УСТРОЙСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
ELECTRICAL FIELD REPRODUCTION DEVICE

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано в качестве образцового источника равномерного переменного электрического поля в заданном объеме рабочей зоны.
Известны установки воспроизведения единицы напряженности электрического поля промышленной частоты типа П1-11, П1-12, предназначенные для создания равномерного переменного электрического поля. Установки применяются при поверке и калибровке измерителей напряженности электрического поля промышленной частоты, помещаемых в рабочую зону этих установок. Принцип действия установок основан на явлении образования однородного электрического поля в пространстве между двумя параллельными проводящими пластинами, образующими плоский конденсатор. Подача переменного напряжения на пластины осуществляется в противофазе, в результате в пространстве между пластинами конденсатора образуется однородное электрическое поле, которое может быть использовано как мера напряженности электрического поля.
В качестве прототипа (см. приложение) принята установка воспроизведения единицы напряженности электрического поля на базе кольцевого конденсатора, который представляет собой два металлических кольцевых электрода диаметром D=2R=1 м, расположенных коаксиально на расстоянии 3D=3 м. Диаметр электродов и расстояние между ними определяется из условия получения наибольшей однородности электрического поля в рабочей зоне. При этом верхняя граничная частоты работы установки составляет всего 200 кГц.
Недостатком вышеуказанных установок является то обстоятельство, что размеры пластин или колец конденсатора и расстояние между ними определяются требуемыми размерами рабочей зоны установки (область с заданной неоднородностью электрического поля и размещения в ней испытуемой антенны) и условием получения максимальной однородности электрического поля внутри рабочей зоны.
Увеличение размеров рабочей зоны кольцевого или плоского конденсатора приводит к существенному увеличению габаритных размеров самой установки, снижению верхней граничной частоты ее работы, возрастанию неоднородности поля в объеме рабочей зоны и уменьшению максимально воспроизводимой напряженности электрического поля при неизменной входной мощности.
Технической задачей предлагаемого решения является увеличение объема рабочей зоны (при несущественном увеличении габаритов установки) и повышение верхней граничной частоты воспроизведения электрического поля при сохранении однородности электрического поля в рабочей зоне устройства.
Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве воспроизведения электрического поля, включающем окружающий рабочую зону конденсатор с соосно расположенными двумя металлическими кольцами (кольцевыми электродами), закрепленными на диэлектрических стойках, и согласованные нагрузки, кольцевой конденсатор выполнен из набора (больше двух) соосно расположенных тонкостенных (металлических) пластинчатых колец (электродов) одинаковой высоты с равными промежутками (по высоте) между ними, каждое кольцо разрезано на четыре равные части (сегменты), расположенные на равных промежутках друг от друга в диаметральной плоскости, при этом каждые две части (сегменты) соседних колец образуют с определенным волновым сопротивлением отрезок линии передачи, на концах которых включены согласованные нагрузки, а входом высокочастотного напряжения является зазор между соседними кольцами посередине соответствующих частей (сегментов).
На рисунке схематически изображены: фиг.1 - общий вид устройства; фиг.2 - вид прямо на фиг.1; фиг.3 - вид сверху на фиг.1.
Устройство для воспроизведения электрического поля представляет собой цилиндрическую структуру (фиг.1), выполненную на основе окружающего рабочую зону 1 кольцевого конденсатора в виде набора из соосно (друг над другом) расположенных пяти тонкостенных, металлических пластинчатых колец (кольцевых электродов) 2, закрепляемых на диэлектрических стойках. Кольца 2 выполнены одинаковой высоты H и расположены с равными промежутками (по высоте) между ними h. Каждое кольцо 2 разрезано на четыре равные части (сегменты), отстоящие по окружности на равных промежутках L друг от друга (в диаметральной плоскости), и расположены друг над другом симметрично относительно соответствующих частей других колец, при этом каждые две части (сегменты) соседних колец образуют (фиг.2) отрезок двухпроводной линии передачи с волновым сопротивлением 100 Ом, на концах которого включены согласованные нагрузки 3 (резисторы номиналом 200 Ом), а входом 4 высокочастотного напряжения является зазор между соседними кольцами посередине соответствующих частей (сегментов). У каждого входа предусмотрен согласующий переход 5 в зазоре между кольцевыми элементами.
Все составные части устройства проводящие. Части колец, расположенные друг над другом, вместе с переходами можно выполнить на одной печатной плате из тонкого стеклотекстолита. Затем получившиеся четыре платы закрепить на диэлектрической пространственной раме (стойке) 6, которая обеспечит требуемый радиус изгиба плат, расстояние между ними и жесткость конструкции.
Работа устройства заключается в преобразовании кольцевым конденсатором, выполненным в виде полого разрезанного цилиндра, высокочастотного напряжения, поступающего от генератора сигналов (на рисунке не показан) между соответствующими частями соседних колец в каждый зазор между кольцами посередине частей, в напряженность электрического поля.
Такая конструкция устройства в итоге имеет 16 независимых симметричных синфазных входов и состоит из 16 отрезков линий передачи, которые окружают рабочую зону и создают в ней электрическое поле требуемой однородности (напряженность которого пропорциональна протекающему по сегментам току, создающему падение напряжения на резисторах). Установка способна работать на частотах до 300 МГц за счет возбуждения вдоль всего контура кольца равномерным по амплитуде током. Все это позволяет воспроизводить равномерное электрическое поле внутри конденсатора при приемлемых размерах установки и достаточно большой рабочей зоне. Габариты всего устройства (диаметр 1 метр, высота около 2 метров) не намного превышают размеры рабочей зоны (цилиндр с диаметром основания 0,6 м и высотой 1.4 м).
Количество выполняемых разрезов колец зависит от диапазона рабочих частот. Результаты экспериментального исследования показали, что для диапазона частот до 300 МГц оптимальное количество составляет 4 разреза.
Устройство воспроизведения электрического поля используется в качестве рабочего эталона при калибровке и поверке рабочих средств измерений переменного электрического поля.