Измерение коэффициента усиления

Коэффициент усиления антенны определяется сравнением уровня сиг­нала на ее выходе с уровнем сигнала на выходе некоторой эталонной антенны, расположенной в том же месте, что и данная антенна при условии, что мак­симумы основных лепестков диаграмм направленности обеих антенн ориенти­рованы в сторону излучающей антенны. Обычно в качестве эталонной антенны используется полуволновый вибратор. В этом случае при измерениях будет непосредственно определено значение коэффициента усиления относительно полуволнового вибратора, которое приводится обычно в справочной литературе. В принципе, в качестве эталонной антенны можно использовать любую другую .антенну, важно лишь знать коэффициент усиления этой антенны относительно полуволнового вибратора, что позволит путем пересчета определить требуемое ‘Справочное значение коэффициента усиления.

Применение направленных эталонных антенн с известным коэффициентом усиления вместо полуволнового вибратора целесообразно в тех случаях, когда

испытуемая антенна является остронаправленной с коэффициентом усиления относительно полуволнового вибратора более 14… 16 дБ. Это позволит увели­чить точность определения коэффициента усиления. В дециметровом диапазоне волн, например, в качестве эталонной антенны иногда используется рупорная антенна с прямоугольным раскрывом, коэффициент усиления которой может быть с достаточной точностью рассчитан исходя из размеров раскрыва рупора.

Экспериментальное определение коэффициента усиления антенн метровых и дециметровых волн является одним из наиболее сложных видов антенных измерений. Это связано прежде всего с тем что в место установки испытуемой и эталонной антенн приходит не только основная’ волна от вспомогательной передающей антенны, но и волны, отраженные от земли. Диаграммы направ­ленности испытуемой и эталонной антенн в вертикальной плоскости, как пра­вило, различны, поэтому различна и «чувствительность» этих антенн к отражен­ным волнам, в результате чего нарушается действительное соотношение между уровнями сигналов на выходах антенн и возникает ошибка в значении коэф­фициента усиления.

Интерференция прямой и отраженных волн на испытательной площадке приводит к высотному распределению поля в области расположения испытуе­мой антенны. Степень неравномерности этого распределения позволяет судить об уровне отраженных от земли волн. По имеющимся данным влиянием отра­женных волн при измерении коэффициента усиления можно практически пренебречь, если в области расположения испытуемой антенны неравномерность высотного распределения поля не^ превышает 1 дБ.

Существует несколько различных способов снижения уровня отраженных волн.

Применение остронаправленной вспомогательной передающей антенны с диаграммой направленности, сжатой в вертикальной плоскости (рис. 65). Ан­тенна выполняется в виде решетки из нескольких синфазных антенных полотен, разнесенных в вертикальной плоскости. Эти антенны по схемам и конструкциям аналогичны остронаправленным синфазным антеннам, применяемым в сложных условиях приема и описанным в гл. 7.

Такой способ снижения уровня отраженных волн на испытательной пло­щадке весьма эффективен, однако он требует изготовления сложной по кон­струкции вспомогательной передающей антенны и некоторого увеличения рас­стояния между испытуемой и вспомогательной антеннами (до 35… 40 м).

Подбор высоты установки вспомогательной передающей антенны (рис. 66). Высота установки hi выбирается так, чтобы направление отраженного от земли луча, пришедшего в точку установки испытуемой антенны А2, исходил из об­ласти первого «нуля» вертикальной диаграммы направленности вспомогатель­ной передающей антенны А1. В случае вертикально-поляризованной типа «вол­новой канал» угол в вертикальной плоскости между максимумом диаграммы и первым «нулем» составляет: для трехэлементйой антенны — около 40°, для пя­тиэлементной — около 30°, для семиэлементной — около 25°. Более точно направ­ления нулей диаграммы можно определить, измерив характеристику направлен­ности в соответствующей плоскости. У горизонтально-поляризованной вспомога­тельной передающей антенны нулевое направление в вертикальной плоскости отсутствует и появляется только в случае построения этой антенны из двух или нескольких вертикально разнесенных антенн. Для двухэтажной вспомогательной передающей антенны угол в вертикальной плоскости между максимумом диа­граммы и перзым нулем определяется соотношением (см. рис. 66).

sin α = λ!2ά,

где λ — длина волны; d — разнос между этажами по вертикали.

Рассеяние отраженных волн. Японскими стандартами рекомендуется ме­тоды уменьшения уровня отраженной волны на испытательных площадках благодаря ее рассеянию на клиновидных препятствиях. Один из вариантов по­казан на рис. 67. Вспомогательная передающая и испытуемая антенны уста­навливаются на двух рядом стоящих металлических сооружениях. Отраженная волна дважды рассеивается на клиновидных препятствиях, и амплитуда ее в месте установки испытуемой антенны существенно уменьшается.

Неравномерность высотного распределения поля в месте установки испы­туемой антенны может быть определена с помощью подключенного к приемни­ку полуволнового вибратора с изменяемой высотой установки как разность между максимальным и минимальным значениями поля, измеренными выше и ниже геометрического центра испытуемой антенны. Если неравномерность не превышает 1 … 1,5 дБ, то измерение коэффициента усиления может быть про­изведено следующим образом.

1.                 Собрать схему рис. 68, а, для чего закрепить на трубостойке вспомога­тельную передающую антенну А1 соответствующего канала или диапазона и подключить ее к генератору сигналов Г, установить на подъемно-поворотном устройстве испытуемую антенну А2, подключить ее к приемнику П со стрелоч­ным индикатором. В качестве генератора сигналов может быть использован любой генератор промышленного производства соответствующего диапазона ча­стот.

2.                Произвести ориентирование антенн А1 и А2 таким образом, чтобы мак­симумы их диаграмм направленности были направлены друг на друга.

3.                 Повернуть антенну А2 на угол 20… 30° влево и вправо от исходного по­ложения, уточнить направление максимума диаграммы, записать уровень сиг­нала Ui.

4.                Собрать схему рис. 68, б, для чего заменить антенну А2 эталонной антен­ной ЭА, установив ее в месте, соответствующем геометрическому центру ан­тенны А2.

5.                Повернуть антенну ЭА так, чтобы максимум ее’ диаграммы был направ­лен на антенну А1, записать уровень сигнала 1Т₂.

6.                Определить коэффициент усиления по напряжению («по полю»):

а)           при использовании в качестве эталонной антенны полуволнового виб­ратора

Ku=U₁/U₂;

б)           при использовании в качестве эталонной антенны направленной антенны с коэффициентом усиления Кэ относительно полуволнового вибратора

7.                Коэффициент усиления, дБ,

К=20 lg Ки.

Рекомендуемые размеры полуволновых петлевых вибраторов, используемых в качестве эталонных антенн, приведены на рис. 26—29, кабель снижения под­ключается через полуволновое U-колено в соответствии с рис. 32, а. Марка и длина кабелей снижения испытуемой и эталонной антенн должны быть одина­ковыми.

Когда неравномерность высотного распределения поля в месте установки испытуемой антенны превышает 1 … 1,5 дБ, следует применять метод усредне­ния поля по высоте, Этот метод требует плавного изменения высоты установки испытуемой и эталонной антенн в процессе измерений, в связи с чем услож­няется конструкция приемного оборудования. Для изменения высоты установки антенн может быть применена телескопическая (раздвижная) мачта. После установки и подключения испытуемой и вспомогательной передающей антенн производится их взаимное ориентирование, а затем, поднимая и опуская испы­туемую антенну относительно ее среднего положения, записывают соседние по высоте максимальное и минимальное значения сигнала Ui макс и Ui мин и опре­деляют его среднее значение

Ui ср— (Ui макс + Ui мин)/2.

Далее заменяют испытуемую антенну эталонной, устанавливают ее в точку* соответствующую геометрическому центру испытуемой антенны, после чего, под­нимая и опуская эталонную антенну, записывают соседние по высоте макси­мальное ии минимальное значения сигналов U2 макс и U2 мин и определяют его среднее значение

U2 СР= (U2 макс + U2 мин )/2Коэффициент усиления по напряжению («по полю») определяется по тем же формулам, что и ранее, с заменой Ui на Ui _Ср и U2 на U₂ ср. Отметим, что чем больше неравномерность высотного распределения поля, тем больше ошибка & определении коэффициента усиления.

Источник: Капчинский JI. М., Конструирование и изготовление телевизионных антенн.— 2-е изд., стереотип.— М.: Радио и связь, 1995.— 00 с.: ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1216).

• Предыдущая запись: Как самостоятельно изготовить электрогитару
• Следующая запись: Бесконтактный датчик присутствия

Похожие посты:

• ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ АУДИОСИГНАЛОВ C АРУ (2)
• БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ ВЫСОКООМНОГО МИКРОФОНА (0)
• ШИРОКОПОЛОСНОЕ БУФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ (0)
• ПОНИЖАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ B ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 420-450 МГЦ (0)
• СХЕМА C ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ УСИЛЕНИЕМ СИГНАЛА (0)
• ПОЛОСОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ (0)
• НИЗКОВОЛЬТНЫЙ МИКРОФОННЫЙ ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ (0)