где:

D - коэффициент направленного действия (КНД) антенны, характеризующий степень концентрации излучения в направлении максимума амплитудной ДН;

- коэффициент полезного действия (КПД) антенны.

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз должна быть увеличена входная мощность при замене реальной направленной антенны с потерями на абсолютно ненаправленную гипотетическую антенну без потерь при условии сохранения модуля вектора Пойнтинга в точке наблюдения [3].

3. Лабораторное задание

1. Исследование антенны Вивальди (рисунок 1).

1.1 Создайте описание антенны в программе MMANA для размеров, указанных в пункте 2.3. Антенна находится в свободном пространстве.

1.2 Добейтесь минимального КСВ антенны путем изменения высоты расположения ее активного элемента. Зарисуйте диаграмму направленности (ДН) соответствующую этому случаю и приведите основные характеристики антенны, полученные при моделировании. Зарисуйте распределения токов на эскизе антенны.

1.3 Постройте графики частотных характеристик: КСВ, входного сопротивления и коэффициента усиления в полосе 0,08f_центр. Приведите две ДН соответствующие двум крайним частотам.

2. Исследование вибратора с плечами эллиптической формы (рисунок 2).

2.1 Пользуясь приблизительными размерами элементов, которые приведены в п. 2.1, создайте описание антенны в программе MMANA для ее моделирования. Используемая для расчетов частота излучения приведена в таблице 1.

Таблица 1

2.2 Проведите моделирование антенны находящейся в свободном пространстве с целью получения ее основных характеристик на центральной частоте.

Зарисуйте получившуюся ДН с указанием основных параметров: коэффициента усиления, входного сопротивления, отношения F/B и значения КСВ.

2.3 Постройте частотные зависимости коэффициента усиления G_a, входного сопротивления и КСВ при отсутствии согласующего устройства (флажок «КСВ–Вкл» должен отсутствовать) в полосе 1,15f_центр.

2.4 Постройте ДН для двух крайних частот рабочего диапазона заданного в п. 2.3 при изменении величины малой полуоси эллипса в 1.5 раза в сторону уменьшения. При этом величина большей полуоси оставьте неизменной.

3. Исследование гибридного элемента (рисунок 3).

3.1 Создайте описание геометрии антенны, пользуясь указанными в п.3 данными. Антенна располагается в свободном пространстве.

3.2 Проведите исследование зависимости ДН в вертикальной и горизонтальной плоскости на частоте, указанной в таблице 1.

3.3 Постройте частотную зависимость КСВ и усиления G_а для диапазона частот от 3 до 8 ГГц. Определите полосу частот, где КСВ меньше 2.

3.4 Создайте под гибридным элементом подстилающую поверхность из идеального проводника размерами 500 х 500 мм² на расстоянии 200 мм от точки запитки элемента.

На частоте, используемой в п. 2.2. определите форму ДН в вертикальной и горизонтальной плоскости. Зарисуйте её.

3.5 Измените толщину подложки, сначала уменьшив ее в 1.2 раза, а затем увеличив в 1.2 раза относительно исходного размера, приведенного в п.3. Постройте зависимости КСВ в полосе частот от 3 до 8 ГГц для этих двух случаев.

4. Контрольные вопросы

1. Что такое сопротивление излучения антенны?

2. Из каких соображений выбирается толщина подложки антенны Вивальди, исследуемой в лабораторной работе?

3. Дайте рекомендации по применению антенны Вивальди.

4. Чем обусловлена сверхширокополосность вибраторной антенны с плечами эллиптической формы?

5. С какой целью сделаны вырезы в плечах вибратора на рисунке 2?

6. Как влияет расположение под гибридной антенной подстилающей поверхности из идеального проводника на направленные свойства излучателя? Чем это обусловлено?

7. Каким способом можно согласовать гибридный элемент с несимметричным трактом с волновым сопротивлением 50 Ом?

8. Какие параметры антенны ухудшаются при ее расположении на опорной мачте или носителе (автомобиле)?

9. Чем обусловлена сверхширокополосность гибридной антенны?

10. С какой целью используются металлические экраны у антенных элементов на рисунках 2 и 3?

Библиографический список

1. Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Т. 2: Минск: пер. с нем., «Наш город», 2001, 416 с.

2. Айзенберг Г. З. УКВ антенны. М.: «Связьиздат», 1957, 700 с.

3. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.

Исследование сверхширокополосных печатных антенн методические указания

к лабораторной работе по дисциплине

"Устройства СВЧ и антенны"

для студентов специальности 210302 "Радиотехника"

очной и очно-заочной форм обучения

Составители:

Негробов Владимир Владимирович

Федоров Сергей Михайлович

Пастернак Юрий Геннадиевич

В авторской редакции

Подписано к изданию 29.11.2011.

Уч.-изд. л. 0,8. "С"

ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14

17