Экран-параболоид для антенных измерений



Экран-параболоид для антенных измерений
Экран-параболоид для антенных измерений
Экран-параболоид для антенных измерений
Экран-параболоид для антенных измерений

 


Владельцы патента RU 2608342:

Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" (RU)

Изобретение относится к антенной технике. Заявлен экран-параболоид для антенных измерений, состоящий из параболоида вращения, изготовленного из материала, хорошо отражающего электромагнитное излучение, и имеющий форму внутренней поверхности, обеспечивающую переотражение падающих электромагнитных волн вертикально вверх, с размещенными во внутренней полости, в фокусе параболоида вращения, места для установки исследуемой излучающей антенны и места для установки вспомогательной антенны, находящейся на необходимом удалении перпендикулярно оси параболоида вращения на уровне фокуса параболоида вращения, вблизи внутренней поверхности размещены два зеркала-ловушки, имеющие эллиптическую форму, обеспечивающую защиту исследуемой излучающей антенны и вспомогательной антенны от воздействия электромагнитного излучения, исходящего от исследуемой излучающей антенны, перенаправляя электромагнитное излучение в заданное направление. Техническим результатом является создание устройства, обеспечивающего исключение влияния переотражения на результаты антенных измерений. 6 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании помещений (боксов) для проведения испытаний радиотехнической аппаратуры, в частности проведения антенных измерений без погрешности от переотражения радиоволн.

Для правильного измерения характеристик антенн необходимо измерять их в свободном пространстве или в условиях, максимально приближенных к условиям свободного пространства. Обусловлено это тем, что при антенных измерениях производится излучение электромагнитной энергии исследуемой антенной в пространство и прием энергии установленной на некотором расстоянии вспомогательной приемной антенной (или наоборот). В случае наличия вблизи антенн металлических предметов кроме прямой электромагнитной волны, связывающей антенны, появляются электромагнитные волны, отраженные от посторонних предметов, взаимодействуя с прямой электромагнитной волной в раскрывах приемной и передающей антенн, отраженные электромагнитной волны изменяют фазу и амплитуду принятой электромагнитной волны и вносят, таким образом, погрешности в результаты измерений.

Исключение влияния переотражений на результаты антенных измерений в настоящее время достигается двумя основными способами:

- удалением трассы антенных измерений (измерительной трассы) от влияющих предметов;

- проведением измерений в специальных помещениях, внутренние поверхности которых обложены специальными покрытиями, поглощающими падающие на них электромагнитные волны, так называемые безэховые камеры (БЭК).

В первом случае измерения проводятся на открытых площадках, на которых на достаточно больших расстояниях от измерительной трассы должны отсутствовать посторонние предметы, почва на площадках должна быть выровнена [1, стр. 14]. Такие площадки оборудуются обычно на загородных полигонах, для проведения измерений требуется дополнительное время на транспортировку антенн и оборудования к месту измерений.

Дальнейшее развитие первого направления - так называемый «метод вышки», предполагающий исключение влияния земли путем поднятия антенн при измерениях на достаточно большую по сравнению с длиной измерительной трассы высоту [2, стр. 71]. Реализация данного метода в обычных производственных помещениях также затруднительна, так как требует дополнительно к открытой измерительной площадке иметь высокие мачты с поворотными устройствами, электропитанием и дополнительное оборудование.

Второе направление реализовано в БЭК, внутренние поверхности которых покрыты радиопоглощающими материалами. Такие помещения полностью изолированы от окружающих предметов и при достаточной эффективности поглощающих покрытий позволяют в значительной мере исключить влияние переотражений на результаты антенных измерений [3].

Существенным недостатком безэховых камер является высокая стоимость радиопоглощающих материалов. Так, исходя из сложившихся на рынке цен на широкодиапазонные радиопоглощающие материалы [4], только затраты на приобретение, например, поглощающих пирамидок WPA (площадь одной пирамидки 1 дм2, цена 26.6 $) в количестве, достаточном для покрытия внутренних поверхностей безэховой камеры размерами 10×5×3 м, составят примерно 500 тыс. $. Кроме того, во время проведения радиотехнических испытаний происходит воздействие электромагнитных волн, не поглощенных радиопоглощающим материалом, влияющих на результаты измерений.

Целью изобретения является создание устройства, обеспечивающего исключения влияния переотражения на результаты антенных измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в помещение для антенных измерений имеющем радиопрозрачный потолок, устанавливается экран-параболоид, изготовленный из материала, хорошо отражающего электромагнитное излучение, и имеющий форму внутренней поверхности, обеспечивающую переотражение падающих электромагнитных волн вертикально вверх, с размещенными во внутренней полости, в фокусе параболоида вращения, места для установки исследуемой излучающей антенны и места для установки вспомогательной антенны, находящейся на необходимом удалении перпендикулярно оси параболоида вращения на уровне фокуса параболоида вращения, вблизи внутренней поверхности размещены два зеркала-ловушки, имеющих эллиптическую форму, обеспечивающую защиту исследуемой излучающей антенны и вспомогательной антенны от воздействия электромагнитного излучения, исходящего от исследуемой излучающей антенны, перенаправляя электромагнитное излучение в заданное направление.

Устройство, обеспечивающее проведение испытаний радиотехнической аппаратуры, в частности антенных измерений, в котором изменяет направление электромагнитное излучение, влияющее на результаты измерения (прототип), в открытой публикации из всех доступных источников информации не найден.

Сущность изобретения поясняется фигурами.

На фиг. 1 показан экран-отражатель в разрезе, на фиг. 2 показана компьютерная модель антенны, представляющая собой полуволновой вибратор с круглым рефлектором, на фиг. 3 показана схема компьютерной модели установки для проведения измерений, на фиг. 4 показаны результаты определения зависимости коэффициента усиления антенны от частоты для случаев размещения измерительной установки в свободном пространстве и в помещении с экраном-параболоидом, на фиг. 5 показаны результаты определения зависимости коэффициента усиления антенны от частоты для случаев размещения измерительной установки в свободном пространстве и в помещении с прямоугольными стенками, на фиг. 6 показаны результаты измерения диаграммы направленности в свободном пространстве, в помещении с экраном-параболоидом и в помещении с прямоугольными стенками.

Экран-параболоид для антенных измерений состоит из параболоида вращения, во внутренней полости которого размещены два места для установки антенны А1 и антенны А2, два зеркала-ловушки Л1 и Л2.

Параболоид вращения содержит внутреннюю поверхность, изготовленную из материала, хорошо отражающего электромагнитное излучение, и имеющую форму внутренней поверхности, обеспечивающую переотражение падающих электромагнитных волн вертикально вверх.

Во внутренней полости, в фокусе параболоида вращения, размещено место для установки исследуемой излучающей антенны А1 и место для установки вспомогательной антенны А2, которая находится на расстоянии, необходимом для измерения, перпендикулярно оси параболоида вращения на уровне фокуса параболоида вращения.

Во внутренней полости параболоида вращения размещены два зеркала-ловушки Л1 и Л2, представляющие собой эллиптические плоскости, наклоненные так, чтобы проекции на поверхность параболоида вращения совпадали с областями, переотражающими электромагнитное излучение.

Экран-параболоид для антенных измерений размещается в помещении, имеющем радиопрозрачный потолок, ось параболоида вращения перпендикулярна полу.

Электромагнитные волны, излучаемые антенной 1 из фокуса параболоида вращения, попадают на внутреннюю поверхность параболоида вращения, отражаются вертикально вверх, параллельно оси (лучи а1, а2, а3). Зеркала-ловушки Л1 и Л2 обеспечивают защиту антенне А1 и антенне А2 от влияния электромагнитного излучения, излучаемого антенной А1 в пределах телесных углов 1 и 2. Зеркало-ловушка Л1 изменяет направление отраженного параболоидом вращения вверх электромагнитного излучения, излучаемого в телесном угле 1, и после вторичного отражения параболоидом вращения направляет электромагнитное излучение вверх (луч б2), минуя области размещения антенн А1 и А2. Зеркало-ловушка Л2 изменяет направление электромагнитного излучения, излучаемого в телесном угле 2, перенаправляя его на параболоид вращения и далее вверх (луч б1).

Работоспособность параболоида вращения для антенных измерений проводилась на компьютерной модели, основанной на решении уравнений Максвелла во временной области методом конечных разностей [5, стр. 39]. Моделировались две классические задачи антенных измерений:

- измерение коэффициента усиления методом двух идентичных антенн;

- измерение диаграммы направленности антенны методом ее вращения вокруг фазового центра.

В качестве объекта исследований использовалась предварительно смоделированная антенна, представляющая собой полуволновой вибратор с круглым рефлектором (фиг. 2). Размеры антенны А1 и А2 приведены на фиг. 2, при питании портом с волновым сопротивлением 50 Ом в точках 1-2 в диапазоне частот 0.95…1.05 ГГц коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входа антенны лежит в пределах 1.12…1.4 ГГц (фиг. 3), усиление антенны 7.6 дБ, фазовый центр антенны расположен посередине между рефлектором и вибратором.

Измерение коэффициента усиления методом двух идентичных антенн [6, стр. 281], антенны А1 и А2 разнесены в пространстве на расстояние не менее [6, стр. 256, 264]:

где D - максимальный размер антенны,

λ - длина волны.

Антенны А1 и А2 сориентированы друг на друга максимальными диаграммами направленности.

Усиление антенны определяется по формуле [6, стр. 281]:

где Рвх - мощность на входе передающей антенны А1;

Рвых - мощность на выходе приемной антенны А2.

При измерении диаграммы направленности антенны А1, кроме требований данной зоны (формула 1, 2) добавляется требование по обязательному совмещению оси вращения антенны А1 с ее фазовым центром [6, стр. 258].

Определение коэффициента усиления и диаграммы направленности антенны А1 проводятся следующим образом:

1) измерительная установка, удовлетворяющая всем перечисленным выше условиям, размещается в свободном пространстве. В результате прогона модели, на основе полученной зависимости отношения Рвыхвх от частоты вычисляется зависимость усиления антенны А1 от частоты. Измерение диаграммы направленности антенны А1 в вертикальной плоскости производится путем последовательного прогона модели с дискретным изменением угла места антенны на 15° и фиксации уровня мощности на выходе антенны А2 после каждого прогона;

2) измерительная установка размещается во внутренней полости экрана-параболоида с максимальным диаметром 3 м и высотой 1,3 м. В результате прогона модели, на основе полученной зависимости отношения Рвыхвх от частоты вычисляется зависимость усиления антенны А1 от частоты. Измерение диаграммы направленности антенны А1 в вертикальной плоскости производится путем последовательного прогона модели с дискретным изменением угла места антенны на 15° и фиксации уровня мощности на выходе антенны А2 после каждого прогона;

3) измерительная установка размещается внутри помещения, имеющего радиопрозрачный потолок и размеры 3×3×1,3 м. В результате прогона модели, на основе полученной зависимости отношения Рвыхвх от частоты вычисляется зависимость усиления антенны А1 от частоты. Измерение диаграммы направленности антенны А1 в вертикальной плоскости производится путем последовательного прогона модели с дискретным изменением угла места антенны на 15° и фиксации уровня мощности на выходе антенны А2 после каждого прогона.

Результаты определения зависимости коэффициента усиления антенны А1 для трех вариантов размещения измерительной трассы приведены на фиг. 4 и 5.

Из графика (фиг. 4) видно, что результаты определения коэффициента усиления антенны для вариантов размещения измерительной установки в свободном пространстве и внутри параболического экрана практически совпадают. Середина зоны неопределенности результатов моделирования (выделена серым цветом) составляет 7.55 дБ, что совпадает с действительным значением усиления модели антенны (7.6 дБ), а разброс значений ±0.2 дБ говорит о достаточно высокой точности моделирования. Изрезанности графика зависимости усиления антенны от частоты, неизбежной при наличии интерференции прямой и отраженных электромагнитных волн, не наблюдается.

Из графиков (фиг. 5) видно, что при размещении измерительной установки в боксе с прямоугольными стенками разброс результатов определения коэффициента усиления составляет 11.25 дБ, зависимость от частоты носит типичный интерференционный характер, а отклонение результатов от действительного значения (-7.6…+3.65 дБ) говорит о практической невозможности проведения измерений в таких условиях.

Из сравнения результатов имитационного моделирования процедуры измерения диаграммы направленности антенны для трех вариантов размещения измерительной установки (фиг. 6) видно, что диаграмма направленности, измеренная в условиях размещения измерительной установки в параболическом экране, практически повторяет диаграмму направленности в свободном пространстве. Для варианта размещения в боксе с прямоугольными стенками характерна полная потеря информации как о ширине главного лепестка, так и о положении и относительном уровне боковых лепестков.

Из приведенных результатов следует, что предлагаемый экран-параболоид для антенных измерений обеспечивает получение достоверных результатов антенных измерений, переотражая электромагнитные волны без их нежелательного воздействия на исследуемую и вспомогательную антенны.

Литература

1. ГОСТ Р 51318.16.1.4-2008. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к аппаратуре измерения для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости. Часть 1-4. Аппаратура для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости. Устройства для измерения излучаемых радиопомех и испытаний на устойчивость к излучаемым радиопомехам. - Введ. 2009-07-01. - М.: Изд-во стандартинформ, 2009. -71 с.

2. Методы измерения характеристик антенн СВЧ / Л.Н. Захарьев [и др.]; ред. Н.М. Цейтлин. - М.: Радио и связь, 1985. - 368 с., ил.

3. Мицмахер М.Ю. Безэховые камеры СВЧ / М.Ю. Мицмахер, В.А. Торгованов. - М.: Радио и связь, 1982. - с., ил.

4. Материалы для обеспечения ЭМС. Поглощающие. - Режим доступа: http://www.techno.ru/emi/priceabsorb.pdf.

5. Автоматизированное проектирование устройств СВЧ / В.В. Никольский [и др.]; ред. В.В. Никольский. - М.: Радио и связь, 1982. - с., ил.

6. Фрадин А.З. Измерение параметров антенно-фидерных устройств / А.З. Фридан, Е.В. Рыжков. - М.: Радио и связь, 1962 - с., ил.

Экран-параболоид для антенных измерений, состоящий из параболоида вращения, изготовленного из материала, хорошо отражающего электромагнитное излучение, и имеющий форму внутренней поверхности, обеспечивающую переотражение падающих электромагнитных волн вертикально вверх, с размещенными во внутренней полости, в фокусе параболоида вращения, места для установки исследуемой излучающей антенны и места для установки вспомогательной антенны, находящейся на необходимом удалении перпендикулярно оси параболоида вращения на уровне фокуса параболоида вращения, вблизи внутренней поверхности размещены два зеркала-ловушки, имеющие эллиптическую форму, обеспечивающую защиту исследуемой излучающей антенны и вспомогательной антенны от воздействия электромагнитного излучения, исходящего от исследуемой излучающей антенны, перенаправляя электромагнитное излучение в заданное направление.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к конструкциям безэховых камер (БЭК), предназначенных для измерения диаграмм эффективной площади рассеяния (ЭПР) радиолокационных целей.

Летательный аппарат (10) с малой радиолокационной сигнатурой включает двигательную установку (18) для приведения в движение летательного аппарата (10), имеющего воздухозаборник (16) и сопловое отверстие (14), нишу (20, 24, 26), через которую предусмотрена возможность ввода других компонентов летательного аппарата (10) вовнутрь.

Изобретение относится к радиотехнике. Особенностью заявленного антенного поста является то, что металлические валы через редукторы и электромагнитную муфту сцепления соединены с возвратными электродвигателями, крепящимися к нижним бимсам, радиопрозрачные тяги, обеспечивающие продвижение радиопоглощающих транспарантов, прикреплены к металлическим катушкам с внутренней электромагнитной муфтой, обеспечивающей сцепление металлической катушки с металлическим валом, закрепленным на стойках верхнего бимса и вращающимся через редуктор посредством электродвигателя, расположенного на стойке верхнего бимса, включение/выключение электродвигателей осуществляется посредством концевых выключателей, при этом радиопоглощающие транспаранты могут быть сплошными или с вырезами для антенн, оставленных не экранированными для работы, а поверх радиопрозрачных панелей, области которых не перекрываются радиопоглощающими транспарантами, наклеиваются радиопоглощающие наклейки.

Использование: для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, защиты от радиоизлучения и снижения радиолокационной заметности различных объектов.

Изобретение относится к области радиотехники, к материалам для поглощения электромагнитных волн, и может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения радиолокаторами объектов морской, наземной, авиационной и космической техники, а также обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных и радиотехнических приборов и устройств.
Предложенное изобретение относится к технологии изготовления радиопоглощающих ферритов, которые находят все более широкое применение в безэховых камерах, для значительного снижения отражения радиоволн от стен.

Изобретение предназначено для авиационной, космической и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении объемных термостойких широкодиапазонных радиопоглощающих материалов (РПМ) для защиты от электромагнитного излучения.

Изобретение относится к поглотителям электромагнитных волн. Технический результат - создание слоистого поглотителя электромагнитных волн с коэффициентом поглощения по мощности не менее 99% в диапазоне частот 42-76 Гц и в видимой области.

Изобретение относится к защитным композиционным материалам на текстильной основе, которые используются в электро- и радиотехнике, медицине, военной технике, астрономии, строительной и бытовой технике.

Изобретение относится к области радиотехники. Устройство представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из нескольких слоев: наружного слоя, выполненного из диэлектрического материала, поглощающих внутренних слоев электропроводящей ткани, соединенных прослойками диэлектрического вещества, и тыльного слоя.
Наверх