УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Советский патент 1995 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к технике метрологического обеспечения электрически малых измерительных антенн и может быть использовано для калибровки измерителей напряженности поля сильных электромагнитных полей, содержащих электрически малые антенны, а также для антенных измерений в ВЧ-диапазоне частот.

Известно устройство для калибровки измерителей напряженности поля, содержащее генератор сигналов, соединенный через фильтр и рефлектометр с симметричной полосковой линией передачи, волновое сопротивление которой равно выходному сопротивлению генератора, поглощающую нагрузку, подключенную к выходу полосковой линии, и измеритель мощности, подключенный к рефлектометру. Величина напряженности поля в области, занимаемой антенной калибруемого измерителя, рассчитывается по мощности, проходящей в полосковой линии, и расстоянию между плоскостями внутреннего и внешнего проводников.

Недостатком известного устройства является большая погрешность калибровки, обусловленная наличием стоячей волны в полосковой линии, которая не учитывается при расчете мощности в точке измерения.

Известно устройство, принятое за прототип, предназначенное для калибровки измерителей (антенн) напряженности электромагнитных полей, содержащее генератор сигналов, двухпроводную линию, нагруженную на согласованную поглощающую нагрузку, и образцовую антенну для определения напряженности поля в области калибруемой антенны измерителя. При этом двухпроводная линия выполнена в виде проводника над экраном, а антенна калибруемого измерителя располагается непосредственно под проводником. Процесс калибровку измерителя в данном устройстве, как правило, осуществляется путем последовательного расположения в одной и той же области образцовой, а затем калиброванной антенн. Это существенно снижает быстродействие известного устройства в процессе калибровки, исключает возможность автоматизации калибровочных работ.

Известное устройство позволяет проводить калибровку антенн при одновременном расположении в двухпроводной линии образцовой и калибруемой антенн. При этом возможно два случая из взаимного расположения: первый, когда антенны располагаются вдоль двухпроводной линии, и второй, когда антенны расположены под проводником поперек двухпроводной линии.

Для первого случая характерно появление больших ошибок калибровки, обусловленных наличием стоячей волны в линии передачи. Эта погрешность может достигать величины более 10
Во втором случае антенны находятся в различных условиях по отношению к проводнику и экрану линии передачи, структуры поля в областях образцовой и калибруемой антенн могут существенно отличаться, при близком расположении антенн появляется их взаимодействие. Указанные факторы приводят к появлению дополнительных ошибок, которые снижают точность измерения в известном устройстве.

Целью изобретения является повышение точности калибровки измерителей напряженности электромагнитного поля путем исключения погрешности, обусловленной наличием стоячих волн в линии передачи, неоднозначностью структуры поля в областях калибруемой и образцовой антенн, их взаимодействия с проводниками линии связи и между собой.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для калибровки измерителей напряженности электромагнитного поля, содержащем последовательно соединенные генератор сигналов, длинную линию и поглощающую нагрузку, а также образцовую антенну, соединенную с индикатором, длинная линия выполнена в виде объемной трехпроводной экранированной полосковой линии, верхний и нижний провода которой параллельны среднему проводу и расположены на разных расстояниях от него, при этом образцовая антенна расположена внутри одной из полостей объемной трехпроводной экранированной полосковой линии.

Поскольку образцовая антенна располагается в области зеркального отображения электромагнитных полей области, занимаемой измеряемой антенной, то структура полей в этих областях повторяется, т.е. зеркально однозначна. Такое взаимное расположение антенн эквивалентно последовательной установке образцовой и калибруемой антенн в одном и том же месте линии передачи, а следовательно, обеспечивает исключение таких составляющих погрешности калибровки, которые обусловлены наличием стоячих волн, неоднозначностью структуры полей в областях, в которых расположены образцовая и калибруемая антенны, их взаимодействием между собой и проводниками линии передачи, и характерные для любого другого взаимного расположения образцовой и калибруемой антенн.

Выполнение линии передачи в виде экранированной полосковой линии обеспечивает создание однородного поля в области калибруемой и образцовой антенн близкого к полю плоского конденсатора.

Выполнением полосковой линии асимметричной достигается расширение пределов напряженности электромагнитного поля, при которых может проводиться калибровка измерителя, поскольку асимметрия линии в расстояниях d₁ и d₂ (где d₁ и d₂ расстояние между плоскостями внутреннего проводника и экраном полосковой линии) не нарушает структуры поля в областях образцовой и калибруемой антенн, а только изменяет напряженность поля в этих областях пропорционально отношению
(1)
При этом если d₂ > d₁, то:
если пределы измерений антенной калибруемого измерителя превышают пределы работы образцовой антенны, то образцовая антенна размещается в пространстве с большим расстоянием d₂;
если пределы измерений антенной калибруемого измерителя ниже пределов работы образцовой антенны, то образцовая антенна размещается в пространстве с меньшим расстоянием d₁.

Если пределы измерения антенной калибруемого измерителя совпадают с пределами работы образцовой антенны, то полосковую линию целесообразно выполнять симметричной.

Для реальных конструкций экранированных асимметричных полосковых линий отношение лежит в пределах 1-5. В указанных пределах возможно и смещение пределов напряженности поля в которых работают образцовые и калибруемые антенны.

На фиг.1 приведена структурная схема предложенного устройства. На фиг.2 изображено поперечное сечение двухпроводной линии в виде асимметричной экранированной полосковой линии, поясняющее расположение в ней образцовой антенны и антенны калибруемого измерителя.

Устройство содержит генератор сигналов 1, длинную линию 2, которая через полосовый фильтр 3 подключена к генератору сигналов 1 и нагружена на поглощающую нагрузку 4, и образцовую антенну 5. Длинная линия 2 выполнена в виде объемной трехпроводной экранированной полосковой линии, в которой средний провод 6 разделяет объем линии 2 на два пространства. При этом образцовая антенна 5 расположена в месте зеркального отображения поля области, занимаемой антенной 7 калибруемого измерителя 8. Образцовая антенна 5 устанавливается в поле посредством диэлектрического держателя 9 и соединена с индикатором 10 через высокоомную резистивную линию связи 11.

Калибровку измерителя 8 с антенной 7 в устройстве проводят следующим образом.

От генератора сигналов 1 возбуждают поле в линии 2. Полосовой фильтр 3 служит для подавления паразитных гармоник относительно рабочей частоты, если это подавление не предусмотрено самой схемой генератора сигналов. Поглощающая нагрузка 4, подключенная на выходе линии 2, выбирается из условия необходимого режима работы генератора сигналов 1.

Напряженность поля в области антенны 7 калибруемого измерителя 8 определяется по величине напряженности поля, измеренной образцовой антенной 5.

Если погрешность определения расстояния d₁ и d₂ не превосходит 1% а в качестве образцовой антенны используется антенна идентичная калибруемой, то погрешность калибровки минимальна. Если образцовую антенну нельзя выполнить идентичной калибруемой, то путем выбора ее геометрических размеров погрешность обусловленную идентичностью можно свести к величинам менее 1% при этом общая погрешность калибровки измерителя в предложенном устройстве не будет превышать (3,5-7%).

Размещение образцовой антенны 5 в месте зеркального отображения поля области, занимаемой антенной 7 калибруемого измерителя 8 выгодно отличает устройство от известного, поскольку обеспечивает исключение составляющих погрешности калибровки, которые обусловлены наличием стоячих волн в линии передачи, неоднозначностью структуры поля в областях образцовой, калибруемой антенн и их взаимодействием между собой и проводниками линии, а следовательно увеличивается точность калибровки более чем в 2 раза.

Выполнение линии в виде объемной трехпроводной экранированной полосковой линии обеспечивает дополнительное преимущество перед известным устройством для калибровки измерителя, состоящее в обеспечении расширения пределов уровней напряженности воспроизводимых электромагнитных полей в местах расположения образцовой и калибруемой антенн.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее последовательно соединенные генератор сигналов, длинную линию и поглащающую нагрузку, а также образцовую антенну, соединенную с индикатором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности калибровки, длинная линия выполнена в виде объемной трехпроводной экранированной полосковой линии, верхний и нижний провода которой параллельны среднему проводу и расположены на разных расстояниях от него, при этом образцовая антенна расположена внутри одной из плоскостей объемной трехпроводной экранированной полосковой линии.