Многоантенный измеритель коэффициента отражения листовых материалов Советский патент 1988 года по МПК G01R27/06 

Од

сл

1C

Изобретение относится к измерительной технике сверхвысоких частот и может использоваться для измерения комплексного коэффициента отражения - тел, имеющих плоскую поверхность и расположенных в свободном пространстве.

Цель изобретения - повышение точности измерения,

На чертеже представлена структур- ная электрическая схема предлагаемо- Го многоантенного измерителя коэффи- циента отражения листовых материалов.

Измеритель содержит генератор 1 15 СВЧ, вентиль 2, излучающий элемент 3, зонды 4-1, А-2,...,4-N, подсоединенные к измерителям 5-1, 5-2,..,,5-N мощности, листовой материал 6, плоский металлический экран 7. Металли- 20 1еский экран 7 ориентирован под углом 45° к направлению падающей на не- :: о от излучающего элемента 3 электро- иагнитной волны. Зонды 4т1,4-2., ..,, 1-N расположены на металлическом эк- 25 )ане 7 так, что.бы расстояния между :1ондами А, 4-2,... ,4-N были равны j., листовой материал 6 ориен- ируется перпендикулярно направлению 1 аспространения падающей на него элек-зо рромагнитной волны.

I Многоаитенный измеритель коэффици- нта отражения листовых материалов работает следующим образом.

Электромагнитная волна от гене1 а- ,j тора 1 СВЧ через вентиль 2, излучаю- црй элемент 3 направляется к листово- Ny материалу 6. Плоская поверхность истового материала 6 располагается перпендикулярно направлению распро- дд с1транения электромагнитной волны и н аходится от излучающего элемента 3 на достаточном удалении, чтобы можно бЬшо считать фронт волны, падающей на листовой материал 6, плоским. дд

Зонды 4-1, 4-2,...,4-N регистрируют амплитудное распределение СВЧ оля в фиксированных точках простанства между излучающим элементом 3 и листовым материалом 6. Это поле является суперпозицией падающей на листовой матбфиал 6 и отраженной от него электромагнитной волны, измерен- Ш)1е значения мощности являются исход- ными экспериментальными данными для „ расчета неизвестного коэффициента от- рЛжения.

Аппаратурное напряжение U- на выходе j-ro измерителя 5 мощности,про50

j д д

0

порциональное мощности электромагнитной волны в месте расположения j-ro зонда 4, в случае идеального линейного Преобразования мощности входит в модельную функцию многозондовой системы

U.«u,k, iisi5 l2Alxi2Aix

I.b R%2BV2B y где Aj AJ-iAj - В в «iB be - комплексные, a k ---действительный параметр j-го зонда; i /-1 « г - комплексный коэффициент отражения исследуемой нагрузки.

При проведении измерений коэффициента отражения Г отсчитываются значения Uj для каждого j-ro зонда 4 и затем решается система уравнений (1) относительно величин х и у, а следо- вательно, относительно Г. При этом коэффициенты Aj, kj и В должны быть известны. Они определяются до проведения измерений коэффициента отражения с помощью листовых нагрузок с известным коэффициентом отражешу Г.

Рассмотрим порядок проведения измерений (получение экспериментальных данных) и обработки выходных аппаратурных данных в наиболее общем случае применения N приемных зондов 4.

Очевидно при калибровке измерителя .коэффициента отражения надлежит установить (3N+2) неизвестных коэффициентов в системе уравнений (1).

Калибровочная пластина с известным коэффициентом отражения, рассчитанным на основе электрофизических параметров материала пластины и ее геометрических размеров, устанавливается на расстоянии l:j от раскрыва антенны.

На выходе каждого измерителя 5 мощности считывается напряжение U , где , N - номер зонда 4, соответственно измерителя 5 мощности.

С помощью микрометрического устройства смещения калибровочной пластины относительно плоскости апертуры излучающего элемента 3 задаются и отсчитьшаются расстояния 1, Ij,..., IP от раскрыва излучающего элемента 3.

Для каждого i-ro расстояния отсчитьшаются напряжения на выходах измерителей 5 мощности.

Полученные экспериментальные значения напряжений U,-.- вводятся в сис- тему уравнений на основе модельной функции (1)

«т,

и «It li§LRi±2Aixil2Aj xt иьЧ +2В х.+2в yf

где i « 1, Р;

R|;x ; у - модуль, действительная и минимая части коэффициента отражения калибровочной пластины, отсчитываемые относительно значений этих параметров при расстоянии , UQ, т.е. все уровни мощности в дальнейшем будут иметь смысл приведенных к уровню мощности генератора 1 СВЧ при калибровке.

Производится расчет коэффициентов А-, kj и В.

Предварительно система уравнений (2) после введения обозначений

1А (2)

5

l

j

iislRi. ubV

2.AL.. (3j

И-ЬЧ

. 2в:.

l+b R

.2в:.

2 1

1+bV

преобразуется к виду Xj,+x,x,+y Xjj+U.jX,,-. у,х,

и

1J

для каждого j-ro зонда со своим J-M измерителем мощности.

Если i) 5 N систем уравнений (4) (N - число зондов) решается независима друг от друга с использованием метода наименьших квадратов, т.е. путем перехода к нормальной системе уравне- нийг. Решение системы уравнений дает

rji

из

(3)

S

рассчитать А.,

кото

I1L. 2k.

2IL 2k j

(8)

где у. X,. (

; у.-« -. /,

Г , - x,(Ub4); - x jCr+b R).

У. У )3 В формуле

(7) знак если a-R 1 и - если

+ берется, ajR 7 1.

Измерение коэффициента отражения листового материала. Пластина листового материала устанавливается на расстоянии 1. от раскрыва излучающей анUj- на

тенны. Отсчитываются значения выходах измерительной мощности, j « 1,2,...,N;.N- число зондов.

Полученные значения U; подставляются в формулу (1). Получается система из N уравнений. Неизвестными в ней являются величины Ug и r(R,0). Комбинируя попарно уравнения, исключается величина U-. После этой операции

получается система уравнения вида:

,, ар (

(-. -6i

-Uj4i Aj)x+2(UjA ),,-Uj,, Aj)y -Uj,

где N-1; 6j Uj/kj. Обозначив

(9)

4)

,

M

) симетемне- т

40

45

то(5) 50

.

л

-и

al;

35

i

U,

2(UjAj4,-fjj.,

2(ftj-A

1

II

Л

-U;

л -Uj.i

J A

A j);

(9)

в виде , N-1 (10)

, jt, -j . представим систему

., + У Л} dj

При количестве зондов, большем четырех система уравнений (10) решается методом наименьших квадратов. Результатом решения системы (10) являются измеренные величины: модуль коэффициента отражения R и его фаза B arctg(y/x).

Формула изобретеиия

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ. Цель изобретения - повышение точности измерения. Измеритель содержит г-р СВЧ 1, вентиль 2, излучающий элемент 3, зонды 4-1,...,4-N, подсоединенные к измерителям мощности 5-l,...,5-N, листовой материал 6, плоский металлический экран 7. Цель достигается за счет того, что приемные антенны выполнены в виде зондов 4-l,...,4-N, расположенных в плоском металлическом экране 7 так, чтобы расстояния между зондами 4т1,...,4-Н были равны Acp/V2N (Лср средняя длина волны рабочего диапазона, N - кол-во зондов). Металлический экран 7 ориентирован под углом 45 к направлению падающей на него от излучающего элемента 3 электромагнитной волны. Листовой материал 6 ориентируется перпендикулярно направлению распространения падающей на него электромагнитной волны. 1 ил. i (Л

), (7)

Многоантенный измеритель коэффициента отражения листовых материалов содержащий последовательно соедц нен- ные генератор СВЧ, вентиль и излуча- 55 ющий элемент, в дальней зпне которого располагается листовой материал, приемные антенны, соединенные с измерителями мощности, отличающийся тем, что, с целью повыше51А06521. ,

э.о

ния точности измерения, приемные аи-кого металлического экрана составляет

тенны вьшолнены в виде зондов, распо-с ней угол 45, при этом каждый зоид

ложенных в плоском металлическом эк-расположен от другого на расстоянии

ране между излучающим элементом и ,. ер, ,

листовым материалом, причем нормаль у « «« «« тина волны к поверхности листового материала

перпендикулярна к оси симметрии иэлу-Р ° о диапазона, an-- количество

чающего элемента, а поверхность плос-зондов. t