Способ определения КПД антенны Советский патент 1987 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к технике антенных измерений и- может быть использовано при радиометрических измерениях, в частности при измерении КПД антенны.

Цель изобретения - повышение точности при неравномерном нагреве тепловой модели абсолютно черного тела.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения КПД антенны.

Устройство для определения КПД антенны со держит приемную антенну 1, радиометр 2, тепловую модель 3 абсолютно черного тела, термопары 4-6, переключатель 7, индикатор 8термоЭДС нагревательные элементы 9-11, блок 12 питания.

В основе способа определения КПД антенны лежит использование формулы для полной лучистой мощности модели

Р 1Р,-,

где Р, - мощность излучения i-Fo участка излучающей поверхности С учетом закона Рэлея-Джинса

Р КТ5фВ; .KTjB, где ,38 -10- Дж/К

а J - эффективный угловой коэффициент i-ro участка излучакщей поверхности;

В - ширина полосы приемника, Гц, получаем соотношение для нахождения эффективной термодинамической температуры излучающей поверхности модели

,а..

По физическому смыслу , - температура изотермической модели, имеющей ту же полную лучистую мощность Р.

Перед антенной, подсоединенной к радиометру 2, устанавливают тепловую модель АЧТ так, что излучающая апертура модели перекрывает главный лепесток диаграммы направленности антенны. Затем снимают динамические характеристики свободного теплообмена и излучения модели АЧТ. Вычисляют эффективную термодинамическую температуру излучающей поверхности модели АЧТ Tj (f|) в момент времени 2, для которого известно показание радиометра с((С(;), измеряют коэффициент черноты Е излучения модели и вычисляют искомьш КПД антенны по формуле

1

jllf±L Рт 7 Т

-- 3f

Устройство для определения КПД, тенны работает следующим образом.

0

5

0

5

К приемной антенне 1 подсоединяют радиометр 2 и устанавливают так, что ее главный лепесток перекрывается апертурой тепловой модели АЧТ, выполненной, например, в виде полости с отверстием (излучающей апертурой), внутренняя поверхность полости выложена термостойким материалом с радио- поглощающими свойствами, в материал внутреннего покрытия полости вмонтированы термопары , подсоединенные через переключатель 7 к индикатору 8 термоЭДС, например, типа электронного цифрового вольтметра БК2-20. Полость модели 3 снабжена наГрева- j тельными элементами 9-11, подсоединенными к блоку 12 питания. Возможна установка модели 3 в зонах Гюйгенса, Френеля и Фраунгофера. В первом случае апертура приемной антенны 1 перекрывается апертурой модели 3, во втором случае апертура модели 3 перекрывает первую зону Френеля антенны. При установке модели 3 в средней и дальней зонах должны быть приняты меры для исключения влияния на измерения окружающих предметов и фона.

динамические характеристики свободного теплообмена и излучения мо/:;ели АЧТ. Для этого включают , блок 12 питания и подогревают модель АЧТ 3 f,o получения некоторого показания радиометра 2 (о,,), заведомо пре- вышающе1го порог чувствительности ра5 диометра 2, выключают блок 12 питания, фиксируя момент выключения t . Поочере-дно снимают показания термопар 4 - 6 t радиометра 2, фиксируя моменты времени.

0

Повторно включают блок 12 питания, в нагрсшательных элементах 9-11 устанавливают заведомо отличные от первогс) нагревания токи.. Прогревают

5 модель 3 до получения показания ра- диометг а 2 of , выключают блок 12 питания, фиксируя момент выключения t. Поочередно снимают показания термопар - - 6 и радиометра 2, фиксируяQ моменты времени второго цикла измерений .

Составляют уравнения процесса охлаждения для первого и второго цикла измерений:

0

5

X.,T jexp(),

:Т РХПС- -v Т-Г

jm jsxpv I J

t -t

-hi m - t t -t

-m где Xjfri- температура j-й термопары в текущий момент времени первом цикле;

Y,-.

- то же, во втором цикле измерений;

на выходе исследуемой антенны при разме щении перед ней тепловой модели абсо лютно черного тела, линейные размеры которого перекрывают главньш лепесто диаграммы направленности исследуемой антенны, нагревают тепловую модель абсолютно черного тела, затем измеря ют эффективную термодинамическую тем пературу излучающей поверхности теп-у,. , у. постоянные коэффициенты, характеризующие экспоненциальный закон охлаждения с участка вокруг j-й термопары при включенном блоке питания в первом и втором циклах.

Путем интерполяции измеренных ди- fO ловой модели абсолютно черного тела, скретных показаний радиометра 2(с/) показания радиометра и коэффициент

черноты излучения тепловой модели абсолютно черного тела, по которым находят КПД, отличающийся J5 тем, что, с целью повьшения точности при неравномерном нагреве тепловой модели абсолютно черного тела, измепереходят к монотонной временной зависимости

/Cf ),

в первом цикле измерений и

/(«), во втором цикле измерений.

На характеристиках ( С ), ) сразу определяют п (п - число терморяют термодинамическую темпе1)атуру в п точках поверхности тепловой моде

пар) пар точек с равными значениями 20 абсолютно черного тела и соответвеличины ol, . Удобно ввести порядковый номер каждой пары указанных точек К 1,2,3; .п. Для каждой выделенной точки вычисляют одновременные значения показаний термопар 4-6 X-,Y-|. Составляют уравнения вида

где ,2,...,п;

а- - коэффициент пропорциональноети, имеющий смысл эффективного углового коэффициента участка излучающей поверхности вокруг j-й термопары. Из полученной системы уравнений получают значения величин а,, а по ним - значение эффективной термодинамической температуры Т, модели 3 в одной из точек в момент (. , Затем измеряют коэффициент чер- ноты излучения модели 3 известным способом, после чего вычисляют искомый КПД антенны по формуле

C/k

fV

где d - значение сигнала на исследуемой антенны момент времени.

Формула изобретения

Способ определения КПД антенны, заключающийся в том, что измеряют сигнал

:Составитель В.Рабинович

Редактор Л.Веселовская Техред А.Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 5791/41- Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР

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

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

на выходе исследуемой антенны при размещении перед ней тепловой модели абсолютно черного тела, линейные размеры которого перекрывают главньш лепесток диаграммы направленности исследуемой антенны, нагревают тепловую модель абсолютно черного тела, затем измеряют эффективную термодинамическую температуру излучающей поверхности тепряют термодинамическую темпе1)атуру в п точках поверхности тепловой моде

ствующий сигнал на выходе исследуемой антенны в зависимости от времени в двух циклах измерений, отличающихся величиной начального нагрева тепловой модели абсолютно черного тела, находят значение эффективной термодинамической температуры Т в К-й момент времени по формуле:

h

Га.

JTT

/. .

де величина а . определяется из соотношения

ta.(X.-Y.,)0,

,2,...,п, X - и Y. - значения температуры в

)k

)

j-H точке тепловой модели абсолютно черного тела в К-й момент времени, измеренные соответственн в первом и втором циклах измерений,

величину КДД определяют в соответствии С: соотношением

17

где d - значение сигнала на выходе исследуемой антенны в К-й момент времени.

Изобретение относится к технике антенных измерений и повьшает точность при неравномерном нагреве тепловой модели абсолютно черного тела (АЧТ). Устр-во, реализующее сп-б, содержит приемную антенну 1, радиометр 2, тепловую модель 3 АЧТ, термопары 4-6, переключатель 7, индикатор термоЭДС 8, нагревательные эл-ты 9-11, блок 12 питания. Перед антенной 1 устанавливают модель 3 АЧТ, излучающая апертура к-рой перекрьтает главный лепесток антенны. Снимают диг намич. х-ки свободного теплообмена и излучения модели 3 АЧТ. Вычисляют эффективную термодинамич. т-ру Т модели 3 в момент времени, для к-рого известно показание о1 радиометра 2. Измеряют коэф. черноты модели 3 известным методом. Вычисляют искомый КПД антенны i o(j,/(T) . 1 ил. Q С/) оо ел СП со