УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра АФУ

Методическое руководство к лабораторной работе №7

«ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ ПАНЕЛЬНОЙ АНТЕННЫ»

по дисциплинам «Распространение радиоволн и

антенно-фидерные устройства» и

«Антенны и устройства СВЧ»

направлениям образования «Телевидение, радиосвязь и

 радиовещание» и «Радиотехника»

Ташкент 2004

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Ознакомление с конструкциями и принципом действия панельной антенны.

1.2. Исследование направленных свойств панельной антенны.

1.3. Исследование направленных свойств антенной решетки из панельных антенн.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Панельные телевизионные антенны широко используются на передающих телецентрах. Конструкции этих антенн приведены на рис.2.1.

На рис.2.1.б показана панель антенны, состоящая из двух одинаковых вибраторов 1 цилиндрической формы, расположенных над апериодическим рефлектором 2, имеющим решетчатую конструкцию. Диаметр вибраторов выбирается примерно 0,02λ₀, где λ₀ - средняя рабочая длина волны.

Крепление волновых вибраторов к апериодическому рефлектору осуществляется в точках нулевого потенциала, расположенных в центрах плеч вибратора, посредством «металлических изоляторов» – стержней или трубок, длиной, приблизительно равной 0,25λ₀. Входное сопротивление одноволнового вибратора при небольшой расстройке изменяется аналогично сопротивлению параллельного контура, т.е. при λ < λ₀ имеет емкостной, а при λ > λ₀ – индуктивный характер. Для расширения полосы пропускания одноволнового вибратора между каждым его плечом и питающей симметричной линией включают последовательно разомкнутые шлейфы, располагая их внутри вибратора (рис.2.1.а), длины шлейфов берутся равными 0,25λ₀.

Симметричный одноволновый вибратор имеет относительно большое входное сопротивление порядка 250…500 Ом. Для получения чисто активного входного сопротивления вибраторы немного укорочены. Вибраторы соединены между собой симметричной линией 3, к центру которой подключается симметрирующее устройство 4. Панельная антенна имеет несимметричный коаксиальный вход с волновым сопротивлением 75 Ом. Переход от коаксиальной линии к симметричной (двухпроводной) линии осуществляется посредством симметрирующей приставки длиной 0,25λ₀.

На рис.2.1.в приведена панельная антенна из двух полуволновых вибраторов 1, выполненных из стальных оцинкованных полос 10х60 мм² для работы в IV ТВ диапазоне. Симметричная двухпроводная линия 3 с волновым сопротивлением 150 Ом выполняется из трубки диаметром 20…35мм и длиной, равной средней длине волны диапазона, замкнутая на концах. Расстояние между вибраторами берется равным 0,5λ₀. Входное сопротивление вибраторов 75…80 Ом. Согласование осуществляется подбором расстояний от вибраторов составляет до короткозамыкающих мостиков 5. Симметрирующее устройство 4 выполнено в виде согнутой четвертьволновой приставки. Можно обойтись и без симметрирующего устройства. В этом случае кабель с волновым сопротивлением 75 Ом вводят в одну из трубок симметричной линии со стороны короткозамыкающего мостика и выводят в центре между вибраторами

(на рис.2.1. в показано штриховой линией).

Рис.2.1. Конструкции панельных антенн: (а – волновой вибратор,              б – панель с цилиндрическими одноволновыми вибраторами, в – панель с плоскими полуволновыми вибраторами)

Одна панельная антенна представляет собой синфазную антенную решетку поперечного излучения из двух симметричных вибраторов с рефлектором, который создает однонаправленное излучение.

Диаграмма направленности панельной антенны в плоскости Е определяется направленными свойствами симметричного вибратора, а в плоскости Н – системы из двух изотропных излучателей.

Для увеличения коэффициента усиления передающей телевизионной антенны, панели размещают в несколько этажей. Так как максимум излучения должен быть направлен под углом 2…4 градуса ниже линии горизонта, панели этажей запитывают с определенным сдвигом фаз, который создается питающими кабелями различной длины. Напоминаем, что главный лепесток поворачивается в сторону отставания фаз, а длина волны в коаксиальном кабеле определяется выражениями:

где  ε – относительная диэлектрическая проницаемость материала между центральной жилой и оплеткой кабеля,

ξ – коэффициент укорочения.

Отрезок кабеля в одну λ_К создает сдвиг по фазе в 360⁰.

Для получения почти круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости панели размещают с четырех сторон телевизионной башни (обычно по ее граням) и запитывают соседние панели этажа со сдвигом фаз в 90 градусов.

3. ЗАДАНИЕ К РАБОТЕ

3.1.Исследовати направленные свойства панельной антенны в плоскости Е.

3.2.Исследовать направленные свойства синфазной антенной решетки их двух панельных антенн.

3.3.Исследовать направленные свойства антенной решетки из двух панельных антенн, запитанным со сдвигом фаз.

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Приемная часть антенны состоит из исследуемой панельной антенны (антенной решетки из панельных антенн) и смонтирована на вращающейся штанге, позволяющей снимать диаграмму направленности антенны.

Структурная схема установки приведена на рис. 4.1.

Рис.4.1. Структурная схема лабораторной установки (1 – генератор,          2 – коаксиальный кабель, 3 – передающая антенна, 4 – исследуемая антенна,     5 – резонансный волномер с индикаторным прибором)

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

5.1. Включить генератор и дать ему прогреться в течение 10…12 минут и установить частоту, заданную преподавателем.

5.2. Установить панельную антенну в середине направляющих полосок красные стрелки на панельной антенне и полоске и подключить ее к резонансному волномеру. Настроить резонансный волномер на частоту генератора по максимальному отклонению стрелки индикаторного прибора.

5.3.Поворачивая исследуемую антенну с шагом в 5⁰ снять характеристику направленности антенны, записывая показания углов поворота φ и соответствующее им показания индикаторного прибора α. Результаты измерений занести в таблицу аналогичную табл. 5.1.

5.4. Добавить вторую панельную антенну в направляющие полоски. Обе панели следует разместить на одинаковых расстояниях порядка четверти или половины длины волны от середины направляющих полосок. Расстояния отсчитываются от центров панельных антенн (от красных стрелок). Панельные антенны следует подключить с помощью кабелей одинаковой длины (синфазное питание) с коаксиальным тройником, соединенным с резонансным волномером.

5.5. Снять характеристику направленности синфазной антенной решетки из панельных антенн, расположенных на расстоянии d друг от друга, аналогично пункту 5.3.

5.6. Создать фазовый сдвиг в питании панельных антенн, используя кабели различной длины и определить величину этого фазового сдвига в градусах, считая, что коэффициент укорочения длины волны в кабеле ξ = 1,51. Для этого необходимо определить разность длин питающих кабелей, разделить эту величину на длину волны в коаксиальном кабеле λ_К и умножить на 360⁰.

5.7. Снять характеристику направленности несинфазной антенной решетки аналогично пункту 5.3.

5.8. Отнормировать значения характеристик направленности и подстроить нормированные диаграммы направленности в прямоугольной системе координат.

Таблица 5.1

Результаты экспериментального исследования направленных свойств панельной антенны (антенной решетки из панельных антенн) на частоте …МГц

φ	-60	-55	-50	…	0	…	50	55	60
α
F(φ) = α/αmax

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

6.1.Структурную схему лабораторной установки.

6.2.Таблицы с результатами экспериментального исследования направленных свойств антенны.

6.3.Нормированные диаграммы направленности в прямоугольной системе координат.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Объясните конструкции панельных антенн.

7.2. От чего зависит диаграмма направленности антенны в плоскости Е?

7.3. От чего зависит диаграмма направленности антенны в плоскости Н?

7.4. Как  создаются передающие телевизионные антенны с большим коэффициентом усиления?

7.5. Что делается для получения круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости телевизионных передающих антенн?

7.6. Как осуществляется грозозащита антенны?

7.7. Как зависят направленные свойства симметричного вибратора от его относительной длины l/λ?

7.8. Какие требования предъявляются к диаграммам направленности передающих телевизионных антенн?

7.9. Особенности распространения радиоволн УКВ диапазона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чернышев В.П., Шейнман Д.Н. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства. – М.: Радио и связь, 1989 (с. 136…144).

2. Кочержевский Г.Н. и др. Антенно-фидерные устройства. – М.: Радио и связь, 1989 (с. 106…117; 190…218; 250…266).

3. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства. – М.: Радио и связь, 1989 (с.

4. Ерохин Г.А., Чернышев О.В. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1996 (с.179…184).

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

Методическое руководство к выполнению лабораторной работы №7 «ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ ПАНЕЛЬНОЙ АНТЕННЫ» по дисциплине «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства» и «Антенны и устройства СВЧ» рассмотрено на заседании кафедры АФУ 2.02.2004г. (протокол №8) и рекомендовано к печати.

Отв. редактор доц. Ликонцев Д.Н.

Составитель доц. Ликонцев Д.Н.

редакционно-корректурная комиссия:

редактор доц. Романенко Б.А.

Корректор ст. преп. Павлова С.И.