УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ

Техническое решение (полезная модель) относится к радиотехнике, в частности, к конструированию устройств экспериментального исследования поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ).
Известно устройство измерения параметров, содержащее генератор, передающую и приемную антенны, линию передачи, приемник, а антенны расположены в дальней зоне относительно друг друга. [1].
Недостатком этого устройства является его ограниченные функциональные возможности.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство измерения параметров поверхностной электромагнитной волны, содержащее генератор, передающую и приемную антенны поверхностной электромагнитной волны, расположенные на подстилающих поверхностях поверхностной электромагнитной волны, соединенных с линию передачи поверхностной электромагнитной волны, приемник, а антенны расположены в дальней зоне относительно друг друга. [2].
Недостатком этого устройства является его ограниченные функциональные возможности. В основу заявленного технического решения положена задача создания такого устройства измерения параметров поверхностной электромагнитной волны, которое позволит увеличить число функциональных возможностей в части измерения и оценки параметров ПЭВ при ее возбуждении, излучении, приеме, распространении, отражении и поглощении. Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в устройство измерения параметров поверхностной электромагнитной волны, содержащее генератор, передающую и приемную антенны поверхностной электромагнитной волны, расположенные на подстилающих поверхностях поверхностной электромагнитной волны, соединенных с линией передачи поверхностной электромагнитной волны, приемник, а антенны расположены в дальней зоне относительно друг друга, дополнительно вводится измеритель коэффициента стоячей волны, и передающая и приемная антенны поверхностной электромагнитной волны выполнены в виде антенн пространственной электромагнитной волны, установленных на подстилающих поверхностях поверхностной электромагнитной волны, образуя антенны, которые излучают и принимают поверхностную электромагнитную волну и она распространяется вдоль линии передачи поверхностной электромагнитной волны, причем антенны пространственной и поверхностной электромагнитной волны излучают и принимают электромагнитные волны вертикальной, наклонной и горизонтальной поляризации, а для изменения направления распространения электромагнитной волны дополнительно вводится наклонный отражатель электромагнитной волны, который размещается в промежутке между передающей и приемной антеннами на линии передачи поверхностной электромагнитной волны, при этом устройство выполнено в виде нескольких схем: в виде схем поверхностной электромагнитной волны, в виде схемы пространственной электромагнитной волны и в виде схем пространственной и поверхностной электромагнитной волны.
На фиг. 1 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы поверхностной электромагнитной волны. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1, антенны 2, подстилающие поверхности 3, линию передачи 4, приемник 5, измеритель коэффициента стоячей волны 6. На фиг. 2 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы пространственной электромагнитной волны. Устройство содержит, генератор стандартных сигналов 1, антенны 2, приемник 5, измеритель коэффициента стоячей волны 6. На фиг. 3 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы поверхностной электромагнитной волны. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1, антенны 2, подстилающие поверхности 3, линию передачи 4, приемник 5, измеритель коэффициента стоячей волны 6. На фиг. 4 изображены виды поляризации излучения и приема антеннами 2. На фиг. 5 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы поверхностной электромагнитной волны. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1, антенны 2, подстилающие поверхности 3, линию передачи 4, приемник 5, измеритель коэффициента стоячей волны 6, отражатель 7. На фиг. 6 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы поверхностной электромагнитной волны. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1, антенны 2, подстилающие поверхности 3, линию передачи 4, приемник 5, измеритель коэффициента стоячей волны 6, отражатель 7. На фиг. 7 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы пространственной и поверхностной электромагнитной волны. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1, антенны 2, линию передачи 4, приемник 5, измеритель коэффициента стоячей волны 6, отражатель 7. На фиг. 8 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы пространственной и поверхностной электромагнитной волны. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1, антенны 2, линию передачи 4, приемник 5, измеритель коэффициента стоячей волны 6, отражатель 7.
ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ
1+
1+
На фиг. 1 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде схемы измерения мощности ПЭВ. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1 (ГСС), антенны 2 (П6-23), расположенные на подстилающих поверхностях 3, линию передачи 4, приемник 5 (усилитель (У2-4 или У2-8 с квадратичным детектором на входе), измеритель коэффициента стоячей волны 6 (Ксв). При этом подстилающая поверхность ПЭВ 3 и линия передачи ПЭВ 4 выполнены в виде металлической или металлизированной ленты (например, теплофол, энергофол и др.). Измеряется приемная мощность Рпр. пэв. и коэффициент стоячей волны Ксв в заданном частотном диапазоне. На фиг. 2 изображено устройство измерения параметров, выполненное в виде электрической схемы измерения мощности пространственной электромагнитной волны. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1 (ГСС), измеритель коэффициента стоячей волны 6 (Ксв), измерительные антенны 2 (П6-23), приемника 5 (усилителя У2-4 или У2-8 с квадратичным детектором на входе). Измерения можно проводить в безэховом зале или в лабораторном помещении с использованием защитных поглощающих щитов. Измеряется приемная мощность Рпр. про. и коэффициент стоячей волны Ксв в заданном частотном диапазоне. На фиг. 3 изображено устройство, выполненное в виде электрической схемы измерения мощности ПЭВ. Устройство содержит генератор стандартных сигналов 1 (ГСС), измеритель коэффициента стоячей волны 6 (Ксв), измерительные антенны 2 (П6-23), приемника 5 (усилителя У2-4 или У2-8 с квадратичным детектором на входе). При этом антенны П6-23 установлены на наклонной подстилающие поверхности ПЭВ 3. Измеряется приемная мощность Рпр. пэв. и коэффициент стоячей волны Ксв в заданном частотном диапазоне. На фиг. 4 изображены виды поляризации, которые нужно исследовать экспериментально при возбуждении, распространении, отражении и поглощении ПЭВ. В данных, конкретных схемах эти виды поляризации можно обеспечить путем поворота антенны П6-23. вокруг оси. Кроме того, следует провести измерения и при наклоне антенны П6-23 в продольном направлении. На рис. 4 обозначены: -. Ев - вертикальная поляризация I, Ен - наклонная поляризация II, Ег - горизонтальная поляризация III. На фиг.5 изображено устройство измерения параметров ПЭВ в виде электрической схемы, позволяющая исследовать условия эффективного изменения направления распространения ПЭВ для различных поляризаций в заданных частотных диапазонах. В отличие от схемы фиг. 1.3, в схему вводятся дополнительные элементы в виде приемной антенны ПЭВ (П6-23) 2, установленной на подстилающей поверхности 3, приемного устройства 5, линии передачи ПЭВ 4, отражателя 7. При этом направление распространения ПЭВ изменяется при помощи отражателя 7, установленного под заданным углом (например, 45 градусов) относительно линий передачи 4 ПЭВ. Эффективность изменения направления распространения (переотражения) ПЭВ определяется путем сравнения приемных мощностей ПЭВ прямого и измененного направления распространения ПЭВ при различных поляризациях в заданном частотном диапазоне. При измерении ПЭВ прямого направления, дополнительные элементы схемы 2, 3, 4, 5, 7 удаляются. На фиг. 6 изображено устройство измерения параметров ПЭВ, в виде электрической схемы, позволяющей исследовать условия эффективного изменения направления распространения ПЭВ для различных поляризаций в заданных частотных диапазонах. В отличие от схемы фиг. 1, 3 в схему вводятся дополнительные элементы в виде приемной антенны ПЭВ (П6-23) 2, установленной на подстилающей поверхности 3, приемного устройства 5, линии передачи ПЭВ 4. Отражателя 7 При этом направление распространения ПЭВ изменяется при помощи отражателя 7, установленного под заданным углом (например, 45 градусов) относительно линий передачи 4 ПЭВ. Эффективность изменения направления распространения (переотражения) ПЭВ определяется путем сравнения приемных мощностей ПЭВ прямого и измененного направления распространения ПЭВ при различных поляризациях в заданном частотном диапазоне. При измерении ПЭВ прямого направления, дополнительные элементы 2, 3, 4, 5, 6, 7 удаляются. В отличие от схемы фиг. 5, изменены условия отражения и распространения ПЭВ. На фиг. 7 изображено устройство в виде схемы для экспериментального определения эффективности линии передачи ПЭВ 4. Схема выполнена в виде измерителя коэффициента стоячей волны (Ксв) 6, генератора стандартных сигналов (ГСС) 1, измерительных антенн П6-23 2, приемника 5 (усилителя У2-4 или У2-8 с квадратичным детектором на входе), наклонных отражателей 7. При этом антенны 2 типа П6-23 работают в режиме пространственной электромагнитной волны, которая отражается от наклонного отражателя 7 и распространяется вдоль линии передачи ПЭВ 4 уже как поверхностная электромагнитная волна. Измерения производятся при различных поляризациях антенн 2 и в заданном частотном диапазоне. Определение эффективности линии передачи ПЭВ 4 осуществляется путем сравнения приемной мощности данной схемы с приемной мощностью, измеренной по схеме фиг. 2, где расстояние между антеннами 2 должно быть равно сумме R2R согласно схеме фиг. 7. На фиг. 8 изображено устройство, выполненное в виде схемы для экспериментального определения эффективности линии передачи ПЭВ 4. Схема выполнена в виде измерителя коэффициента стоячей волны (Ксв) 6, генератора стандартных сигналов (ГСС) 1, измерительных антенн П6-23 2, приемника 5 (усилителя У2-4 или У2-8 с квадратичным детектором на входе), наклонных отражателей 7. При этом антенны 2 типа П6-23 работают в режиме пространственной электромагнитной волны, которая отражается от наклонного отражателя 7 и распространяется вдоль линии передачи ПЭВ уже как поверхностная электромагнитная волна. Измерения производятся при различных поляризациях антенн 2 и в заданном частотном диапазоне. Определение эффективности линии передачи ПЭВ осуществляется путем сравнения приемной мощности данной схемы с приемной мощностью, измеренной по схеме фиг. 2, где расстояние между антеннами должно быть равно сумме R2R согласно схеме фиг. 8. Устройство измерения параметров пэв работает следующим образом. Измерения производятся методом сквозной передачи мощности между антеннами 2 при излучении и приеме антеннами 2 вертикальной Ев, наклонной Ен и горизонтальной Ег поляризации в частотном диапазоне от 1 ГГц до 12 ГГц. Этот частотный диапазон определяется антеннами П6-23. Для изменения частотного диапазона нужно использовать другие типы антенн 2. Анализ и оценка параметров измеренных согласно схемам фиг. 1, 3, 5, 6, 7, 8 производится при сравнении с параметрами, измеренными согласно схеме фиг. 2. Эффективность возбуждения и распространения ПЭВ оценивается путем сравнения с эффективностью распространения пространственной электромагнитной волны по следующим формулам.
Рпр.пэв./ Рпр.про.=4F(p,α)=4F(p)F(α)
2
2
F(p)=(1-p), p=(Ксв-1)/(Ксв+1),
где p - коэффициент отражения. F - коэффициент убывания.
Таким образом предложенное устройство измерения параметров ПЭВ позволяет увеличить число функциональных возможностей в части измерения и оценки параметров ПЭВ при ее возбуждении, излучении, приеме, распространении, отражении и поглощении. Это обусловлено тем, что в предложенном устройстве антенны ПЭВ выполнены в виде антенн пространственной электромагнитной волны 2, установленных на подстилающих поверхностях 3, что позволяет антенны 2 (в отличие от прототипа) использовать самостоятельно без подстилающей поверхности ПЭВ 3. (см. фиг.2, фиг.7 и фиг.8). Кроме того, данное устройство позволяет определить наиболее эффективные элементы систем ПЭВ при их проектировании. Например, определить эффективность линии передачи ПЭВ 4, выполненной в виде плазмы, в том числе и ионосферной, выполненной в виде соленой и морской воды, в том числе и покрытой льдом. При этом антенны 2 могут быть выполнены в виде антенной решетки. Устройство позволяет определить эффективность поглотителей ПЭВ, расположенных на или над линией передачи ПЭВ 4
Источники информации.
1. Д.М. Сазонов. Антенны и устройства СВЧ. М: «Высшая школа», 1988 г., с.206 - 219 (Рис.8.1).
2. Устройство измерения параметров системы на поверхностной электромагнитной волне. Патент №79733 по заявке №2008132106/22 от 04.08.2008 г. - прототип.