Способ определения амплитуд типов волн в многоволновом волноводе Советский патент 1992 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для анализа структуры сложного поля в многоволновом волноводе,

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения амплитуд типов. волн в многоволновом волноводе (МВБ).

Устройство, реализующее способ измерения амплитуд типов волн в МВБ, включает генератор 1. выход которого является выходом для подключения входа МВБ 2, два измерительных зонда 3, выход которых через подвижный тракт 4 подсоединен к первому и второму входам блока 5 формирования суммарно-разностного сигнала, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам переключателя 6 соответственно, выход которого чподсоединен к первому входу амплифазометра 7, второй вход которого подсоединен к выходу опорной антенны 8. Устройство также включает механизм 9 перемещения зондов 3.

Способ измерения амплитуд типов волн в многоволновом волноводе реализуется следующим образом.

MSB 2 возбуждают генератором 1, МВБ 2 излучает в открытое пространство.

Известно представление поля излучения круглого МВБ 2,

Электрическое поле парциальной диаграммы ЕЮЙВОПНЫ может быть представлено в виде

г- л f i Ј л sin$lm(#csin#) ,., Asm(m +Vfei)5 c6s5Si- {1)

Е,, 0.

Электрическое поле парциальной диаграммы Н|п волны может быть представлено в виде

Е,-3, П1 ,,- H ii FfO собесе)- s|;

/IfH

+

где /,( - азимутальный и тангенциальный углы цилиндрической системы координат;

F(/,F.$- азимутальная и радиальная ком- поне,нты электрического Поля;

А, г амплитудно-фазовые множители;

Vml поляризационный угол несимметричных волч (т 0, для симметрич- н1 х волн m - О, i/hii - 0);

Irn, lmi функция ипроизводная.функции Ьесселя m-ro порядка.

TF,K

- V-| (Lrjly

COS#ml - V /r J

1 mi . 1-е корни функции и производной функции Бесселя гп-го порядка;

к 2тта/Я - волноводное число;

а - радиус волновода;

Я - рабочая длина волны.

Основная суть способа состоит в том, что измеряются азимутальная (для Hmi волн) и радиальная (для Ет| волн) компоненты электрического поля в дальней зоне волно- вода. Как следует из формул (1) и (2), для каждого типа волн существует единственная окружность, аксиальная оси волновода, вдоль которой следует проводить измерения, для того, чтобы после соответствующей обработки измеренной информации, не решая систем уравнений большой размерности, можно было выделить амплитудно-фазовый множитель и поляризационный угол. Причем, Emi волны возможно отделить от Hmj волн только на соответствующих окружностях, поскольку Е и Н волны обладают радиальной поляризацией. Суммарный (для четных т) и разностный сигналы (для нечетных т)

0

15

0

ц

0

используются для повышения точности и уменьшения случайной погрешности измерения.

Радиусы окружностей, на которых измеряют амплитуду и фазу поля, выбирают из следующих соображений.

Для волн Em, Hmi суа1ествует единственное угловое направление относительно центральной оси круглого волновода

0tfM - 0ml i 0Hml - 0ml

В данных направлениях все волны с вторыми индексами, отличными от (, равны нулю ь соответствии с формулами (1) и (2). Таким образом, на кольце сохраняется только одна волна с периодом по кольцу, равным

2л 0 р -- . Радиусы колец определяются как

Rmi(E) L tg0mi L/V(JLj2 - 1 , при из- мереь/ии Emt волн;Vm

Rml(H) L tgftni L/V(1)2 - 1 , при измерении Hmi волн,

где i,- расстояние до плоскости измерения,

Амплитуды различных типов волн определяют следующим образом.

Попе, измеренное на соответствующем кольце (все волны, имеющие одинаковый первый индекс для заданного первого индекса, кроме одной, отсутствуют) в точке К, можно представить как суперпозицию различных типов волн выражением

М Ц

Ck(m,l)2

i 1 j

Н- A-nicos(-jq-mk ),

InL()

Aijcos( + $) + 2 Aoj +

1iMj 1

(3)

где AIJ - искомая амплитуда волны с первым индексом i и вторым индексом j; Выполним прямое и обратное преобразование Фурье соотношения (3). Гармоника номер m прямого преобразования Фурье равна

L(o)

(m,) Apie + J Aoj;(4)

Гармоника номер р обратного преобразования Фурье равна

.l) - Ар. в™ №nl +S Aoji(5)

1

где

цо)1 N - 1

.

(6)

Таким образом, из (4) и (5) с учетом (6) получаем

5р ( | Ск ) -(

-тГ21Ск) Ат12;

г : /-

N - 1

rkS

k o

,;E cK)/V$7/

14 к --.Amie11 1 i,

Ami

По приведенным расчетным соотношениям из результатов измерений Ск определяют искомые амплитуды Ami

Устройство, реализующее способ измерения амплитуд различных типов волн в МВБ работает следующем образом.

Генератор 1 генерирует СВЧ сигнал, поступающий на вход МВБ 2, из открытого конца которого излучается электромагнитная волна, принимаемая двумя измеритель- ными зондами 3, перемещаемыми с помощью механизма 9 перемещения по окружности, аксиальной с осью МВВ 2 с регулируемым радиусом окружности при их нахождении в диаметрально противоположных точках. Принятый сигнал через подвижный тракт 4 поступает на первый и второй входы блока 5 формирования суммарно- разностного сигнала, на первом выходе которого формируется суммарный сигнал при измерении типов волн с четным первым индексом, и разностный сигнал - при измерении типов волн с нечетным первым индексом. С одного из выходов блока 5 сигнал через переключатель 6 поступает на первый вход амплифазометра 7, на второй вход которого поступает сигнал, принимаемый опорной антенной 8. После обработки результатов измерений определяют амплитуды и фазы типов волн и их поляризационный угол.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышенную точность измерения за счет выполнения измерений на окружностях, на которых возможно разделение волн Е и Н.

Формула изобретения Способ определения амплитуд типов волн в многоволновом волноводе, включающий измерение амплитуды поля излучения открытого конца многоволнового волновода в его дальней зоне, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют фазу поля излучения, причем измерение амплитуды и фазы

поля излучения выполняют одновременно в двух диаметрально противоположных точках каждой окружности, центр которой расположен на оси многоволнового волновода, и расположенных в одной плоскости, перпендикулярной оси многоволнового волновода, число окружностей равно числу измеряемых типов волн и их радиус определяют из соотношений

Rmr - 1 при измерении Ет|волн; 7 W

Rm/H . - 1 при измерении

Нт|ВОЛН, 7

причем при измерении амплитуд Н волн измеряют азимутально поляризованное электрическое поле, а при измерении амплитуд Е волн - радиально поляризованное электрическое поле, формируют полусумму измеренных в двух противоположных точках каждой окружности амплитуд при определении амплитуд Е волн и полуразность - при определении амплитуд Н волн и определяют комплексную амплитуду и поляризационный угол волн типа ml по формулам

Aml УрЛСкСт.} - (т.(т.1) -fl™f (т.) ;

e 4Fp-1 CK(m,l)-l Ј Ск)/Ат1,

IV k o

где (т,1)и ( гармоника прямого и обратного преобразования ФУРЬ6 массива измеренных амплитуд в.точках К ml-ro кольца;

Ск(т,1) - полусумма или полуразность измеренных в двух противоположных точках каждой окружности амплитуд;

К 0.1,2N-1,

L - расстояние от открытого конца волновода до плоскости, в которой выполняются измерения;

к 2ла/А - волноводное число; а - радиус мкоговолнового волновода; Я - длина волны;

Vmi - 1-й корень функции Бесселя m-ro порядка, //mi - 1-й корень производной функции Бесселя пл-го порядка.

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для анализа структуры сложного поля в многоволновом волноводе (MBВ). Цель изобретения - повышение точности. Способ из- мерения заключается в измерении амплитуды и фазы поля открытого конца МВБ одновременно в двух диаметрально противоположных точках каждой аксиальной окружности оси МВБ. число которых равно числу измеряемых типов волн и радиус которых определяют из заданных соотношений при измерении амплитуд Е и Н волн. Причем при определении.амплитуд Н волн измеряют азимутально поляризованное электрическое поле, а при определении амплитуд Е волн - радиально поляризованное электрическое поле. Формируют полусумму или полуразность измеренных в двух противоположных точках каждой аксиальной окружности амплитуд при определении амплитуд Е и Н волн соответственно и определяют комплексную амплитуду и поляризационный угол волн типа ml по заданным формулам. В ыбор радиусов окружностей, на которых выполняются измерения, обеспечивает повышение точности измерения за счет разделения волн Е и Н, тех же типов волн. 1 ил.