Устройство для измерения амплитуды и фазы электромагнитного поля в рабочем объеме радиолокационного измерительного комплекса

Изобретение относится к радиолокационным измерениям и может быть использовано при создании радиолокационных измерительных комплексов (РИК) и определении их характеристик. Технический результат заключается в повышении точности измерений амплитуды и фазы электромагнитного поля во всем рабочем объеме РИК. Сущность изобретения состоит в том, что устройство для измерения амплитуды и фазы электромагнитного поля в рабочем объеме РИК включает металлический круг с возможностью вращения, радиопрозрачную опору в виде усеченного конуса, расположенную на оси вращения металлического круга, регистрирующее устройство, левую и правую радиопрозрачные дополнительные опоры, верхнюю и нижнюю металлические траверсы, отражатель с механизмом его крепления с возможностью вертикального перемещения и вращения вокруг оси правой опоры. При этом верхняя и нижняя траверсы скреплены между собой левой и правой опорами, расположенными на концах траверс, сжимающих радиопрозрачную опору. Причем отражатель с механизмом крепления и привод его вращения расположены на правой опоре, а на верхней траверсе расположен привод вертикального перемещения отражателя. Нижняя траверса прикреплена к вращающемуся кругу. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано при создании радиолокационных измерительных комплексов и при определении их характеристик.

При создании радиолокационных измерительных комплексов в некотором объеме имитируется свободное пространство. Этот объем называется рабочим. Для эффективного использования этого объема, в частности оптимизации погрешностей измерений, необходимо знать амплитуду и фазу электромагнитного поля в рабочем объеме комплекса.

Измерению амплитуды и фазы в рабочем объеме радиолокационного комплекса посвящено множество работ, но все они решают только отдельные частные задачи и лишь частично их результаты позволяют выявить и уменьшить ошибки измерения.

Известно устройство для измерения амплитуды и фазы электромагнитного поля, представляющее собой стенд, обеспечивающий перемещение зонда по трем декартовым координатам и вращение его вокруг продольной оси для изменения поляризации (Майзельс Е.Н., Торгованов В.П. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. Под ред. М.А.Колосова, М. Издательство "Советское радио", 1972 г., стр.102).

Соединение этого стенда с амплифазометром позволяет одновременно измерять амплитуды и фазы токов СВЧ с высокой точностью.

Недостатком этого устройства является то, что по результатам измерений на нем нельзя восстановить полное распределение амплитуды и фазы электромагнитного поля в рабочем объеме измерительного комплекса из-за независимости измерений по трем плоскостям.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство измерения амплитуд и фаз отраженного электромагнитного поля в рабочем объеме измерительного комплекса с помощью пассивного отражающего зонда (Майзельс Е.Н., Торгованов В.П. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. Под ред. М.А.Колосова, М. Издательство "Советское радио", 1972 г., стр.106). Устройство содержит металлический круг и радиопрозрачную опору в виде усеченного конуса, расположенную на оси вращения металлического круга, на которой размещается пассивный отражатель (шар или биконический уголковый отражатель), который можно перемещать по окружности радиусом, равным половине максимального размера рассеивателя, и устройство регистрации.

Недостатком этого устройства является то, что измерения амплитуд и фаз производятся в одной плоскости (горизонтальной). Если измерения проводятся в разных плоскостях, например при дискретном изменении высоты радиопрозрачной опоры, то их нельзя сопоставить между собой с достаточной точностью.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности устройства измерения амплитуды и фазы электромагнитного поля за счет обеспечения взаимосвязанных непрерывных измерений амплитуд и фаз электромагнитного поля во всем рабочем объеме.

Поставленная задача решается за счет того, что в известное устройство для измерения амплитуды и фазы электромагнитного поля радиолокационного измерительного комплекса, содержащее металлический круг с возможностью вращения, радиопрозрачную опору в виде усеченного конуса, расположенную на оси вращения металлического круга, отражатель и регистрирующее устройство, введены левая и правая дополнительные стержневые опоры, верхняя и нижняя металлические траверсы, приводы вертикального перемещения и вращения вокруг одной из дополнительных опор и механизм крепления отражателя, при этом верхняя и нижняя траверсы скреплены между собой левой и правой опорами, расположенными на концах траверс, сжимающих радиопрозрачную опору, причем на одной из введенных опор расположен отражатель с механизмом крепления и привод вращения его, а на верхней траверсе расположен привод вертикального перемещения отражателя, причем нижняя траверса прикреплена к вращающемуся кругу.

Указанная выше совокупность существенных признаков благодаря выбору радиопрозрачных опор и отражателя, снабженного приводами вертикального перемещения и вращения вокруг одной из опор, позволяет последовательно и непрерывно перемещать отражатель по цилиндрической спирали внутри рабочего объема, повышая точность взаимосвязанных измерений амплитуды и фазы в рабочем объеме измерительного комплекса.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что технические решения, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения критерию охраноспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявителем технический результат. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость, так как для реализации заявляемого технического решения могут быть использованы известные материалы и оборудование.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения амплитуды и фазы электромагнитного поля. На фиг.2 представлен вид сверху на механизмы крепления и вращения отражателя.

Устройство содержит металлический круг с возможностью вращения 1, радиопрозрачную опору в виде усеченного конуса 2, отражатель 3, левую 4.1 и правую 4.2 радиопрозрачные стержневые опоры, верхнюю 5.1 и нижнюю 5.2 металлические траверсы, привод вертикального перемещения 6, привод вращения вокруг правой опоры 7, механизм крепления отражателя 8, источник электромагнитного поля 9 и регистрирующее устройство 10.

Верхняя 5.1 и нижняя 5.2 траверсы скреплены между собой левой 4.1 и правой 4.2 радиопрозрачными стержневыми опорами, расположенными на концах траверс 5.1 и 5.2. При этом они сжимают радиопрозрачную опору 2. Отражатель 3 с механизмом крепления 8 и приводом вращения 7 расположен на правой радиопрозрачной опоре 5.1. На верхней траверсе 5.1 установлен привод вертикального перемещения 6, а нижняя траверса 5.2 прикреплена к вращающемуся кругу 1. Отражатель 3 облучается источником электромагнитного поля 9, а отраженный сигнал от отражателя 3 регистрируется устройством 10.

Устройство для измерения амплитуды и фазы электромагнитного радиолокационного измерительного комплекса работает следующим образом.

Вращение металлического круга 1 передается через нижнюю траверсу 5.2 всему устройству. При этом отражатель 3, вращаясь совместно с металлическим кругом 1, сохраняет направление на излучатель радиолокационного измерительного комплекса с помощью привода вращения 7, закрепленного с помощью механизма крепления 8 на правой радиопрозрачной опоре 4.2. Вращаясь, отражатель 3 перемещается в вертикальном направлении с помощью привода вертикального перемещения 6. В результате отражатель 3 перемещается по спирали по всему рабочему объему.

Отраженный от отражателя 3 сигнал регистрируется устройством 10, выполненным, например, на основе амплифазометра, который регистрирует амплитуду и фазу сигнала.

Опора 2 изготавливается из радиопрозрачного материала, например из пенопласта с диэлектрической проницаемостью ε₀=1,1, опоры 4.1 и 4.2 изготавливаются из пенопласта с диэлектрической проницаемостью 1,2. Отражатель уголкового типа металлический с квадратными гранями и длиной ребра, равной 100 мм. Траверсы металлические. Привод вертикального перемещения и вращения отражателя на основе электрического двигателя с редуктором типа ДР-1,5Р.

В рассматриваемой конструкции для обеспечения точных измерений амплитуды и фазы электромагнитного поля существенным является отношение с/п, где с - сигнал от отражателя (определяется эффективной поверхностью рассеяния отражателя), п - помеховый сигнал от опор (определяется эффективной поверхностью опор), попадающих в рабочий объем. Рассмотрим составляющие этого отношения.

Эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) пенопластовых опор вычисляется по формуле (Фрини Параметры опор целей, связанные с измерениями их отражательной способности. ТИИЭР, 1965, т.53, №8, стр.1068):

где σ - эффективная поверхность рассеяния; L - высота опоры; ε - диэлектрическая проницаемость материала опоры; k₀ - волновое число; J₁ - бесселева функция первого порядка.

Для опоры 2 L=2,5 м, ε=1,1, d_cp=0,175 м. Расчеты показывают, что σ₂=1,1×10^-2 м².

Опоры 4.1 и 4.2 изготавливаются в виде двух стержней каждая. Длина стержней L=2,5 м, ε=1,2, d=0,032 м, σ_Σ=1,97×10^-2 м².

Общая ЭПР опор равна сумме ЭПР опоры 2 и опор 4.1 и 4.2:

σ_об=σ₂+σ_Σ=1,1×10^-2+1,97×10^-2=3,07×10^-2.

ЭПР отражателя уголкового типа с металлическими квадратными гранями равна:

где a - размер ребра грани; λ - длина волны.

Для применяемого отражателя a=0,1 м, λ=0,032 м. Расчеты показывают, что σ_отр=3,68 м².

Отношение сигнал/шум получается равным:

что достаточно для точных измерений (Блэксмит и др. Введение в методы измерения радиолокационного поперечного сечения цели. ТИИЭР, 1965, №8, стр.1043).

Устройство для измерения амплитуды и фазы электромагнитного поля в рабочем объеме радиолокационного измерительного комплекса, содержащее металлический круг с возможностью вращения, радиопрозрачную опору в виде усеченного конуса, расположенную на оси вращения металлического круга, отражатель и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что в него введены дополнительно левая и правая радиопрозрачные стержневые опоры, верхняя и нижняя металлические траверсы, приводы вертикального перемещения и вращения вокруг оси одной из дополнительных опор и механизм крепления отражателя с возможностью вертикального перемещения его, при этом верхняя и нижняя траверсы скреплены между собой левой и правой опорами, расположенными на концах траверс, сжимающих радиопрозрачную опору в виде усеченного конуса, причем на одной из дополнительных опор расположен отражатель с механизмом крепления и привод вращения его, причем на верхней траверсе расположен привод вертикального перемещения отражателя, а нижняя траверса прикреплена к вращающемуся кругу.