ИЗМЕРИТЕЛЬ ВХОДНОЙ ПРОВОДИМОСТИ ШТЫРЕВЫХ АНТЕНН

Предлагаемый измеритель относится к измерительной технике и может быть использован для измерения в широкой полосе частот полной входной проводимости штыревых антенн, а также тела человека или животного, используемого в качестве антенны.
А
A
Известны устройства измерения входной проводимости или входного сопротивления антенн. Например, известно устройство определения входного сопротивления антенны при помощи куметра (Фрадин А.З., Рыжков Е.В. «Измерение параметров антенно-фидерных устройств». - М.: Связь, 1972, с. 54-57). Куметр содержит измерительный контур, состоящий из индуктивности и конденсатора переменной емкости; к измерительному контуру подключены генератор и индикатор. Измерения проводят в следующем порядке. Сначала при отключенной антенне производят настройку измерительного контура куметра в резонанс на требуемой частоте ω при помощи конденсатора переменной емкости и определяют добротность Q1 и емкость C1 этого контура. Затем параллельно конденсатору подключают антенну и вновь производят настройку всего контура в резонанс с частотой ω генератора и определяют новые значения добротности Q2 и емкости С2. По полученным данным определяют активную и реактивную составляющие входного сопротивления. Например, если входное сопротивление антенны состоит из емкости С и параллельно ей включенного сопротивления R, то
Существенными признаками, общими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются наличие измерительного контура, состоящего из индуктивности и конденсатора переменной емкости; генератора и индикатора.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая точность измерений на частотах более 3-5 МГц и сложность конструктивного выполнения, обусловленные влиянием соединительных проводов, включаемых между куметром и антенной, и использованием воздушного многопластинчатого конденсатора переменной емкости с вращательным движением пластин.
Известен измеритель входной проводимости антенн, содержащий: измерительный контур, состоящий из индуктивности и конденсатора постоянной емкости; генератор с согласующим резистором; амплитудный детектор; индикатор; противовес антенны; емкости связи и соединительные кабели (патент РФ №2110805. Опубл. 10.05.98. БИ №13, IIч., 1998 г.).
Существенными признаками, общими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются наличие измерительного контура, состоящего из: индуктивности и конденсатора постоянной емкости; генератора с согласующим резистором; индикатора; амплитудного детектора; противовеса антенны; емкостей связи и соединительных кабелей.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая точность измерений, поскольку расчетные формулы получены в предположении, что при подключении антенны величина резонансной частоты установки изменяется незначительно. На практике это допущение выполняется не всегда.
Из известных устройств измерения входной проводимости или входного сопротивления антенн наиболее близким по технической сущности является измеритель входной проводимости антенн, содержащий: измерительный контур, состоящий из индуктивности и конденсатора постоянной емкости; генератор с согласующим резистором; амплитудный детектор; индикатор; противовес антенны; первый конденсатор связи генератора с измерительным контуром и соединительные кабели; второй конденсатор связи малой емкости, включенный между оплеткой соединительного кабеля генератора и противовесом несимметричной антенны; индуктивность связи, соединяющая амплитудный детектор и индуктивность измерительного контура, и радиопоглощающий материал, укрывающий соединительные кабели измерителя (Пат. РФ №2166767 от 17.01.2000. Бюл. №13, 2001 г.).
Существенными признаками, общими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются наличие измерительного контура, состоящего из индуктивности и конденсатора постоянной емкости; генератора с согласующим резистором; амплитудного детектора; индикатора; противовеса антенны; емкостей связи и соединительных кабелей.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая точность измерений в полосе частот, конструктивная сложность и сложность эксплуатации, поскольку для настройки измерительного контура на каждую из заданных частот измерения необходимо подключение высокодобротной индуктивности соответствующей величины. Кроме того, в известном устройстве нет дистанционной подстройки частоты.
Технический результат, на решение которого направлена предлагаемая полезная модель, - повышение точности измерений в широком диапазоне частот, упрощение конструкции и обеспечение удобства эксплуатации измерителя.
Технический результат достигается тем, что индуктивность измерительного контура выполнена в виде короткозамкнутого отрезка полосковой линии с воздушным наполнением, причем проводящий слой линии выполнен на нижней стороне диэлектрической подложки, приподнятой над противовесом антенны, а подвижной короткозамыкатель полосковой линии выполнен в виде овала, образованного пружинящей полоской электропроводного материала, причем для обеспечения дистанционной подстройки частоты измерительного контура дополнительно введена управляемая емкость варикапа.
Для достижения технического результата в измерителе входной проводимости штыревых антенн, содержащем: измерительный контур, состоящий из индуктивности и конденсатора постоянной емкости; генератор с согласующим резистором; амплитудный детектор; индикатор; противовес антенны; емкости связи и соединительные кабели, индуктивность измерительного контура выполнена в виде короткозамкнутого отрезка полосковой линии с воздушным наполнением, причем проводящий слой линии выполнен на нижней стороне диэлектрической подложки, приподнятой над противовесом антенны, а подвижной короткозамыкатель полосковой линии выполнен в виде овала, образованного пружинящей полоской электропроводного материала, причем для обеспечения дистанционной подстройки частоты измерительного контура дополнительно введена управляемая емкость варикапа.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема измерителя, на фиг. 2  конструкция полосковой линии с подвижным короткозамыкателем, а на фиг. 3  внешний вид измерителя.
Измеритель содержит (см. фиг. 1, 2): противовес антенны 1; листовой диэлектрик 2; опорную площадку 3; добавочный конденсатор 4; индуктивность измерительного контура L в виде короткозамкнутого отрезка полосковой линии с воздушным наполнением, образованной проводящим слоем 5 на диэлектрической подложке 8, приподнятой над противовесом антенны 1; подвижной короткозамыкатель 6 в виде овала, образованного пружинящей полоской электропроводного материала; опорный короткозамыкатель 7; испытуемую штыревую антенну 9; емкости связи 10; амплитудный детектор 11; индикатор 12; соединительные кабели 13; генератор 14; согласующий резистор 15, обеспечивающий в соединительном кабеле режим бегущей волны; варикап 16; блокировочную емкость 17; делитель напряжения на резисторах 18 и 19; источник управляющего напряжения 20; опорные бруски из диэлектрического материала 21 и болты с гайками 22, служащие для крепления диэлектрической подложки 8.
Индуктивность измерительного контура L образована короткозамкнутым отрезком полосковой линии длиной l (см. фиг. 1, 2, 3). Проводящий слой 5 полосковой линии выполнен на нижней стороне диэлектрической подложки 8, приподнятой над противовесом антенны 1. Таким расположением проводящего слоя 5 использованная полосковая линия отличается от известной классической несимметричной полосковой линии. Поскольку в предлагаемой полезной модели подложка вынесена из области максимального электрического поля и рабочим диэлектриком является воздушное пространство между проводящим слоем 5 и противовесом антенны 1, снижаются потери в диэлектрическом материале линии, что повышает ее добротность. Кроме того, становится возможным использование в полосковой линии простого подвижного короткозамыкателя, что существенно упрощает конструкцию измерителя.
От линии со взвешенной подложкой, являющейся модификацией высокодобротной полосковой линии (Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. - М.: Сов. Радио, 1976, стр. 11, 14) используемая линия отличается отсутствием металлического корпуса, служащего для экранировки линии и крепления подложки. В предлагаемой полезной модели для крепления диэлектрической подложки 8 использованы опорные бруски из диэлектрического материала 21 и болты с гайками 22 (см. фиг. 2, 3).
В полосковых линиях, как и в двухпроводных, вследствие эффекта близости высокочастотные токи текут главным образом на обращенных друг к другу сторонах проводников, что повышает потери на токи проводимости. В полосковых линиях за счет увеличения ширины проводящего слоя имеется лучшая возможность уменьшения этих потерь, что позволяет получить в два - три раза большую добротность измерительного контура, чем в аналогичном случае при использовании двухпроводных линий.
С увеличением добротности повышается точность измерения входной проводимости антенн, поскольку уменьшается полоса пропускания контура и, соответственно, снижаются погрешность измерения его резонансной частоты и полосы пропускания, а также влияние напряжений внешних мешающих воздействий.
Конденсатор измерительного контура С образован суммой емкостей: емкостью добавочного конденсатора 4, емкостью между опорной площадкой 3 и противовесом антенны 1, емкостью варикапа 16, а также паразитными емкостями.
0
Резонансная частота измерительного контура равна. Изменением длины l полосковой линии с помощью подвижного короткозамыкателя 6 (см. фиг. 1, 2) можно в широких пределах изменять величину индуктивности измерительного контура L и, соответственно, его резонансной частоты ω. В предлагаемой полезной модели подвижной короткозамыкатель 6 выполнен в виде овала, образованного пружинящей полоской электропроводного материала. Этот короткозамыкатель имеет более простую конструкцию, чем короткозамыкатель двухпроводной линии или короткозамыкатели, описанные в книге Вамберский М.В. и др. «Передающие устройства СВЧ». - М.: Высш. шк., 1984, стр. 86 - 90.
В исходном состоянии короткозамыкатель 6 имеет форму цилиндра, диаметр которого несколько больше расстояния между проводящим слоем линии 5 и противовесом антенны 1 (см. фиг. 1, 2). В пространстве между проводящим слоем линии 5 и противовесом антенны 1 этот цилиндр под действием силы сжатия принимает овальную форму. Величина силы сжатия и, соответственно, удельного давления зависит от свойств материала короткозамыкателя и диаметра цилиндра. Для уменьшения контактного сопротивления нужно увеличивать удельное давление и количество контактных точек на соприкасающихся поверхностях.
0
0
Поскольку тело оператора и других электропроводных объектов, находящихся вблизи антенны, искажает электромагнитное поле антенны, для удобства эксплуатации желательно использовать дистанционную подстройку резонансной частоты измерительного контура ω. В этом случае оператор, удаленный от антенны на достаточное расстояние, может подстроить измерительный контур точно на заданную частоту без своих многократных перемещений от исходного положения до антенны и обратно. В предлагаемой полезной модели для дистанционной подстройки частоты ω использована управляемая емкость варикапа 16. В цепи напряжения, управляющего емкостью варикапа, использованы блокировочная емкость 17 и делитель напряжения на резисторах 18 и 19.
Таким образом, предлагаемая полезная модель при простоте конструкции обеспечивает высокую точность измерений, удобство эксплуатации и дистанционную подстройку частоты благодаря введению варикапа и использованию в измерительном контуре высокодобротной индуктивности в виде отрезка полосковой линии, длину которой можно изменять в широких пределах с помощью простого подвижного короткозамыкателя. В предлагаемой полезной модели перестройка частоты измерительного контура в широком диапазоне частот осуществляется изменением длины короткозамкнутого отрезка полосковой линии с помощью простого подвижного короткозамыкателя, а точная подстройка контура на заданную частоту измерений осуществляется с помощью варикапа дистанционно.