Измеритель комплексного коэффициента отражения листовых материалов Советский патент 1987 года по МПК G01R27/06 

Изобретение относится к измерениям в области СВЧ, в частности к технике измерения коэффициента отражения тел, расположенных в свободном пространстве и имеющих плоскую поверхность.

Цель изобретения - повьшение точности измерений,

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема измерителя коми-, лексного коэффициента отражения листовых материалов; на фиг„2 - апертуры излучающей антенны и приемных антенн

Измеритель комплексного коэффициента отражения листовых материалов содержит СВЧ-генератор 1,, вентиль 2, излучающую антенну 3, зонды в виде приемных антенн 4-1 - 4-ri, измерители мощностей 5-1 - 5-п, листовой материал 6.

Измеритель комплексного коэффициента отражения листовых материалов работает следующим образом.

Электромагнитная волна от СВЧ-ге- нератора 1 через вентиль 2 направляется (большая ее часть) к листовому материалу 6, а также поступает (меньшая ее часть) в приемные антенны 4-1 - 4-п. Листовой материал 6 размещается на расстоянии 1 от излучателей антенны 3, чтобы можно было пренебречь неплоскостностью фронта излученной волны. Отраженная от листового материала 6 электромагнитная волна принимается парциально приемными антеннами 4-1, 4-4 - 4-п. Парциальные мощности отраженной электромагнитной волны и электромагнитной волны,.прошедшей непосредственно из излучающей антенны 3 в приемные антенны 4-1 - 4-п, векторно суммируются в плоскостях отсчета измерителей мощности 5-1 - 5-п, Измеренные измерителями 5 мощности значения мощности являются исходными экспериментальными данными ртя расчета неизвестного комплексного коэффициента отражения листового ма- териа;т:а 6,

В общем случае измерения абсолютного значения мощности на выхвдах приемных антенн не требуется, а необходимо индицировать мощность, получая на выходе j-ro измерителя мощности аппаратурное напряжение Ц/, пропорциональное мощности электромагнитной волны, принимаемой j-й приемной антенной.

Если преобразование мощности электромагнитной волны принять идеально линейньп-f, то для каждого напряжения и. в тр,1кте j-й приемной антенны имеем модельную функцию

1+a2R2+2A x+2A . Y

) J )

5

Y

(1)

i 5 j ub2R24.2B X+2B

где A. ., BiB -iB B -e / комплексные, k. - действительньм параметр j-й

антенны зонда; 5 X+iY

Re Г--комплексный коэффициент отражения листового материала, расположенного перед раскры- вами антенн.

0 При проведении измерений комплексного коэффициента отражения Г отсчитываются значения и. для каждой j-й приемной антенны и затем решается система уравнений (1) относительно 5 величины X и Y, а следовательно А-, k . , В должны быть известны. Они определяются до проведения измерений комплексного коэффициента отражения с помощью листовых материалов с изве- 0 стным коэффициентом Г отражения.

При калибровке измерителя комплексного коэффициента отражения надлежит установить Зп+2 неизвестных коэффициентов в системе уравнений (1).

Калибровочньм листовой материал с известным комплексным коэффициентом отражения устанавливается на расстоянии 1 от раскрывов антенн.

На выходе каждого измерителя мощ- 0 ности счит41шается напряжение U,-j , где ,n - номер приемной антенны 4 и, соответственно, измерителя мощности.

Далее задаются и отсчитываются

5 расстояния 1., I.,...,., от раскры / ВОВ приемных антенн 4.

Для каждого i-ro тываются напряжений на телей мощности.

0 Полученные экспериментальные значения напряжений U,-. вводятся в систему уравнений на основе модельной функции (1):

1+a2R24-2A .X , + . J 1 , )

расстояния отсчи- выходе измери5

л -, - -ii.- . СУ)

М 1-fb2R2+2B Xj + 2B Y/

где ,P;

R,X-,Y. - модуль, действительная и

мнимая части коэффициентов

31355943

отражения калибровочного листового материала, отсчитываемые относительно значений этих параметров при

е

е

расстоянии 1 ; , т.е. все уровни мощности в дальнейшем будут иметь смысл приведенных к уровню мощности СВЧ-генератора 1 при калибровке.

Производится расчет коэффициентов А., k., В.

Предварительно система уравнений (2) после введения обозначений: 1+a2R2

i VT+bh

X J2 1-1.г,2 D2

V Т+Ы R2

2А.

у -и/1

l 3 T1+b2R2

2В

1+b2R2

2В

5 1+b2R2преобразуется к виду

Xj.,.,X,H-U.. X,X,+U,,.Y,X,U,.. для каждой j-й приемной антенны со

30

При количестве зондов, большем четырех, система уравнений (10) решается методом наименьших квадратов. Результаты решения системы (10) являются измеренные величины: модуль коэффициента отражения R и его фаза 9 arctg(Y/X).

Формула изо бгр е т е н и я

СВОИМ:J-M измерителем мощности.

Если р 5,п систем уравнений (4) (п - число приемных антенн 4) решаются независимо друг от друга с использованием метода наименьших квадратов, т.е. путем перехода к нормальной сие-35 теме уравнений. Решение системы уравнений дает значения Х- ,Х.-2,Х. ,Х ,

X . которые позволяют из 6) рассчи- Измеритель комплексного коэффици- ° - g.ента отражения листовых материалов,

40 содержащий СВЧ-генератор, соединенный через вентиль с излучающей антенной, а также зонды, подключенные к соответствующим измерителям мощности, отличающийся тем, что, 45 с целью повьш1ения точности измерений, зонды вьшолнены в виде приемных антать А ,, k ,

b -

1--f1-R4X2 +Xp

В (5)

(6)

В 1+b2R2

X,

тенн, расположенных вокруг излучающей антенны, в дальней зоне которой размещен листовой материал, при этом

k;

. f-Jv . -R2 (Y +Y ri i 2Гг i P )

-;

XiL 2ki

A -i

2k;

где Y., X j, (), Yj,X.i(1+b2R2), (Ub2R2).

В формуле (7) знак + берется, если a.R 1, и -, если а. К 1. Измерение комплексного коэффици

10

20

ента отражения листового материала 6.

Пластина листового материала устанавливается на расстоянии 1 от рас- крьша излучающей антенны 3. Отсчитываются значения U- на выходах измерителей мощности, ,2,...,n, п - число приемных антенн 4.

Полученные значения U- подставляют в формулу (1), получают систему из п уравнений-. Неизвестными в ней явля- ютйя величины U и r(R,0).

Комбинируя уравнения попарно, исключают величину Up, получают систему уравнений вида:

(и.а, a)(U,A;.,-U,., А;)Х .- + (U,A j.,, А ), , -и- , (9)

где ,п-1;

,./kp

Обозначив

rubl.,,-u

Ч

)

25

..2(в;А ,,1й,,А;)

л 9fTT- л -IT- А М

J )дr- +1 j

(10)

30

j UIM -и,-,

представим систему (9) в виде

А d-, j r,n-1-.

При количестве зондов, большем четырех, система уравнений (10) решается методом наименьших квадратов. Результаты решения системы (10) являются измеренные величины: модуль коэффициента отражения R и его фаза 9 arctg(Y/X).

35

Формула изо бгр е т е н и я

(5)

тенн, расположенных вокруг излучающей антенны, в дальней зоне которой размещен листовой материал, при этом

50 апертуры приемных антенн параллельны апертуре излучающей антенны, а электрические расстояния.между апертурами приемных антенн и листовым материалом 2 азличают ся по значениям, кратным

55 Vn, где п - число приемных антенн.

L

фие. 2

Составитель А.Лысов Редактор Л.Веселовская Техред А.Кравчук Ьюрректор В.Бутяга

Заказ 5791/41Тираж 730Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССЕ

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измерениям в области СВЧ. Для повьшения точности измерения зонды выполнены в виде приемных антенн (ПА) 4...4 , расположенных вокруг излучающей антенны (ИА) 3. В дальней зоне НА 3 размещен листовой материал 6. Апертуры ПА 4...4,, параллельны апертуре ИА 3. Эл.- расстояние между апертурами ПА 4 ... 4 и материалом 6 различаются на значения,кратные Т/п, где п - число ПА. Устройство содержит также измерители мощности 5 , 2 ил. 5нс S 00 Ы ел со 4 СО (Рие, 1