СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСЛАБЛЕНИЯ РАДИОСИГНАЛА В РАДИОПРОЗРАЧНОМ ТЕПЛОЗАЩИТНОМ МАТЕРИАЛЕ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ИНТЕНСИВНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИОСИГНАЛА Российский патент 2022 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для определения ослабления радиосигнала в радиопрозрачном теплозащитном материале в условиях воздействия интенсивных тепловых потоков.

При разработке антенн, размещаемых на гиперзвуковых летательных аппаратах, возникает вопрос о выборе радиопрозрачного теплозащитного материала антенного окна или так называемой антенной вставки. Гиперзвуковой летательный аппарат (ЛА) при движении проходя плотные слои атмосферы, подвергается воздействию интенсивных аэротермомеханических нагружений, в том числе тепловых потоков, при которых величина температуры на поверхности может достигать нескольких тысяч градусов, что вызывает необходимость включения в конструкцию корпуса изделия антенных вставок из радиопрозрачного теплозащитного материала (РТЗМ), стойкого к воздействию интенсивных аэротермомеханических нагружений. Эти материалы могут изменять свои диэлектрические свойства под воздействием интенсивных аэротермомеханических нагружений, при этом внося в радиоканал дополнительное ослабление радиосигнала. Для обеспечения прогнозирования характеристик антенны ЛА и надежного канала радиосвязи между ЛА и приемным пунктом необходимо значь ослабление, которое вносит в радиоканал РТЗМ антенной вставки под действием интенсивных аэротермомеханических нагружений.

Известен способ определения затухания в антенном обтекателе, который можно считать условным аналогом антенной вставки (патент RU №2587687 «Способ определения потерь в обтекателе» авторы Самбуров Н.В., Рыбаков Д.Ю., МПК: G01R 29/00, опубликовано 20.06.2015 Бюл. №17). В данном способе проводится серия из N измерений уровня сигнала E0j падающей плоской электромагнитной волны в диапазоне длин волн λ0±Δλ на выходе измерительной антенны без обтекателя и серия из N измерений уровня Ei сигнала на выходе антенны с установленным обтекателем (измерительная антенна замещается системой антенна-обтекатель) с последующей математической обработкой результатов. Причем вариация фазы производится за счет вариации несущей длины волны падающей электромагнитной волны.

Известен способ измерения коэффициента затухания между антеннами (патент РФ №2127889 приоритет от 27.11.1995, «Устройство для измерения коэффициента затухания между антеннами», авторов Сошникова Э.Н., Хирьянова А.Т., МПК G01R 29/00, опубликовано 20.03.1995), который может быть использован для автоматического измерения коэффициента затухания между антеннами в процессе проектирования, испытаний и ремонта комплексов радиоэлектронного оборудования объектов различного назначения. В данном способе измерение обеспечивается путем установки на входе измерительного приемника уровня сигнала, равного его чувствительности. Далее измеряют уровень мощности Р_Т на выходе управляемого аттенюатора при уровне входного сигнала на входе измерительного приемника, равного его чувствительности. Затем запоминают первым блоком памяти значения мощности Р_Т путем установки с помощью блоков уровня сигнала на входе измерительного приемника, также равного его чувствительности. Измеряют на выходе управляемого аттенюатора уровень мощности Р_ВЧ при уровне входного сигнала измерительного приемника, равного его чувствительности. Запоминают вторым блоком памяти уровень мощности Р_ВЧ, делением цифровым делителем Р_Т/Р_ВЧ логарифмированием блоком логарифмирования результата деления Р_Т/Р_ВЧ и выводят на цифровое табло индикатора числовое значение, соответствующее коэффициенту затухания между антеннами.

Недостатком известных способов измерений является то, что они применимы при исследованиях, не подразумевающих воздействие интенсивных аэротермодинамических нагрузок, а значит и учет их влияния, то есть отсутствуют измерения характеристики согласования передающей антенны, т.к. рассогласование передающей антенны из-за воздействия интенсивных тепловых потоков на РТЗМ вносит дополнительное затухание в радиоканал.

Технической проблемой является определение ослабления радиосигнала в радиопрозрачном теплозащитном материале в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков с использованием радиоканала.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в возможности определение ослабления радиосигнала в радиопрозрачном теплозащитном материале в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков с использованием радиоканала.

Данный технический результат достигается тем, что способ определения ослабления радиосигнала в РТЗМ в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков с использованием радиоканала, заключается в том, что предварительно посредством передающей антенны через РТЗМ излучают радиосигнал в заданной полосе частот, с использованием приемной антенны принимают радиосигнал в той же полосе частот, одновременно при этом регистрируют начальные характеристики радиоканала и согласования передающей антенны в заданной полосе частот, далее в течение всего времени воздействия интенсивного теплового потока и после него измеряют характеристику согласования передающей антенны и ослабление радиосигнала в радиоканале в заданной полосе частот, затем определяют разницу между измеренными характеристиками согласования передающей антенны до, во время и после воздействия интенсивного теплового потока и определяют разницу между измеренными значениями ослабления радиосигнала в радиоканале до, во время и после воздействия интенсивного теплового потока.

Заявляемый способ позволяет определить ослабление радиосигнала в РТЗМ в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков с использованием радиоканала.

На фигуре представлен вариант схемы для проведения, опыта по измерению согласования передающей антенны и общих потерь в радиоканале и их регистрации до/при/после воздействия интенсивных тепловых потоков, которая содержит:

1. - испытательный бокс;

2. - формирователь интенсивного теплового потока;

3. - испытательный стол;

4. - приемная антенна;

5. - антенная вставка из РТМЗ;

6. - имитатор, который имитирует боковую поверхность летательного аппарата с антенным окном и теплозащитным материалом;

7 - передающая антенна, защищенная РТЗМ;

8 - анализатор цепей;

9 - персональный компьютер (ПК);

10 - фидеры;

11 - переходы;

12 - кабель UTP.

Определение ослабления радиосигнала в РТЗМ в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков с использованием радиоканала производится следующим образом.

Предварительно антенную вставку 5 устанавливают на имитатор 6, на который нанесен теплозащитный материал. Антенную вставку вклеивают в посадочное место заподлицо с поверхностью теплозащитного материала имитатора 5. Передающую антенну 7 устанавливают с внутренней стороны имитатора 5, где отсутствует теплозащитный материал, и настраивают на необходимую частоту.

Обеспечивают воздействие интенсивного теплового потока на имитатор 6 с помощью формирователя 2 интенсивного теплового потока.

Посредством передающей антенны 7 через РТЗМ 5 излучают радиосигнал в заданной полосе частот С использованием приемной антенны 4 принимают радиосигнал в той же полосе частот.

Одновременно посредством анализатора 8 цепей регистрируют начальные характеристики радиоканала и согласования передающей антенны 4 в заданной полосе частот.

Далее в течение всего времени воздействия интенсивного теплового потока и после него посредством анализатора 8 цепей измеряют характеристику согласования передающей антенны 7 и ослабление радиосигнала в радиоканале в заданной полосе частот. Измеренные данные и по кабелю 12 UTP передают в персональный компьютер (ПК) для регистрации.

Суммарное ослабление радиосигнала в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков возникает вследствие изменения диэлектрических и механических свойств РТЗМ антенной вставки из-за обгара, а также уноса части материала, что влияет на величину согласования (рассогласования) антенны. Данное ослабление складывается из:

- диссипативных потерь (ослабления радиосигнала) в РТЗМ;

- потерь на рассогласование антенны.

Затем определяют разницу между измеренными характеристиками согласования передающей антенны 7 до, во время и после воздействия интенсивного теплового потока и определяют разницу между измеренными значениями ослабления радиосигнала в радиоканале до, во время и после воздействия интенсивного теплового потока:

1) величина суммарного ослабления радиосигнала - разность между величиной потерь в радиоканале (измеренных в процессе опыта) и начальной величиной суммарных потерь в радиоканале (измеренных до опыта, т.е. до начала воздействия интенсивных тепловых потоков):

где: ΔП_t - величина дополнительного потерь в радиоканале в момент времени t, дБ;

П_t - величина потерь в радиоканале, включающая в себя характеристики радиоканала и согласование передающей антенны 7, измеренных в процессе опыта (в момент времени t), дБ;

t=1, 2, … n - время воздействия интенсивного теплового потока в процессе проведения опыта и при необходимости после него, с;

П₀ - начальная величина общих потерь в радиоканале, включающая в себя начальные характеристики радиоканала и согласование передающей антенны 7, измеренная в момент начала опыта (в момент t=0 с), дБ.

2) величина изменения характеристики согласования антенны 7, защищенной РТЗМ 5 - разность между величиной КСВн (измеренной в процессе опыта) и начальной величиной КСВн (измеренной до опыта):

где: - величина изменения характеристики согласования (в момент времени t);

- величина КСВн, измеренная в процессе опыта (в момент времени t);

t=1, 2,... n - время воздействия интенсивных тепловых потоков в процессе проведения опыта, с;

- начальная величина КСВн, измеренная до начала воздействия интенсивных тепловых потоков (в момент t=0 с).

Таким образом, результаты измерений позволяют оценить влияние изменения диэлектрических (радиотехнических) характеристик на ослабление радиосигнала в радиоканале при воздействии интенсивных тепловых потоков.

Изменение величины КСВн (характеристики согласования) приводит к изменению мощности, излучаемой передающей антенной, вследствие изменения коэффициента отражения мощности от входа антенны обратно в радиотракт. Для оценки потерь из-за изменения характеристики согласования (рассогласования) антенны на потери в радиоканале, необходимо произвести пересчет величины КСВн в величину потерь.

Величина потерь на рассогласование антенны в момент времени t, соответствующий времени воздействия интенсивных тепловых потоков, вычисляется по формуле:

Изменение величины потерь на рассогласование в процессе исследований вычисляется как:

где: Пр₀ - начальная величина потерь на рассогласование антенны, измеренная до начала воздействия интенсивных тепловых потоков (в момент t=0c).

Непосредственное измерение ослабления радиосигнала в РТЗМ антенной вставки 5 (П_РТЗМt) в процессе опыта не проводится. Однако, зная величину суммарных ослаблений в радиоканале ΔП_t (формула (1)) и величину изменения ослабления на рассогласование антенны ΔПр_t (формула (4)) для одного и того же момента времени t=1, 2, … n с, величина изменения ослабления радиосигнала в РТЗМ вычисляется как:

Изобретение относится к радиотехнике и служит для определения ослабления радиосигнала в радиопрозрачном теплозащитном материале (РТЗМ) в условиях воздействия интенсивных тепловых потоков. Технический результат - определение ослабления радиосигнала при воздействии тепловых потоков. Технический результат достигается тем, что способ заключается в том, что посредством передающей антенны через РТЗМ излучают радиосигнал в заданной полосе частот, с использованием приемной антенны принимают радиосигнал в той же полосе частот, одновременно при этом регистрируют начальные характеристики радиоканала и согласования передающей антенны в заданной полосе частот, далее в течение всего времени воздействия интенсивного теплового потока и после него измеряют характеристику согласования передающей антенны и ослабление радиосигнала в радиоканале в заданной полосе частот, затем определяют разницу между измеренными характеристиками согласования передающей антенны и разницу между измеренными значениями ослабления радиосигнала в радиоканале до, во время и после воздействия интенсивного теплового потока. 1 ил.

Способ определения ослабления радиосигнала в радиопрозрачном теплозащитном материале в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков с использованием радиоканала, заключающийся в том, что предварительно посредством передающей антенны через радиопрозрачный теплозащитный материал излучают радиосигнал в заданной полосе частот, с использованием приемной антенны принимают радиосигнал в той же полосе частот, одновременно при этом регистрируют начальные характеристики радиоканала и согласования передающей антенны в заданной полосе частот, далее в течение всего времени воздействия интенсивного теплового потока и после него измеряют характеристику согласования передающей антенны и ослабление радиосигнала в радиоканале в заданной полосе частот, затем определяют разницу между измеренными характеристиками согласования передающей антенны до, во время и после воздействия интенсивного теплового потока и определяют разницу между измеренными значениями ослабления радиосигнала в радиоканале до, во время и после воздействия интенсивного теплового потока.