СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ РАДИОВОЛН ОТ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2004 года по МПК G01R27/06 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может быть использовано для измерения радиофизических характеристик (РФХ) радиопоглощающих покрытий (РПП). Радиофизические характеристики РПП исследуются в интересах создания техники со сниженной радиолокационной заметностью, обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, биологической защиты персонала, обслуживающего радиоэлектронные средства.

Перечисленные применения РПП требуют знания одной из важнейших РФХ - коэффициента отражения (КО) радиоволн в сверхширокой полосе частот (0,1... 40 ГГц) и различных углах облучения. В отечественной науке к сверхширокополосным относят сигналы, у которых ширина спектра Δ f соизмерима с центральной частотой f₀: показатель широкополосности μ =Δ f/f₀≈_{1, в то время как у узкополосных сигналов Δ f/f0<<1 (см. Варганов М.Е., Зиновьев Ю.С., Астанин Л.Ю. и др. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов. - М.: Радио и связь, 1985, с.236).}

Известен способ измерения КО поглотителей электромагнитных волн (см. Алимин Б.Ф. Техника измерений коэффициента отражения поглотителей электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1977, №2, с.100) в волноводном рупоре специальной формы с применением стандартной измерительной аппаратуры. При этом измеряют параметры стоячей волны, образующейся в волноводе, поочередно нагружая волноводный тракт на короткозамыкатель и исследуемый РПП. Сравнивая результаты измерений параметров стоячей волны при установке короткозамыкателя и исследуемого РПП, вычисляют КО.

Недостатком способа является низкая точность измерений, обусловленная возникновением в волноводе высших типов волн. Также серьезным недостатком является ограничение полосы частот, в которой проводятся измерения, и значительные затраты времени. Попытки расширения полосы частот с помощью создания множества однотипных измерительных установок приводят к погрешностям при стыковке результатов на границах диапазонов и резкому увеличению времени измерений. Недостатком является также невозможность изменения угла облучения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения КО РПП в свободном пространстве (см. Алимин Б.Ф. Техника измерений коэффициентов отражения поглотителей электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1977, №2, с.91). Реализация этого способа состоит в облучении узкополосным сигналом раздельно радиопоглощающего покрытия и металлической пластины одинаковых размеров, приеме отраженных сигналов и вычислении КО РПП на фиксированной частоте по отношению мощностей сигналов, отраженных от образца РПП и металлической пластины.

Недостатком данного способа является низкая точность измерений, обусловленная отражениями от стен помещения и элементов опорного устройства. Другим недостатком является узкополосность устройства. Для исследования в широкой полосе частот требуется создание множества (7 и более) однотипных установок на различные диапазоны частот, что приводит к значительному увеличению времени измерений и снижению точности измерений при стыковке зарегистрированных данных, получаемых на разных установках.

Таким образом, определение КО РПП в сверхширокой полосе частот известными способами проводится с низким качеством, обусловленным недостаточной точностью и большими временными затратами.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений КО РПП в сверхширокой полосе частот при одновременном снижении временных затрат на их проведение.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе, основанном на облучении сигналами раздельно радиопоглощающего покрытия и металлической пластины одинаковых размеров, приеме отраженных сигналов и вычислении КО РПП по отношению мощностей отраженных сигналов от образца РПП и металлической пластины, согласно изобретению облучение образцов радиопоглощающих покрытий и металлической пластины проводят сверхширокополосными сигналами, регистрируют сверхширокополосным приемным устройством отраженные сигналы от образца РПП V_c(t_k) и металлической пластины V_m(t_k), где t_k - временные отсчеты сигналов (фиг.2), с помощью дискретного преобразования Фурье вычисляют спектральные плотности сигналов, отраженных от РПП G_c(f_n) и металлической пластины G_m(f_n) (фиг.3)

где N - количество отсчетов в зарегистрированных импульсных характеристиках; Δ t - временной шаг между ближайшими отсчетами; j - мнимая единица; - частотные отсчеты, в которых вычисляются спектральные плотности сигналов, выбираемые в диапазоне рабочих частот измерительной установки Δ f, далее диапазон Δ f разбивают на совокупность N_f частотных интервалов δ f_р, причем , в каждом интервале δ f_p фазовые характеристики спектральных плотностей G_с(f_n) и G_m(f_n) (фиг.4, кривая 1) аппроксимируют линейными функциями (фиг.4, кривая 2), по наклонам которых определяют соответствующие запаздывания частотных составляющих сигналов t_cp, t_mp и проводят когерентное суммирование с учетом фазовых сдвигов спектральных плотностей зарегистрированных сигналов

где f_p - средняя частота интервала δ f_p; N_p - количество частотных отсчетов в интервале δ f_p, и затем определяют значения КО РПП K(f_р) в дискретных частотных отсчетах в сверхширокой полосе частот Δ f по формуле

Новый технический результат достигается тем, что облучение образцов РПП и металлических пластин проводится сверхширокополосным сигналом, а прием осуществляется сверхширокополосным приемным устройством, полоса пропускания которого согласована с полосой частот излучаемого сигнала. В результате регистрируют временные сигналы, отраженные от образцов РПП и металлических пластин, а затем с помощью выражений (1)((3) получают искомый КО РПП.

Зарегистрированные импульсные характеристики помимо полезного сигнала содержат и шумовую составляющую. При выборе достаточно малых частотных интервалов δ f_р можно считать, что фазовые характеристики спектральной плотности полезных сигналов на этих интервалах являются практически линейными функциями, а фаза спектральной плотности шумовой составляющей является случайной величиной. Поэтому проведение когерентного суммирования с учетом фазовых сдвигов отсчетов спектральных плотностей сигналов на выбранных интервалах подчеркивает полезный сигнал, что эквивалентно увеличению отношения "сигнал-шум". Это приводит к повышению точности измерений.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в сверхширокой полосе частот. На фиг.2 приведены фрагменты регистрируемых временных сигналов, отраженных от образца РПП V_c(t) и металлической пластины V_m(t). На фиг.3 представлены амплитудные характеристики спектральной плотности зарегистрированного сигнала G_m(c)(f_n) и усредненной в интервалах δ f_p спектральной плотности этого же сигнала _m(c)(f_p). На фиг.4 приведена фазовая характеристика спектральной плотности зарегистрированного сигнала G_m(c)(f_n) на интервале δ f_р и ее линейная аппроксимация для определения соответствующего времени запаздывания t_m(c)р.

Предлагаемый способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в сверхширокой полосе частот реализуется устройством, блок-схема которого приведена на фиг.1.

Устройство включает: генератор сверхширокополосных сигналов 1, передающую антенну 2, исследуемый образец РПП или металлическую пластину 3, приемную антенну 4, сверхширокополосный приемник 5, устройство управления и обмена 6, устройство ввода и обработки 7, устройство развертки 8.

Выход генератора сверхширокополосных сигналов 1 соединен со входом передающей антенны 2, которая связана с исследуемым образцом РПП 3 посредством излучаемого сигнала. Отраженный сигнал связывает исследуемый образец РПП 3 с приемной антенной 4 посредством отраженного сигнала. Выход антенны 4 связан со входом сверхширокополосного приемника 5, выход которого соединен с первым входом устройства управления и обмена 6, выход которого соединен со входом устройства развертки 8, первый выход которого соединен со входом генератора 1, второй выход устройства развертки 8 соединен со вторым входом сверхширокополосного приемника 5, а третий выход устройства развертки 8 соединен со вторым входом устройства управления и обмена 6, которое связано с устройством ввода и обработки 7 каналом обмена. Устройство ввода и обработки 7 предназначено для задания оператором и передачи в устройство управления и обмена 6 параметров измерений отраженного сигнала (временного шага между отсчетами, количества отсчетов, задержки и др.), а также для математической обработки измеряемых временных сигналов. Аппаратно оно может быть реализовано на основе микропроцессора или персональной ЭВМ со специальным программным обеспечением, позволяющим выполнять дискретное преобразование Фурье, аппроксимировать на отдельных частотных интервалах фазовые характеристики спектральной плотности сигнала линейными функциями, находить соответствующие запаздывания частотных составляющих сигнала, проводить когерентное суммирование отсчетов спектральной плотности и определять их средние значения на этих интервалах. Устройство управления и обмена 6 предназначено для получения и установки параметров измерений, запуска процесса измерений и преобразования измеренных временных сигналов в цифровую форму и передачи их в устройство ввода и обработки 7.

Устройство, реализующее заявляемый способ измерения КО РПП, работает следующим образом. Оператор в устройстве ввода и обработки 7 устанавливает параметры измерений отраженного сигнала, которые через канал обмена передаются в устройство управления и обмена 6. По команде с устройства управления и обмена 6 в устройстве развертки 8 формируются управляющие импульсы, которые подаются на генератор 1, сверхширокополосный приемник 5 и устройство управления и обмена 6. Генератор 1 формирует сверхширокополосные сигналы, которые ударно возбуждают антенну 2, которая излучает сигнал, облучающий образец РПП 3. Отраженный от образца 3 сигнал поступает в приемную антенну 4 и затем в сверхширокополосный приемник 5. Этот временной сигнал поступает в устройство управления и обмена 6, преобразуется в цифровую форму в соответствии с параметрами измерений, полученными из устройства ввода и обработки 7, и передается в устройство ввода и обработки 7 для вычисления с помощью дискретного преобразования Фурье его спектральной плотности G_с(f_n), разбиения диапазона рабочих частот Δ f на совокупность частотных интервалов, аппроксимации линейными функциями фазовой характеристики спектральной плотности G_с(f_n) на этих интервалах, нахождения соответствующих запаздываний частотных составляющих сигналов, проведения когерентного суммирования с учетом фазовых сдвигов отсчетов G_с(f_n) и определения средних на интервалах значений спектральной плотности зарегистрированного сигнала.

Аналогичные действия осуществляются после замены образца РПП на металлическую пластину 3. Вычисляется спектральная плотность сигнала G_m(f_n), отраженного от металлической пластины.

Затем определяется КО РПП в сверхширокой полосе частот Δ f с помощью выражений (1)...((3).

Таким образом, устройство позволяет реализовать предлагаемый способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в сверхширокой полосе частот с более высокой точностью за счет проведения когерентного суммирования составляющих спектральных плотностей зарегистрированных сигналов в ограниченных частотных интервалах, позволяющего повысить отношение "сигнал-шум" полученного коэффициента отражения. Кроме того, исключается погрешность измерения, вызываемая отражениями от стен помещения и элементов конструкций, благодаря высокому разрешению по дальности за счет использования сверхширокополосных сигналов. А также существенно сокращается время проведения измерений за счет ухода от комплексирования множества узкополосных измерителей.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям радиофизических характеристик радиопоглощающих покрытий (РПП). Сущность изобретения состоит в том, что облучение образцов РПП и металлической пластины одинаковых размеров проводят сверхширокополосными сигналами, регистрируют временные сигналы, отраженные от этих образцов, с учетом которых с помощью дискретного преобразования Фурье вычисляют спектральные плотности сигналов, отраженных от радиопоглощающего покрытия G_c(f_n) и металлической пластины G_m(f_n), разбивают диапазон рабочих частот на совокупность частотных интервалов, аппроксимируют линейными функциями фазовые характеристики спектральных плотностей G_c(f_n) и G_m(f_n) в каждом р-ом интервале, по наклонам которых определяют соответствующие запаздывания частотных составляющих сигналов, проводят когерентное суммирование спектральных плотностей G_c(f_n) и G_m(f_n) с учетом фазовых сдвигов, находят их средние значения и и по формуле определяют коэффициент отражения радиопоглощающего покрытия в сверхширокой полосе частот. Предлагаемый способ позволяет проводить измерения в сверхширокой полосе частот и повысить точность и оперативность измерений коэффициента отражения РПП по сравнению с существующими способами, что является техническим результатом. 4 ил.

Способ измерения коэффициента отражения радиоволн от радиопоглощающих покрытий, основанный на облучении сигналами раздельно радиопоглощающего покрытия и металлической пластины одинаковых размеров, приеме отраженных сигналов и вычислении коэффициента отражения радиопоглощающего покрытия по отношению мощностей отраженных сигналов от образца радиопоглощающего покрытия и металлической пластины, отличающийся тем, что образцы радиопоглощающих покрытий и металлической пластины облучают сверхширокополосным сигналом, регистрируют временные сигналы, отраженные от этих образцов, с учетом которых с помощью дискретного преобразования Фурье вычисляют спектральные плотности сигналов, отраженных от радиопоглощающего покрытия G_c(f_n) и металлической пластины G_m(f_n), разбивают диапазон рабочих частот на совокупность частотных интервалов, аппроксимируют линейными функциями фазовые характеристики спектральных плотностей/ G_c(f_n) и G_m(f_n) в каждом р-ом интервале, по наклонам которых определяют соответствующие запаздывания частотных составляющих сигналов, проводят когерентное суммирование спектральных плотностей G_c(f_n) и G_m(f_n) с учетом фазовых сдвигов, находят их средние значения и и по формуле

определяют коэффициент отражения радиопоглощающего покрытия в сверхширокой полосе частот.