6-лаборатория иши.

«СТЕРЖЕНЛИ ДИЭЛЕКТРИК АНТЕННАНИ ТАДҚИҚ ҚИЛИШ»

1. ИШНИНГ МАҚСАДИ

Лаборатория ишини бажаришда талабалар:

-диэлектрик стерженли антенналарнинг қурилмаси ва ишлаш принципини билиш;

-диэлектрик антенналар йўналганлик характеристикаларини экспериментал тадқиқ қилиш ва ҳисоблай олиш кўикмаларига эга бўлишлари керак.

2. ҚИСҚАЧА НАЗАРИЙ МАЪЛУМОТЛАР

2.1. Диэлектрик антенна сирт тўлқинлари узатувчи линия сифатида

Диэлектрик антенналарнинг ишлаш принципи диэлектрик муҳит чегаравий муҳитидан электромагнит тўлқинларнинг тўлиқ ички қайтишига асосланган.

Бизга маълумки ясси электромагнит тўлқинларнинг иккита диэлектрикнинг чегараланмаган узунлик юзаси бўлимига келиб тушишида, иккита шарт бажарилганда сирт тўлқинлари ҳосил бўлади:

- тўлқин катта диэлектрик сингдирувчанликли диэлектрик дан кичик диэлектрик сингдирувчанликли диэлектрик нинг юзасига берилади (одатда иккинчи диэлектрик ҳаво бўлади).

- тўлқиннинг тушиш бурчаги тўлиқ ички қайтиш бурчаги ( критик бурчак) дан катта ёки тенг бўлади.

Оптик жиҳатдан кичик диэлектрик сингдирувчанликка эга бўлган диэлектрикда шакллантирилган сирт тўлқинлари иккита диэлектрик орасидаги юзага “ёпишади” ва қуйидаги хусусиятлар билан тавсифланади:

- бу тўлқиннинг майдон кучланганлигининг амплитудаси ҳавода экспоненциал қонун бўйича юза қисмида нормал бўйича камайиб боради .

- сирт тўлқинлари антенна ўқи бўйича йўналтирилган бўлиб, бу тўлқиннинг фаза тезлиги v, ёруғлик тезлиги с дан кичик ва параметрли ( яъникатталикли ) чексиз муҳитдаги тўлқиннинг фаза тезлигидан каттадир.

- ва майдон кучланганликлари векторларининг бўйланма ташкил этувчилари мавжуд.

Антеннанинг диэлектрик стерженини диэлектрик тўлқин ўтказгичнинг бўлаги сифатида қараш мумкин. Диэлектрик тўлқин ўтказгичлар назариясидан маълумки уларда симметрик ва носимметрик тўлқинлар тарқалиши мумкин. Симметрик турдаги тўлқинлар диэлектрик стерженли антенналарда ишлатилмайди. Бунга сабаб ўқлар симметриясига асосан уларнинг стержен ўқи атрофида тўлқин тарқатмаслигидир. ва (, ) носимметрик тўлқинлар диэлектрик тўлқин ўтказгичларда бўлинмайди, балки улар биргаликда ҳаракатланадилар. Бу тўлқинлар орасида гибрид тўлқини асосий тўлқин ҳисобланади.

тўлқини майдонининг тақсимоти қуйидаги 2.1. расмда келтирилган. тўлқинидан фарқли равишда доиравий металл тўлқин ўтказгичларда диэлектриклар чегарасида тўлқиннинг электр майдони ташкил этувчилари нолдан фарқлидир, бу диэлектрикдан ташқарида майдон мавжудлигидан вужудга келади.

2.1. Расм. Диэлектрик стержендаги тўлқиннинг майдон структураси

Қаттиқ диэлектрик ўзида ҳавога нисбатан анча кучли бўлган майдон концентрацияси хусусиятига эга. Шунинг учун стерженнинг ўлчамлари стерженда ва ўраб олган муҳитда тарқалувчи электромагнит майдон энергиясининг тақсимотига ўз таъсирини ўтказади. Агар стерженнинг диаметри тўлқин узунлигига тенг бўлса, энергиянинг катта қисми унинг ичига узатилади, диаметрнинг кичрайишида эса энергиянинг катта қисми стерженнинг ташқи қисмига берилади.

Барча сирт тўлқинлари антенналари иккита элементдан ташкил топади:

Электромагнит майдон шакллантиргичи( коакциал тўлқин ўтказгичли оралиқ) ва шакллантиргичда ҳосил қилинган электромагнит тўлқинларини сирт тўлқинлари майдонига айлантириб берувчи секинлаштирувчи структурани ўз ичига олувчи антенна( йўналтиргич) .

2.2. Стерженли диэлектрик антенналарнинг йўналтириш хусусиятлари

Сирт тўлқинлари антенналарини икки хил жиҳатдан таҳлил қилиш мумкин:

- тарқатилаётган электромагнит тўлқинлар қўзғатувчи сиртга синфаз равишда ҳосил қилинади деб ҳисобланади. Бундай сирт бўлиб, антенна учидаги сирт тўлқинларининг ясси фронтинингқисми ҳисобланади. Секинлаштириш коэффициенти c/v қанча кўп бўлса, эффектив нурловчи сирт шунча кичик бўлади. Максимал нурланиш тўлқин фронтига перпендикуляр, яъни антенна ўқи атрофида йўналган.

- тўлқинли диэлектрик стерженлар вектори линиясида диэлектрик стержен кўндаланг кесимида битта асосий z ўқига перпендикуляр йўналишга эга (2.1. расм ), шунинг учун диэлектрик стерженни силжиш токлари ( қутбланиш ) ёрдамида қўзғатиладиган ва уларнинг ўқлари стержен ўқига перпендикуляр бўлган узлуксиз вибраторлар тизими ( 2.2. расм ) сифатида қараш мумкин. Бу токларнинг фазалари антенна бошидан ҳисобланадиган масофага тўғри пропорционал равишда ўзгаради, амплитудалари эса ( йўқотишларга қарамасдан) бир хилдир.

2.2. Расм. Антенна ишлаш принципини тушинтириш учун ( югурма тўлқинларини ҳосил қилиш ).

Шундай қилиб, диэлектрик антеннани узлуксиз манбалар тақсимотига эга бўлган ва кичик фаза тезлигига эга бўлган югурма тўлқин антенналари сифатида қараш мумкин. Бундай антеннанинг йўналтириш характеристикаси қуйидаги формула ёрдамида ҳисобланиши мумкин.

, (2.1)

Бу ерда - антенна битта элементи йўналнанлик характеристикасининг меъёрланган кўпҳади қиймати(, ),

- диэлектрик стержен узунлиги,

c/v – 2.3. расмдаги графикдан аниқланувчи тўлқинни секинлаштириш коэффициенти,

- очиқ фазодаги тўлқин узнлиги,

- стержен ўқидан бошлаб ҳисобланувчи бурчак.

Йўналганлик диаграммасининг шакли стержен ўлчамларини танлаш орқали аниқланади: унинг d диаметрини, стержен узунлиги ни ва стержен материалини. Тўлқинни секинлаштириш катталиги стерженнинг кўндаланг кесими ўлчамлари билан боғлиқ. Ингичка стерженда секинлашиш c/v бирга яқин ва деярли сирт тўлқинларининг барча энергияси стержендан ташқарига берилади, натижада йўналтиргичнинг йўналтириш хусусияти йўқолади. Стержен диаметри катталашиши билан секинлашиш ва югурма тўлқинлар қўзғалиш эффективлиги ошади.

2.3. расм. v/c нинг нисбий диаметр ва диэлектрик стержен материалига боғлиқлиг графиги.

Лекин қалин стерженда тўлқиннинг сезиларли секинлашиши ҳисобига стержен учида кераксиз нурланишлар ошиб боради. Булар стерженда майдон структурасининг, йўналганлик диаграммасининг бузилишига олиб келади. Шунинг учун цилиндрсимон стерженларнинг диаметрлари тўлқин узунлиги қийматидан катта бўлмайди ва қуйидаги шарт бўйича аниқланади

. (2.2)

Амалиётда стержен учидаги нурланишларни камайтириш учун ( ён япроқ сатҳини камайтириш учун ) стерженлар конуссимон шаклда қурилади, диаметри

, (2.3)

. (2.4)

Диэлектрик стерженли антенна ҳам бошқа югурма тўлқин антенналари каби йўналтириш коэффициентининг максимал қийматига эришиш учун оптимал узунликка эга бўлиши керак. Бизга маълумки бундай антенналарнинг оптимал узунлиги секинлашиш коэффициентига боғлиқ бўлиб қуйидаги формула ёрдамида аниқланади

. (2.5)

Диэлектрик стерженли антенналарнинг йўналганлик коэффициенти ва кучайтириш коэффициенти қуйидаги формула ёрдамида аниқланиши мумкин

. (2.6)

Шуни айтиш керакки оптималдан икки марта катта стержен узунлигини танлашда антенна ўқи атрофида йўналганлик диаграммасининг паасйиши кузатилади.

3.ЛАБОРАТОРИЯ ИШИНИ БАЖАРИШ УЧУН ТОПШИРИҚ

3.1. Диэлектрик антенна қурилмаси ва ишлаш принципи билан танишиш.

3.2. Диэлектрик антенна шакли ва ўлчамларининг унинг йўналганлик диаграммасига таъсирини тадқиқ қилиш.

3.3. Турли хил стерженли антенналарнинг йўналганлик коэффициенти қийматларини экспериментал равишда аниқланг.

4. ЛАБОРАТОРИЯ ҚУРИЛМАСИНИНГ ТАВСИФИ

Қурилма диэлектрик стерженларнинг Н текислиги () бурчаклар диапозонида йўналганлик характеристикаларини ўлчаш имконини беради. Қурилманинг структура схемаси 4.1. расмда келтирилган.

Қабул қилиш қисми узатиш қисми

4.1. Расм. Лаборатория қурилмасининг структура схемаси. ( 1 - сантиметрли тўлқин диапозони генератори , 2 - тўғри бурчакли тўлқин ўтказгич, 3 - рупорли антенна , 4 - тадқиқ қилинаётган диэлектрик антенна,

5 - тўлқин ўтказгичли калибрлаш аттенюатори, 6 - детектор секцияси , 7 - коакциал кабел, 8 - индикатор қурилмаси )

Қабул қилиш қисми градус шкалали дискни ўз ичига олувчи айланувчи қурилмага ўрнатилган. Лаборатория қурилмасининг конструкциясида сирт тўлқинлари йўналтиргичи бўлиб, диэлектрик стержен уни шакллантирувчи қурилма бўлиб эса учи очиқ тўғри тўрт бурчакли тўлқин ўтказгич ҳисобланади

4.2-расм. Стерженли диэлектрик антеннанинг эскизи.

Цилиндрсимон ва конуссимон шаклдаги стерженлар билан биргаликда антенна ўқи атрофида даврий равишда ўзгаришли секинлаштириш структураси (4.3.а. расм), қиррали стерженли антенналар (4.3.б. расм ) ва найсимон антенналар ишлатилади.

а) б)

4.3-расм. Тўлқин секинлашиш ўқи атрофида даврий равишда ўзгарувчили секинлаштириш структурасининг эскизи

5. ЛАБОРАТОРИЯ ИШИНИНГ БАЖАРИШ ТАРТИБИ

5.1. Генераторни ёқиб 10-15 дақиқа мобайнида қиздирилади, сўнг 23мм га 10мм ўлчамли тўлқин ўтказгичда биртўлқинлик режимини ҳосил қилувчи частота ўрнатилади .

5.2. бурчаклар секторида қадам билан антеннани айлантириб бир вақтнинг ўзида индикатор қурилмаси кўрсаткичи ни ёзган ҳолда берилган диэлектрик стерженлар учун йўналганлик характеристикаларини аниқланг. Ўлчов натижаларини 5.1. жадвалга киритинг. Меъёрланган йўналганлик диаграммалари F(φ) графигини қуринг.

5.1- жадвал

...МГц частотада ...шаклдаги диэлектрик антенналар

йўналганлик хусусиятларини экспериментал тадқиқ қилиш натижалари.

-36 … … -2 0 2 … 36

5.3. 5.2. га мос равишда даврий равишда ўзгарувчи структурали иккита диэлектрик антенналарнинг йўналганлик характеристикаларини аниқланг. Бунинг учун бу антенналарни 4.3. расмдаги каби стерженлар ва диэлектрик шайбалар йиўиндисидан ясаш керак.

5.4. Эталон антенналарга мос равишда йўналганлик коэффициентларини( кучайтириш коэффициенти ) аниқлаш учун, йўналганлик диаграммасида асосий япроқнинг кенглигини ( тадқиқ қилинаётганлар ичида ) таъминловчи стерженнинг намунавий эталони танлаб олинади. Экспериментал равишда уни максимал қабул қилиш йўналишида индикатор қурилмасининг минимал кўрсаткичи билан ҳам фарқлаш мумкин. Бу кўрсаткични қайд қилиш керак.

Текширилаётган антенналарнинг эталон диэлектрик антенналарга нисбатан кучайтириш коэффициентини таққослаш усули ёрдамида амалга оширилади. Бунинг учун текширилаётган антенна шундай ўрнатилиши керакки бунда индикатор қурилмаси максимал кўрсатгични кўрсатиши керак. Калибрловчи аттенюаторнинг дастасини айлантирган ҳолда эталон антеннада ўрнатилган қийматгача индикатор қурилмаси кўрсаткичини камайтиринг. Аттенюатор кўрсатгичи қийматларининг фарқи ва антеннанинг, эталонга нисбатан, йўналтириш коэффициенти (кучайтириш коэффициенти) қийматига тенг бўлади

N ₁ –N₂ = 10 lg = 10 lg , дБ,

Бу ерда

- текширилаётган антеннанинг йўналганлик коэффициенти,

- эталон антеннанинг йўналганлик коэффициенти.

- текширилаётган антеннанинг кучайтириш коэффициенти,

- эталон антеннанинг кучайтириш коэффициенти.

6.ҲИСОБОТ ТАРКИБИ

Ҳисобот қуйидагилардан таркиб топиши керак:

6.1. Лаборатория қурилмасининг структура схемаси.

6.2. Бир тўлқинлик режимининг частота диапозони.

6.3. Диэлектрик антенналарнинг экспериментал йўналганлик характеристикалари ( жадвал кўринишида ).

6.4. Тўғри бурчаки координаталар тизимида диэлектрик антенналарнинг экспериментал йўналганлик характеристикалари.

6.5. Эталон антенналарга нисбатан текширилаётган антенналарнинг йўналганлик коэффициентининг экспериментал қийматлари.

7. НАЗОРАТ САВОЛЛАРИ

7.1. Диэлектрик стерженли антенналарнинг конструкцияси ва ишлаш принципини тарифланг.

7.2. Диэлектрик стержен шакллантирган тўлқин турини танлашни тушинтиринг.

7.3. Стерженли антенналар узунлиги қандай сабаблар туфайли чекланади, унинг оптимал узунлиги қандай аниқланади.

7.4. Йўналганлик диаграммаси диэлектрик стержен шакли ва ўлчамлари билан қандай боғланган.

7.5. Диэлектрик стержен қандай қилиб тўлқин ўтказгич ва ўраб олган муҳит билан мослаштирилади.

7.6. Секинлаштириш коэффициенти ва унинг диэлектрик стержен ўлчамларига боғлиқлиги.

7.7. Диэлектрик стерженларни шакллантириш усуллари.

7.8. Диэлектрик антенналар йўналганлик диаграммаларини торайтириш йўллари.

7.9. Диэлектрик антенналарнинг қўлланилиш соҳалари.

7.10. Диэлектрик антенналарнинг диапозонлик хусусиятлари.

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.