Способ измерения плотности потока энергии электромагнитного поля

 

O Il И C A H M E,» 943604

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубпии (6l ) Дополнительное w авт. свид-ву(22) З яв о 19. 06. 80 (23),2944536/18-09 с присоединением заявки М— (23 ) П риорнтет— (5! )М. Кй.

4 01 и 29/08

1ЬеуаеуетюаыН кеяетет

СФьр ее делен ееебретений и етерытив

Опубликовано 1g. 07.82. Бюллетень %26

Дата опубликования описания 17.07.82

f S3) ЛК 621. 317 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.П. Хилов и П.П. Шаров (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА

ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и.может использоваться при определении степени поглощения электромагнитного поля биологическими рбъектами, при оценке излучающих свойств антенны и других электро"радиотехнических устройств, определении потока энергии, прошедшего через границу раз" дела двух сред.

Известен способ измерения плотности потока энергии, включающий возбуждение ЭИП симметрично нагруженной рамочной антенны на два линейных сопротивления, суммирование и вычитание сигналов, снимаемых с сопротивлений, компенсацию возникающей фазовой ошибки, перемножение выделенных сигналов, пропорциональ" ных Е и Н составляющим ЭИП, интегрирование сигнала, полученного после перемножения 513.

Известный способ измерения ППЭ требует сложной электронной обра2 ботки наведенных сигналов и необходимости подключения к рамке СВ4

- трактов, что накладывает ограничения на верхнюю границу частотного диапазона и область применения.

Известен способ измерения плотности потока. энергии электромагнитного поля путем помещения в исследуемое поле электрически замкнутой цепочки преобразователей, образую1Î щеи геометрически симметричную фигуру, и измерения напряжений, наведенных исследуемым полем в преобразователях Г2, . !

Однако известный способ имеет низкую точность измерений, так как не обеспечивает прямого выделения сигнала, гропорционального величине ППЭ.

Цель изобретения — повышение точности.

Цель достигается тем, что согласно способа измерения плотности потока энергии (ППЭ) электромагнитного

3 94360 поля (ЭИП), измеряют разность между напряжениями, наведенными на каждой паре преобразователей, расположенных диаметрально противоположно, и по измеренным величинам определяют S активную и реактивную составляющие плотности потока энергии электромагнитного поля.

Данный способ измерения ППЗ осно ван на известном факте, что при воз- 30 буждении замкнутой цепочки преобразователей электромагнитным полем, направление распространения которого совпадает с плоскостью, в которой расположена эта цепочка, в ней возникают токи, обусловленные как магнитной, так и электрической составляющими ЭИП, и может быть пояснен на примере возбуждения рамочной антенны, симметрично нагружен" 26 ной на два детектора.

Используя эквивалентную схему для симметрично нагруженной рамочной антенны, можно показать выра" жения для наведенных на детекторы напряжений U и Оп

01- К Е+ кн" =-К Ь+К Й

Н

30 где )t E и 1 И - комплексные коэффициенты передачи по

Е и Н полю1 которые определяются геометрией возбуждаемой замкну" той цепочки преобра" зователями, встроенными в цепочку:

Е и Й - комплексные амплитуды электрической и магнит- 4 ной составляющих поля.

Использование квадратичных детекторов позволяет выделить на них сигналы, пропорциональные

Щ = (к E) (к„н) .ь к„е н

X C05 (,5Ч+д()), Щ =(к,цк+(к„н)zaк к, кн. сов (дЧ+д ) 50 где у, и К„ — модули коэффициентов передачи, E u H - модули электрической и магнитной составляю.щих ЭИП; 55 = - 4Н - фазовый сдвиг, определяемый коэффициентами передачи КЕ и Кн„

4 41

a4 = 9 Ч)И фазовыи сдвиг меж

Е и Н составляющими

ЗИП.

Учитывая, что EH@os 44, определяет активную часть ППЭ (п, аЕ.НЗ!яьУреактивную часть ППЭ(Пя), выражения можно записать в виде (011 =(KEЕу1+(к„ H)2+EKE.К„(п . d

sin ан), (11 (е 1 (нн)

Из чего следует, что

"= (М Ф ) = Фкккн (н сованОр81П 59).

Если выбором геометрии замкнутой цепочки и элементов, встроенных в нее, обеспечиваются условие

В Ч и )) (п=0,1,2...), то значение 0 позволяет определить активную часть ППЗ, а при наложении условия hV= — + n Т (н =0,1,2...) Х обеспечивается определение реактивной части ППЭ.

Условие ЬЧ=п.)) легко выполняется, например, для электрически, малой рамочной антенны симметрично нагруженной на два детектора с активным сопротивлением R, удовлетворяющим неравенству

1 ц, » д 77 w4pгде = 23ff круговая частота ЭИП;

С) - емкость рамочной антенны3 (. - индуктивность рамочной антенны.

При этом 0 КР*, где (= р

° (u pc, т) ф коэффициент пропорциональности (преобразования); =4Г о

-7 Ги — магнитная про=44- 0 ницаемость свободного пространства; — действующая высота рамочной антенны при приеме Е составляю щей поля;

- площадь, охватываемая контуром рамочнои антен ны.

5 9436

Коэффициент К может быть определен расчетным путем, если все параметры схемы известны, а также путем калибровки в поле плоской волны в свободном пространстве. S

Если количество преобразователей, включенных в электрически замкну" тую цепочку геометрически симметричную более двух и все они расположены в местах пересечений схемы с прямыми, проходящими через центр симметрии, то для любой пары преобразователей, расположенных на одной пряиой остальные преобразователи можно рассматривать как нагрузки, которые фор»

Ф мируют коэффициенты передачи К и КН для данной пары преобразователей, а следовательно, при выполнении условия ЬЧ З или дЧ +ПЛ разность сигнаЯ лов, снимаемых с симметрично распо- гв ложенной пары детекторов пропорционально соответственно активной или реактивной величине ППЭ.

При этом, если схема выполнена в виде цепочки идентичных детекторов, 25 равномерно расположенных по окружности и для которых выполняются указанные условия, сумиа разностных сигналов может быть записана

Е »= к Х 6»1п 9„, 1 1 где 0 сen<11 - угол между прямой, соединяющей и -ую пару детекторов и направлением вектора Е-поля, то есть

35 также пропорциональна величине ППЭ.

Отсюда следует, что определяя разность сигналов с каждой пары преобра. о зователей, иожно определять не только величину ППЭ но и направлеf ние распространения ЭИП, которое будет проходить по прямой, соединяющей пару детекторов с максимальI

04 & ной разностью преобразованных сиг" налов.

Использование предлагаемого спо. соба измерения ППЭ по сравнению с известным позволяет существующими простыми средствами, например геометрически и электрически сииметричной схемой в виде детекторов, расположенных по окружности, путем нахождения разности преобразованных сигналов для каждой сииметрично расположенной пары детекторов, выделить сигнал, пропорциональный величине ППЭ и следовательно, с погрешностью, не превышающей погрешность аттестации коэффициента пропорциональности (менее 104) измерять ППЭ в любых условиях.

Формула изобретения

Способ измерения плотности пото». ка энергии электромагнитного поля путем помещения в исследуемое поле электрически замкнутой цепочки преобразователей, образующей геоиетрически симметричную фигуру, и изиерения напряжений, наведенных исследуемым полеи в преобразователях, отличающийся теи, что, с целью повышения точности, измеряют разность напряжений, наведенных на каждой паре преобразовате" лей, расположенных диаметрально противоположно, и по измеренным величинаи определяют активную и реактивную составляющие плотности потока энергии электромагнитного поля.

Источники информации, принятые sq внимание при экспертизе

1. Nachrichtentech.7eitschrift, 1974, 27, Н8, р.313-318.

2. Патент США и 3721900. кл. ц 01 к 23/04, 1973 (прототип).

Составитель A. Кузнецов

Редактор Л. Авраменко Техредй. Надь Корректор И. Муска аказ 5099/50 Тираж 717 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,