик диаграммаси F(φ)ни қуринг .

5.7. Қурилган йўналганлик диаграммаларга асосланиб, ярим қувватдаги асосий япроқ кенглиги ва ён япроқ сатҳи аниқлансин.

5.1. Жадвал.

Тадқиқ қилинаётган йўналганлик хусусиятларининг экспериментал

ўлчов натижалари

φ^0	-40	-35	…	-5	0	5	…	35	40
α
F(φ) = α /αmax

6. ҲИСОБОТ ТАРКИБИ

Ҳисобот қуйидагилардан таркиб топиши керак:

6.1. Қурилманинг структура схемаси.

6.2. Тўғри бурчакли координаталар тизимида экспериментал йўналганлик диаграммалари.

6.3. Экспериментал йўналганлик диаграммасига асосан аниқланган асосий япроқ кенглиги ва ён япроқ сатҳининг қийматлари.

6.4. Қўлга киритилган экспериментал маълумотларни таҳлил қилиш.

7. НАЗОРАТ САВОЛЛАРИ

7.1. Рупор антенна турларини айтинг ва уларни чизинг.

7.2. Қўзғатилган текислик йўналганлик диаграммаси текислик ўлчамларига қандай боғланган.

7.3. Қўзғатилган текислик йўналганлик диаграммаси майдоннинг амплитуда тақсимотига қандай боғланган.

7.4. Қўзғатилган текислик йўналганлик диаграммаси майдоннинг фаза тақсимотига қандай боғланган. Фаза тақсимотининг турлари (фаза хатоликлари).

7.5. Рупор текислигидаги майдон фазаси қайси қонун бўйича ўзгаради ва у рупорнинг қайси параметрларига боғлиқ.

7.6. Қандай турдаги рупор антенналар оптимал деб аталади.

7.7. Бир хил текисликли лекин ҳар хил узунликларга эга бўлган рупор антенналарнинг йўналганлик диаграммаларини солиштиринг.

7.8. Нима учун Е ва Н текисликли секториал рупорларинг рухсат этилган фаза бузилишлари ҳар хил.

7.9. Рупор антенналарнинг диапозонли хусусиятлари қандай.

7.10. Рупор антенналар қўлланилиш соҳаларини келтиринг.

7.11. Рупор антенналарнинг афзалликлари ва камчиликлари.

7.12. Металл пластинали рупор антенналарнинг ишлаш принципини тушинтиринг.

АДАБИЁТЛАР

1. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М.:Связь, 1972.

2. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М.:Радио и связь, 1981.

3. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П. и др. Коротковолновые антенны. М.:Радио и связь, 1985.

4. Ерохин Г.А., Чернышев О.В. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. –М.:Радио и связь, 1996.

5. Ликонцев Д.Н. Антенно-фидерные устройства. Конспект лекций. –Т.: ТУИТ, 2002.

6.Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. – М.: Связь, 1977 7.Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. - М.: Советское радио, 1974

8. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. – М.: Связь, 1977 .

9. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высшая школа, 1988.

10. Долуханов М.П. Распространение радиоволн.- М.:Связь, 1972.

11. Черенкова Е.Л., Ченрнышев О.В. Распространение радиоволн.- М.: Радио и связь, 1984.

12. Ликонцев Д.Н. Распространение радиоволн. Учебное пособие для учащихся колледжей связи. –Т.: ТУИТ, 2002.

13. Шахобиддинов А.Ш. Ликонцев Д.Н. «Антенна-фидер курилмалари» укув кулланмаси. ТАТУ, 2008 й.