ПЕРЕСТРАИВАЕМАЯ АНТЕННА ДЛЯ ТЕСТОВ НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ СОВМЕСТИМОСТЬ
TUNABLE ANTENNA FOR ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY TESTS

Область техники и известный уровень техники
Настоящее изобретение относится к антенне для выполнения тестов на электромагнитную совместимость (ЭМС).
Электронное оборудование на авиационных или автомобильных транспортных средствах взаимодействует через электромагнитное поле с другим оборудованием и окружающей средой. До некоторой степени оно возмущает окружающую среду и в свою очередь имеет некоторую восприимчивость к электромагнитным помехам.
Электромагнитная окружающая среда, в которой степень загрязнения меняется в зависимости от месторасположения, включает в себя все потенциальные электромагнитные угрозы, например сильноточное переключение, нестационарные процессы в энергосистемах, источники радиоизлучения, радиотелекоммуникационные сети, радиолокационные импульсы, электростатические разряды, грозовые разряды, космический шум, а также электромагнитные импульсы от ядерных источников.
Таким образом, необходимо проверять электромагнитную совместимость (ЭМС) шаг за шагом во время разработки, чтобы согласовывать и интегрировать системы, содержащие такое электромагнитное оборудование, для уверенности в том, что разнообразное электронное оборудование, разработанное для работы вблизи другого оборудования, будет функционировать правильно. По этой причине ЭМС проверка предназначена для того, чтобы гарантировать правильную работу электронного оборудования в присутствии многих других приборов и часто в неблагоприятном электромагнитном окружении.
Ввиду этого такая проверка требует множества ЭМС тестов, приспособленных к каждому шагу процесса разработки.
Эти тесты могут быть поделены на четыре категории:
- тесты на кондуктивное излучение,
- тесты на магнитную восприимчивость,
- тесты на излучение и
- тесты на восприимчивость к радиоизлучению.
Тесты на излучение проверяют, что электронное оборудование не испускает никакого паразитного излучения вне заданных границ, в пределах которых излучение считается допустимым; тесты на восприимчивость проверяют, что электронное оборудование достаточно устойчиво к паразитным сигналам.
Электронное оборудование компьютерного типа содержит несколько электронных плат, каждая из которых в свою очередь содержит несколько электронных компонентов, которые взаимодействуют между собой.
Во время проведения тестов на восприимчивость испытания выполняются для того, чтобы увидеть, корректно ли ведут взаимодействие друг с другом различные электронные компоненты в присутствии электромагнитного поля.
Известно, что так называемые полосковые антенны могут быть использованы для проведения тестов на восприимчивость к излучению для создания магнитного поля с целью облучения электронных плат.
Полосковая антенна образует объем, в пределах которого может быть создано заданное, относительно однородное электромагнитное поле. Электронные платы помещены внутри этого объема и, таким образом, подвергаются воздействию заданного электромагнитного поля. Поведение электромагнитных плат проверяется во время их облучения.
Известный тип полосковой антенны, пример которой показан на фиг.1, содержит две металлические пластины 102, 104, параллельные друг другу и обращенные друг к другу, каждая с двумя продольными концами треугольной формы 102.1, 102.2, 104.1, 104.2, причем каждый треугольный конец 102.1, 102.2, 104.1, 104.2 пластины 102, 104 наклонен к треугольному концу другой пластины 104, 102, расположенному на той же стороне. Таким образом, если смотреть спереди, антенна представляет собой форму шестиугольника с двумя более длинными параллельными сторонами, образованными параллельными пластинами 102, 104, и другими двумя парами более коротких сторон, попарно параллельных и образованных треугольными концами 102.1, 102.2, 104.1, 104.2.
Пластины 102, 104 разделены на заданное расстояние, установленное при помощи изолирующих распорных деталей 106 высотой h.
Различные части, образующие антенну, зафиксированы относительно друг друга в неподвижной конфигурации.
Радиочастотный усилитель мощности выведен в один продольный конец, а второй конец нагружен силовым резистором с импедансом в 50 Ом.
Поле, образованное внутри такой антенны, вертикально поляризовано. Напряженность поля в вольтах на метр (В/м) зависит от высоты h и определяется следующим соотношением:
P - вводимая мощность в ваттах,
Z - импеданс антенны и
h - расстояние между верхними пластинами 102, 104.
c10
Поле однородно в пределах пространства между пластинами 102, 104 вплоть до критической частоты f, при которой антенна работает в многократном резонансе, но больше в одинарном резонансе. Эта критическая частота задается следующим соотношением:
где c - скорость света и
L - ширина антенны, т.е. ширина параллельных пластин 102, 104.
Поле, таким образом, сохраняется однородным вплоть до этой критической частоты; полосковая линия может быть использована за пределами этой критической частоты, но однородность поля в испытательной зоне должна быть проверена с использованием зонда и ваттметра, чтобы удостовериться, что величина поля во всех точках равна или больше, чем требуемая характеристика.
Преимущество этого типа антенны в том, что она может создавать сильное поле в широком диапазоне частот. Широкий диапазон частот ограничивает число используемых антенн и снижает время установки. Таким образом, тестирования проводятся более быстро, чем если бы использовались антенны с более узкой полосой пропускания.
Однако размер полосковых антенн, известных из уровня техники, фиксирован. Поэтому, когда используемая антенна слишком большого размера относительно тестируемых электронных плат, доступная мощность усилителя используется неоптимально. Более того, ограничена величина электромагнитного поля, полученного внутри антенны.
Вследствие этого в случае антенны такого типа мощность усилителя должна быть увеличена, чтобы обеспечить компенсацию из-за пространства между пластинами. Соотношение (I) показывает, что напряженность электромагнитного поля пропорциональна корню квадратному из мощности. Следовательно, для значительного усиления поля необходимо большое увеличение мощности.
Цена производства высокочастотного усилителя также высока и увеличение его мощности значительно повышает его цену.
Более того, когда полосковая антенна такого типа работает на частоте выше своей фиксированной критической частоты, она имеет неустранимые резонансные моды.
И поэтому одна цель настоящего изобретения состоит в разработке антенны с низкой ценой производства, которая может быть использована для оптимально эффективного проведения тестов на восприимчивость к радиоизлучению для различных электронных плат.
Другая цель настоящего изобретения состоит в разработке антенны, которая может быть использована для проведения тестов на восприимчивость к радиоизлучению выше критической частоты устраняемых резонансных мод.
Раскрытие изобретения
Цель, заявленная выше, достигается использованием антенны полоскового типа с изменяемыми размерами, в частности, способной обеспечить изменяемое пространство между двумя изменяемыми параллельными пластинами таким образом, что мощность усилителя может быть использована оптимально. Это позволяет избежать необходимости использовать усилители более высокой мощности.
Из соотношения (I) видно, что магнитное поле обратно пропорционально расстоянию между параллельными пластинами. Таким образом, при изменяемой высоте антенны легко сделать оптимальным использование максимальной мощности, которая может вырабатываться усилителем.
Длина антенны также может быть изменяемой, другими словами, параллельные пластины могут быть раздвигаемыми в продольном направлении. Таким образом, резонансные моды могут быть устранены в случае, когда антенна используется за пределами данной критической частоты.
Объектом настоящего изобретения является, главным образом, антенна для тестирования на электромагнитную совместимость, содержащая верхнюю пластину и нижнюю пластину с параллельными продольными осями, установленные на расстоянии друг от друга и соединенные механически на каждом продольном конце продольными пластинами, причем указанные верхняя и нижняя пластины и указанные продольные пластины ограничивают пространство, при этом верхняя и нижняя пластины и продольные пластины установлены с возможностью движения относительно друг друга, чтобы ограничивать пространство, размеры которого могут быть изменены.
Предпочтительно верхняя пластина и нижняя пластина удерживаются на заданном расстоянии с помощью распорных деталей переменной высоты. Распорные детали могут быть телескопического типа.
Например, продольные пластины установлены с возможностью движения с помощью первых поворотных соединений на продольных концах верхней пластины так, чтобы расстояние, разделяющее верхнюю и нижнюю пластины, могло быть изменено. Это оптимизирует использование максимальной мощности, которую усилитель может вырабатывать.
Например, первые поворотные соединения могут быть выполнены из электропроводящего материала, чтобы сохранить проводимость между верхней пластиной и продольными пластинами и между нижней пластиной и продольными пластинами.
Предпочтительно антенна согласно настоящему изобретению может содержать, по меньшей мере, одну верхнюю пластину с изменяемым продольным размером, или могут быть изменяемы продольные размеры и верхней, и нижней пластины. В настоящем изобретении, если антенна работает выше своей критической частоты, резонансные моды могут быть изменены.
Например, продольные пластины изменяемого размера могут быть телескопического типа с охватываемой частью и охватывающей частью, при этом охватываемая и охватывающая части постоянно находятся в электрическом контакте.
Антенна может быть выполнена так, что охватываемая часть верхней пластины находится напротив охватываемой части нижней пластины, чтобы однородно распределить массу антенны.
Особенно предпочтительно, что между охватываемой частью и охватывающей частью может быть проводящее упругое соединение для того, чтобы выполнить простой и надежный постоянный электрический контакт между охватываемой частью и охватывающей частью.
Верхняя и нижняя пластины могут быть, например, прямоугольной формы, чтобы обеспечить непрерывность формы верхней и нижней пластин, когда они растянуты в длину.
В одном варианте настоящего изобретения четыре продольные пластины имеют треугольную форму, при этом две пластины соединены через одну сторону с продольными сторонами конца верхней пластины и две пластины соединены через одну сторону с продольными концами нижней пластины, причем продольные пластины, располагающиеся вдоль сторон, обращенных к нижней и верхней пластинам соединены в вершине.
Например, пары продольных пластин, соединенных в вершине, связаны с помощью элемента связи, соединенного с каждой из вышеупомянутых продольных пластин через вторую петлю, при этом вышеупомянутый элемент связи, электрически изолирует продольные пластины, которые соединяет, и электрически связывает нижнюю пластину и верхнюю пластину.
Предпочтительно антенна содержит средство поддержки продольных концов антенны, причем указанное средство поддержки имеет изменяемую высоту. Средство поддержки увеличивает жесткость антенны и тем самым поддерживает конфигурацию антенны симметричной относительно плоскости, проходящей через два продольных конца антенны и параллельной верхней и нижней пластинам.
В другом варианте воплощения настоящего изобретения нижняя пластина может быть заземленной пластиной.
Могут быть две треугольные продольные пластины, каждая из которых соединена через одну сторону с продольными концевыми сторонами верхней пластины и соединена в вершине с нижней пластиной.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет лучше понято после прочтения следующего описания и прилагаемых чертежей, в которых:
фиг.1 - перспектива полосковой антенны, известной из уровня техники;
фиг.2 - перспектива предпочтительного примера воплощения полосковой антенны согласно настоящему изобретению;
фиг.3 - вид детали антенны на фиг.2;
фиг.4 - другая деталь антенны на фиг.2;
фиг.5 - изолирующий элемент антенны на фиг.2;
фиг.6 - перспектива варианта полосковой антенны, показанной на фиг.2;
фиг.7 - перспектива другого варианта воплощения антенны на фиг.2;
фиг.8 - перспектива еще одного примера воплощения антенны согласно настоящему изобретению.
Подробное описание конкретных вариантов осуществления изобретения
На фиг.2 показан предпочтительный пример воплощения полосковой антенны согласно настоящему изобретению, содержащей верхнюю пластину 2 и нижнюю пластину 4, расположенные параллельно и обращенные друг к другу. В показанном примере эти пластины 2 и 4 прямоугольной формы. Нижняя пластина 2 и верхняя пластина 4 содержат продольные пластины 6, 8, 10, 12 соответственно на каждом из продольных концов. Продольные пластины 6, 8, 10, 12 в этом примере имеют треугольную форму и соединены через одну сторону 6.1, 8.1, 10.1, 12.1 с одной стороной 2.1, 2.2, 4.1, 4.2 верхней и нижней пластин 2, 4 соответственно.
Продольные пластины 6, 10 верхней пластины 2 и нижней пластины 4, расположенные с одной и той же стороны, соединены на угле 6.2, 10.2, противоположном стороне 6.1, 10.1, связанной с верхней пластиной 2 и нижней пластиной 4 соответственно.
Продольные пластины 8, 12 верхней пластины 2 и нижней пластины 4, расположенные на той же стороне, соединены в вершине 8.2, 12.2, противоположной стороне 8.1, 12.1, соединенной с верхней пластиной 2 и нижней пластиной 4 соответственно.
Таким образом, на виде спереди антенна имеет гексагональную форму и содержит две параллельные более длинные стороны и четыре более короткие стороны, попарно параллельные.
Радиочастотный усилитель мощности выходит в один продольный конец, а на другой конец нагружен силовой резистор с импедансом, например, в 50 Ом.
Верхняя пластина 2 и нижняя пластина 4 и продольные пластины 6, 8, 10, 12 ограничивают внутреннее пространство E.
Согласно настоящему изобретению размеры внутреннего пространства могут изменяться, чтобы оптимизировать антенну для тестируемых электронных плат.
В настоящем изобретении расстояние h, разделяющее верхнюю пластину 2 и нижнюю пластину 4, может быть изменено.
Чтобы достичь этого, продольные пластины 6, 8, 10, 12 установлены с возможностью перемещения относительно верхней пластины 2 и нижней пластины 4.
Конструкция выполнена мобильной, так что высота антенны может регулироваться. Эта подвижность предотвращает деформацию частей, соединенных с усилителем и 50 Ом резистором.
Далее дано подробное описание продольных пластин 6 и 8, а описание пластин 8, 12 аналогичное.
В показанном примере поворотное соединение 16, например типа рояльной петли, выполнено между продольной пластиной 6 и верхней пластиной 2 вдоль сторон 2.1 и 6.1.
Таким образом, продольная пластина 6 имеет возможность поворачиваться относительно верхней пластины вокруг оси X вдоль стороны 2.1 верхней пластины 2.
/
/
Продольная пластина 10 установлена с возможностью вращения на нижней пластине 4 со стороны 4.1 вдоль оси Xс помощью первого поворотного соединения 17, при этом ось X параллельна оси X. Например, поворотное соединение 17 может быть такой же петлей, как петля 16.
Продольные пластины 6, 10 также соединены в вершине 6.2, 10.2, также с возможностью движения.
Также выполнено два вторых поворотных соединения 18, 20, соединяющих продольные пластины 6, 10 с элементом 22 соединения. Эти поворотные соединения параллельны первым поворотным соединениям 16, 17.
Например, поворотные соединения 18, 20 могут быть петлями 18, 20 того же типа, что и петли 16, 17.
Таким образом, расстояние h между верхней пластиной 2 и нижней пластиной 4 может быть изменено.
Следовательно, уменьшение h может усилить электромагнитное поле согласно соотношению (I).
Электромагнитное поле может быть усилено вдвое при уменьшении высоты h вдвое, в то время как выходная мощность усилителя должна была бы быть умножена на четыре.
Поэтому общая стоимость установки «усилитель и полосковая антенна согласно настоящему изобретению» много ниже, чем установки «стандартные усилитель и полосковая антенна». Антенна согласно настоящему изобретению может оптимизировать доступную мощность и может быть перестраиваемой для согласования с размерами электронных плат настолько близко, насколько это возможно.
Петли 16, 17, 18, 20 выполнены из проводящего материала, чтобы обеспечить хорошую электрическую проводимость между различными частями антенны.
Можно было бы использовать дополнительный проволочный проводник, перекрывающий петли, которые однородно распределены по ширине антенны.
Элемент 22 связи содержит изолирующий блок, выполненный, например, из тефлона, механически соединяющий пластины 6 и 10 и электрически изолирующий их, и разъем N типа, сердцевина которого соединена с верхней пластиной 2, а корпус соединен с нижней пластиной 4.
Кроме того, в случае когда антенна содержит распорные детали 14, распорные детали выполнены таким образом, что они имеют изменяемую высоту, как показано на фиг.5. Например, они могут быть телескопическими. Такие распорные детали могут быть выполнены, например, из изолирующей пластмассы.
В показанном примере распорные детали 14 расположены на четырех углах и обращены к верхней пластине 2 и нижней пластине 4.
Распорные детали могут быть подогнаны вручную с использованием винта. Могут быть использованы другие средства, например устройство типа зубчатой рейки. Изменение высоты распорных деталей может управляться также электродвигателями.
В предпочтительном примере воплощения настоящего изобретения верхняя пластина 2 и нижняя пластина 4 имеют изменяемую длину 1, так что может быть выполнена такая полосковая антенна, в которой резонансные моды могут быть удалены, когда антенна используется при частоте выше критической частоты.
Далее дано подробное описание верхней пластины 2, конструкция нижней пластины 4 аналогичная.
В показанном примере верхняя пластина 2 является телескопической. Она содержит охватывающую часть 24 и охватываемую часть 26, при этом охватываемая часть проникает в охватывающую часть 24 и может скользить в охватывающей части 24, изменяя длину 1 верхней пластины 2. Охватываемая часть 26 и охватывающая часть 24 также находятся в электрическом контакте.
Таким образом, длина верхней пластины может быть изменена приблизительно в два раза.
Существует зазор j между охватываемой частью и охватывающей частью, чтобы облегчить скольжение.
Особенно предпочтительно предотвращение образования разрывов в электропроводности в зазоре j, и это выполнено, как показано на фиг.3, таким образом, что упругие соединения 28, выполненные из электропроводящего материала, должны быть между охватываемой частью 26 и охватывающей частью 24 для обеспечения постоянного электрического контакта между охватывающей частью 24 и охватываемой частью, при этом обеспечивается легкое скольжение. Поэтому верхняя пластина представляет собой электрически единую деталь.
Обеспечиваются средства для неподвижности частей 24, 26 относительно друг друга, например средства типа винта.
Проводящее соединение может быть достаточно жестким, чтобы удержать две части 24, 26 в неподвижном положении относительно друг друга.
В полосковых антеннах, известных из уровня техники, разные части жестко скреплены друг с другом, и антенна естественным образом удерживает гексагональную форму.
В настоящем изобретении, так как различные детали выполнены с возможностью двигаться относительно друг друга, может быть предпочтительным обеспечить средство, поддерживающее концы антенны, образованное элементами 22 соединения, для увеличения жесткости антенны.
В показанном примере такие поддерживающие устройства состоят из регулируемых по высоте телескопических подпорок 30, высота которых регулируется в зависимости от изменения размеров внутреннего пространства в антенне. Таким образом, антенна поддерживает определенную форму. Например, подпорки 28 могут быть того же типа, как телескопические распорные детали 14.
Для удержания антенны в установленном положении можно было бы обеспечить достаточно высокое трение между различными подвижными деталями.
На фиг.7 показан вариант антенны с фиг.2, в котором охватываемая часть 24 верхней пластины 2 и охватываемая часть 32 нижней пластины 4 расположены со сдвигом относительно друг друга, что предпочтительно для распределения массы антенны однородно по всей структуре. Масса охватывающих частей 24, 34 обычно больше, чем масса охватываемых частей.
На фиг.2 показан пример воплощения антенны, в которой охватываемые части находятся одна над другой.
Охватываемые и охватывающие части могут быть выполнены из одного и того же материала.
Очевидно, что можно выполнить антенну, которая содержит верхнюю и нижнюю пластины 2 и 4 с неизменяемой длиной. В этом случае только концевые пластины являются подвижными, так чтобы высота антенны могла быть изменена.
Очевидно, что можно выполнить антенну, в которой только верхняя и нижняя пластины являются изменяемыми по длине, не выходя за объем настоящего изобретения.
/
/
/
/
В другом примере настоящего изобретения, показанном на фиг.8, полосковая антенна согласно настоящему изобретению содержит верхнюю пластину 2 и продольные пластины 6 и 8, соединенные с продольными концами верхней пластины 2, причем такая сборка опирается на пластину 36 заземления.
/
/
/
Узел, составленный из верхней пластины 2 продольных пластин 6 и 8, подвешен таким же образом, как описано выше, для того чтобы выполнить полосковую антенну с изменяемыми размерами.
/
/
/
/
В этом примере ширина верхней пластины 2 является изменяемой, и боковые пластины установлены с возможностью движения на верхней пластине 2, но антенна может содержать одну верхнюю пластину 2 изменяемой длины или только подвижные боковые пластины на верхней пластине 2.
Различные части антенны могут быть выполнены, например, из меди, латуни или алюминия.
Антенна, содержащая верхнюю и нижнюю пластины и продольные пластины, форма которых отличается от вышеописанных, также входит в объем настоящего изобретения.