РЕВЕРБЕРАЦИОННАЯ КАМЕРА Российский патент 2011 года по МПК G01R29/08 

Настоящее изобретение относится к элементу реверберационной камеры, которая может быть использована при тестировании на воздействие электромагнитного излучения.

В области тестирования на воздействие электромагнитного излучения, особенно тестирования электромагнитной совместимости, а также тестирования сопротивления электромагнитной нагрузке известны способы, заключающиеся в подвергании устройств электромагнитному возбуждению и измерению их реакции. В некоторых случаях также должны быть измерены дифракционные свойства электромагнитных волн, принимаемых этими устройствами.

В этом отношении известна камера для тестирования на воздействие электромагнитного излучения, описанная в патентном документе EP-B1-1141733. Такая камера имеет, как правило, металлические отражающие стенки. Тестируемый объект размещается внутри этих стенок. В настоящем изобретении тестируемым объектом может быть спутник или даже самолет. Следовательно, камера может иметь такие размеры, когда ее высота и ширина составляют порядка нескольких метров, а длина, по меньшей мере, примерно десять метров. Но могут встречаться случаи, когда камера может быть меньше: примерно одна пятая от указанного размера или же меньше или больше.

В камеру проходит антенна, которая подсоединяется вне камеры к генератору высокочастотного сигнала. Запитываемая таким образом антенна генерирует радиоволны, которые будут распространяться в камере и принимают в ней достаточно быстро вид стационарного поля. Помещенный в камеру объект тем самым подвергается данному электромагнитному воздействию. Для каждого из значений частоты возбуждающего сигнала имеется возможность измерить поведение тестируемого объекта. Тем самым возможно построить график восприимчивости работы этого устройства к данному воздействию как функции частоты.

Сразу было отмечено, что объекты кажутся показывающими высокую невосприимчивость к нагрузке на некоторых значениях частот, тогда как на других частотах они показывают слабость.

На практике наблюдавшаяся устойчивость была иногда иллюзорной. Эта устойчивость была в значительно большей степени результатом измерений, чем отображением фактической ситуации. В самом деле, для некоторых значений частот резонансные моды резонатора, которые устанавливаются в камере, ведут к появлению узловых точек возбуждения в позиции, в которой размещен объект. Это дает иллюзию того, что данный объект нечувствителен к этим возбуждениям. Для решения этой проблемы были рассмотрены два подхода.

Первый подход предусматривает изготовление очень больших камер. В самом деле, чем больше камера, тем больше вероятность того, что в ней будут создаваться многочисленные стационарные моды резонатора, приводя к значительному электромагнитному возбуждению в позиции расположения объекта. При увеличении частоты моды резонатора могут быть настроены более легко (благодаря уменьшению длины волны). Такой подход, однако, имеет недостаток, заключающийся в том, что энергия возбуждения, которому подвергается тестируемый объект, зависит от объема камеры. Чем больше объем камеры, тем меньше энергии доступно в позиции расположения тестируемого объекта. Из-за этого необходимо находить компромисс между размером камеры и энергией возбуждения. Величина энергии возбуждения может стать неудовлетворительной для тестирования.

Другой подход, который описывается в вышеуказанном документе, предлагает возможность изменения размеров камеры или путем придания стенкам камеры подвижности в их ориентации и расположении за счет использования гибких стенок, или путем использования металлического смесителя.

В данном изобретении было обнаружено, конкретно на главе статистического наблюдения, что наблюдаемое сопротивление некоторым формам электромагнитной нагрузки могло показать высокий разброс значений от одной камеры к другой в зависимости от размеров камеры и используемой антенны. В данном изобретении путем измерений было обнаружено, что в конечном итоге осуществление изменений геометрических параметров стенок путем использования смесителя, как рекомендуется в вышеуказанном документе, не обязательно ведет к достаточно значительному увеличению широкого разнообразия ситуаций возбуждения, за исключением использования смесителей очень большого размера, которые будут значительно уменьшать полезный объем камеры.

В данном изобретении полагается, что антенна в камере имеет главное направление излучения. В этом случае для дополнительного увеличения разнообразия доступных мод резонатора предусматривается изменение главного направления излучения антенны в камере, т.е. изменение данного направления относительно системы отсчета, в которой она установлена. Согласно одному подходу антенна является внешней по отношению к смесителю. В этом случае, если требуется, антенна может быть отделена от объекта с помощью экрана или же она может быть ориентирована ее главным лепестком в направлении, противоположном местонахождению этого экрана, так что главное направление излучения антенны предпочтительно не может достигать объекта напрямую. Идея состоит в получении, по меньшей мере, некоторого количества отражений перед тем, как волна достигнет объекта. Действуя таким образом обеспечивается наибольшее разнообразие возбуждаемых мод, используя при этом относительно простую по конструкции камеру (чьи стенки предпочтительно неподвижны).

Поэтому целью настоящего изобретения является реверберационная камера, содержащая внутри камеры радиоантенну, отражательные стенки и опору для объекта, который будет тестироваться на воздействие радиоизлучения, отличающаяся тем, что она содержит смеситель излучения, расположенный в камере и предназначенный изменять ориентацию главного направления излучения антенны в камере.

Изобретение будет лучше понято из последующего описания и прилагаемых чертежей. Эти чертежи даны только для сведения и не для ограничения объема изобретения.

Фиг.1 показывает схематический вид реверберационной камеры согласно изобретению.

Фиг.2 показывает предпочтительный вариант осуществления антенны и смесителя излучения согласно изобретению.

Фиг.3 показывает альтернативный вариант осуществления смесителя.

На фиг.1 показана реверберационная камера 1 согласно изобретению. Эта камера 1 имеет стенки, такие как стенки 2, 3, 4, 5, 6, 7, которые предпочтительно являются отражательными стенками, например, все имеют металлическую облицовку, а именно металлические пластины, такие как пластины 8, 9, 10. Камера 1 предпочтительно закрыта со всех сторон. Так как стенки 2, 3, 4, 5, 6, 7 выполнены с возможностью отражать волны, возможно лучше сделать металлизацию, чтобы обеспечить градиент показателя отражения для получения эффекта того же порядка. Кроме того, камера 1 имеет опору 11 для поддержки объекта 12, который подвергается тесту на воздействие излучения. Объект 12 может быть любым произвольным объектом, но предпочтительно является объектом радиотехнического типа. Это может быть, например, спутник, приборная панель самолета, корпус микрокомпьютера или любые другие устройства. Объект 12 далее соединен с помощью шины 13 связи и питания с устройством 14 управления тестированием. Устройство 14 управления тестированием, в его основе, будет иметь микропроцессор 15, соединенный шиной 16 с памятью 17 хранения программ, содержащей программу 18 тестирования, памятью 19 хранения данных для записи измерений или для хранения параметров измерений, и интерфейсом 20 для связи с объектом 12.

Камера 1 далее имеет радиоантенну 21, здесь представленную рупором. Антенна 21 получает питание, например, от устройства 14 управления тестированием, через шину 22 питания и управления, которая подсоединена к интерфейсу 20. Управляемый таким образом источник радиоизлучения может быть физически размещен в камере 1 или снаружи нее.

Согласно изобретению антенна 21 в одном примере имеет главное направление 23 излучения. В этом случае камера 1 имеет средства для изменения ориентации данного главного направления 23 излучения антенны 21 в камере 1. Например, средства для изменения ориентации главного направления 23 имеют первый двигатель 24 для изменения азимута главного направления 23 в плоскости XOY, привязанной к стенкам камеры 1. Предпочтительно указанные средства для изменения ориентации будут также содержать второй двигатель 25, который также управляется устройством 14, для изменения угла подъема главного направления 23 излучения. Если требуется, может быть предусмотрено иметь возможность поступательного перемещения позиции рупора 21 вдоль каждой из трех осей OX, OY и OZ.

Для увеличения разнообразия распределения электромагнитных полей камера 1 далее имеет смеситель 26, схематически представленный здесь двумя отражательными лопатками 27 и 28. Положение лопаток 27 и 28 в системе координат и тем самым смесителя 26 управляется с помощью двигателя 29, соединенного посредством шины 30 управления с интерфейсом 20. Предпочтительно двигатели 24, 25 и 29 являются двигателями шагового типа и используются для того, чтобы заставить объекты, которые они приводят в движение, сохранять фиксированные позиции в пространстве внутри камеры. На практике смеситель 26 размещается над объектом 12, т.е. над опорой 11. Между смесителем 26 и объектом 12 имеется некоторое пространство. Смеситель 26, однако, может быть смещен в сторону от вертикали, проходящей через центр объекта 12. Смеситель 26 предпочтительно подвешивается к потолку 2 камеры 1.

Предпочтительно исключается ситуация, в которой антенна 21 не взаимодействует со стенками камеры 6 и 4 и облучает объект 12 непосредственно в ее главном направлении 23 излучения. Возможно несколько подходов. Предпочтительно антенна 21 будет располагаться в промежуточной позиции между объектом 12 и отражательной стенкой, в данном случае, например, стенкой 6. В этом случае главное направление 23 излучения будет ориентировано в целом в направлении стенки 6. Благодаря двигателям 24 и 25 поле, создаваемое антенной 21, не будет непосредственно достигать объекта 12. Если требуется, между антенной 21 и объектом 12 может быть размещен экран 31.

В настоящем изобретении смеситель 26 располагается в камере таким образом, что он принимает значительную часть излучения, отраженного стенкой 6. Это излучение он подвергает дополнительным отражениям, направления которых являются функцией положения в системе координат указанного смесителя 26.

Необходимо отметить, что благодаря данным действиям статическое распределение средних значений поля, воспринимаемого получателем излучения, уменьшается.

На практике смеситель 26 представляет собой объект большого размера. Например, его протяженность по вертикали может составлять порядка половины высоты камеры 1, измеренной по оси Z. Его диаметр, так как он должен поворачиваться большую часть времени, может составлять порядка 75% от наименьшего из размеров по ширине или длине камеры 1. Например, в камере, в которой размеры составляют 2 м на 3 м с высотой 2 м, смеситель может иметь диаметр 1,5 м и высоту 1 м. В любом случае значащий размер смесителя, например его высота или его диаметр, будут составлять больше 20% от одного из размеров камеры, т.е. ее высоты или ее ширины, или ее длины.

Такой тип действий означает, что для того, чтобы получить разнообразие мод резонатора, создаваемых в камере 1, нет необходимости смещать объект 12, что является действием, которое было бы относительно невозможным, если данный объект будет иметь большой размер, особенно если это будет спутник. Однако возможно ограничить процесс движения рупора антенны 21 в системе координат (это просто) путем непрерывного вращения смесителя 26. Таким образом получают перемешивание позиций.

В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, антенна 21 будет заменена изотропной антенной 32, размещенной при этом внутри ограждающего цилиндра 33, формирующего смеситель. Цилиндр 33 изготовлен, например, из металла. Предпочтительно он отражает электромагнитные волны. Антенна 32 будет, например, опираться на пол 5 камеры 2, а смеситель 33, который ее окружает, будет подвешен к потолку 2. В этом случае опора 11 смещается. Или в другом случае антенна 32 и смеситель 33 подвешиваются вместе. На фиг. 2 не показано, что антенна размещена в цилиндре, но на практике она размещается в нем.

Цилиндр 33 имеет сквозные отверстия, такие как 34. Каждое отверстие формирует направление излучения антенны. Когда смеситель 33 поворачивается в направлении, показанном стрелкой 35, несомый валом, приводимым в движение двигателем 29, направление излучения каждого отверстия изменяется. Отверстия могут быть круглыми (34), или продолговатыми (36), или с ответвлениями 37. Когда отверстия имеют ответвления, они могут принять форму креста с четырьмя ответвлениями, или же большим или меньшим количеством ответвлений. Отверстия распределены по периферии цилиндра 33 равномерными группами, как, например, отверстия 34, 38, 39, 40 и т.д. Однако они могут быть распределены по периферии цилиндра неупорядоченными группами, причем размеры отверстий, расстояния между отверстиями и их формы могут быть произвольными. Размеры отверстий и расстояния между ними дополнительно могут быть одинаковыми или равномерно возрастающими таким образом, что в результате их равномерного возрастания они формируют главной лепесток 41 излучения, который будет поворачиваться вместе со смесителем 33. На практике смеситель принимает форму цилиндра с диаметром 1 м и высотой 1,5 м.

Антенна 32, изотропная или нет, возбуждается одночастотными сигналами, частота которых изменяется предпочтительно пошагово, от 150 МГц до 10 ГГц. Эти значения частот или их диапазон соответствуют диапазону, для которого должны быть получены характеристики тестируемого объекта 12. В данном предпочтительном варианте воплощения смеситель 33 размещается вертикально над объектом 12. Как вариант, ось поворота смесителя 33 может быть наклонена к вертикали, проходя при этом через объект 12.

Чтобы избежать симметрий, которые встречаются в центре отсутствия или недостатка возбуждения, и разброса значений между камерами, в настоящем изобретении поворотный вал 42 (фиг. 1) смесителя 26 или 33 предпочтительно располагается на уровне одной трети от каждого из размеров из ширины OX или длины OY камеры 1. Аналогично, центр смесителя 33 и тем самым антенна 32 будут также располагаться на уровне одной трети от длины OZ, отсчитывая с верха или отсчитывая с низа. Таким образом, предотвращая размещение смесителя в средней позиции, настоящее изобретение устраняет симметрии и приводит к созданию большего числа мод резонатора.

На фиг.2 смеситель 33 является объемным и может содержать в себе антенну 32. Антенна 32 может иметь форму изотропной антенны или форму рупора с главным лепестком 23, как показано на фиг.1. И в этом случае антенна также может поворачиваться независимо от смесителя 33.

Как вариант, показанный на фиг.3, смеситель может быть сформирован рупором 43, имеющим сквозные отверстия того же типа, что и смеситель 33. Смеситель 43 или 33 может также иметь дефлекторы 44, расположенные таким образом, что они обращены к некоторым конкретным отверстиям 45, находящимся на его поверхности, имеющей цилиндрическую форму или форму усеченного конуса. Данные дефлекторы также используются для создания конкретных мод резонатора.

Поэтому конечной целью является не получение электромагнитного возбуждения, распределенного в каждом направлении с одной и той же энергией, но, скорее, обеспечение в позиции объекта 12 нагрузок, прилагаемых к данному объекту 12 вдоль максимально возможного разнообразия углов падения излучения, (предпочтительно исчерпывающий диапазон углов падения излучения и со значительной энергией), и хорошие статистические параметры, наименее зависимые от характеристик камеры. В настоящем изобретении за счет поворота источника излучения и наличия смесителя для поворота вокруг источника создается смешивание, которое является одновременно механическим и позиционным.

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является повышение точности исследования. Для достижения технического результата камера, имеющая отражательные стенки, снабжена антенной и смесителем поля, которые располагаются напротив тестируемого объекта. Показано, что путем изменения ориентации главного направления излучения от антенны возможно создать очень большое число мод резонатора внутри камеры и, таким образом, достигнуть требуемого разнообразия возможных воздействий на тестируемый объект, так что выполняемый тест является настолько доказательным, насколько это возможно, и имеет минимальную зависимость от размеров и характеристик камеры. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Реверберационная камера (1), содержащая внутри камеры радиоантенну (21), имеющую главное направление (23) излучения, отражательные стенки (2-7), опору (11) для объекта (12), подвергаемого тестированию (14) на воздействие радиоизлучения, и смеситель (26) излучения, размещенный в камере, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один двигатель (24, 25) для изменения азимута главного направления (23) относительно плоскости камеры.

2. Камера по п.1, дополнительно содержащая двигатели для изменения главного направления по повороту, по и/или по углу места.

3. Камера по п.1 или 2, отличающаяся тем, что смеситель (26) содержит отражающий цилиндр (33).

4. Камера по п.3, отличающаяся тем, что цилиндр имеет сквозные отверстия (34-40).

5. Камера по п.1, отличающаяся тем, что отверстия являются круглыми и/или продолговатыми, и/или с ответвлениями и распределены по периметру цилиндра упорядоченными или равномерно возрастающими, или неупорядоченными группами, и имеют одинаковые или возрастающие размеры, в зависимости от диапазона частоты радиосигналов, для которых должны быть получены характеристики.

6. Камера по п.1, отличающаяся тем, что двигатели (24, 25) содержат средства для пошагового изменения главного направления.

7. Камера по п.1, отличающаяся тем, что смеситель имеет размер, который больше на 20% одного из размеров камеры.

8. Камера по п.1, отличающаяся тем, что смеситель поддерживается вертикальным валом (42).

9. Камера по п.1, отличающаяся тем, что центр смесителя располагается на одной трети каждого из размеров камеры.

10. Камера по п.1, отличающаяся тем, что антенна (32) размещена в смесителе (33).

11. Камера по п.1, отличающаяся тем, что смеситель имеет дефлекторы (44), прикрепленные к отражательной поверхности.

12. Камера по п.1, отличающаяся тем, что тестируемый объект является электронным устройством.

13. Камера по п.1, отличающаяся тем, что содержит металлический экран, расположенный между антенной и объектом.