Способ измерения плотности потока энергии электромагнитного поля Советский патент 1982 года по МПК G01R29/08 

(50 СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и.может использоваться при определении степени поглощения электромагнитного поля биологическими рбъектами, при оценке излучающих свойств антенны и других электро-радиотехнических устройств, определении потока энергии, прошедшего через границу раздела двух сред.

Известен способ измерения плотности потока энергии, включающий возбуждение ЭМП симметрично нагруженной рамочной антенны на два линейных сопротивления, суммирование и вычитание сигналов, снимаемых с сопротивлений, компенсацию возникающей фазовой ошибки, перемножение выделенных сигналов, пропорциональных Е и Н составляющим ЭМП, интегрирование сигнала, полученного после

перемножения D.

Известный способ измерения ППЭ

требует сложной электронной обработки наведенных сигналов и необходимости подклю 1ения к рамке СВЧ трактов, что накладывает ограничения на верхнюю границу частотного диапазона и область применения.

Известен способ измерения плотности потока.энергии электромагнитного поля путем помещения в исследуемое поле электрически замкнутой цепочки преобразователей, образующей геометрически симметричную фигуру, и измерения напряжений, наведенных исследуемым полем в преобразователях Г 20.

Однако известный способ имеат низкую точность измерений, так как не обеспечивает прямого выделения сигнала, пропорционального величине ППЭ.

Цель изобретения - повышение

20 точности.

Цель достигается тем, что согласно способа измерения плотности потока энергии (ППЭ) электромагнитного 3 поля (ЭМП, измеряют разность между напряжениями, наведенными на каждой паре преобразователей, расположенны диаметрально противоположно, и по измеренным величинам определяют активную и реактивную составляющие плотности потока энергии электромагнитного поля. Данный способ измерения ППЭ осно ван на известном факте, что при воз буждении замкнутой цепочки преобразователей электромагнитным полем направление распространения которого совпадает с плоскостью, в которой расположена эта цепочка, в ней возникают токи, обусловленные как магнитной, так и электрической составляющими ЭМП, и может быть пояснен на примере возбуждения рамочной антенны, симметрично нагруженной на два детектора. Используя эквивалентную схему для симметрично нагруженной рамочной антенны, можно показать выражения для наведенных на детекторы напряжений U и Ufj ,-KcE + KuH где Кс и К комплексные коэффициенты передачи по Е и Н полю, которые определяются геометр ей возбуждаемой замк той цепочки преобразователями, встроенны ми в цепЬчку. Е И И - комплексные амплитуды электрической и магн ной составляющих поля Использование квадратичных детекторов позволяет выделить на них сигналы, пропорциональные l.(,H/na((.Hx X COS л If , l4l 4«Ee)(KH-H)i.ikgKg.EH COS ( , и KU - модули коэффициентов пepeдaчи Е и Н - модули электрической и магнитной составляю .щих ЭМП; ( - фазовый сдвиг, опре деляемый коэффициен ми передачи Kg и Яц дУгУ -if - фазовый сдвиг между Е и Н составляющими ЭМП. Учитывая, что EHCosAV, опредеяет активную часть ППЭ (п), аЕ-Нз оЛЧ еактивную часть ППЭ(Пр), выражеия можно записать в виде й,|г((к„.н)1.гкЕ.к„(Пд..«гSin дЧ) , -П, 1иг|.(КЕЕ)(|С„Н)-1К.К„(ПдСОЗй(/. -Пр51ПД1/). Из чего следует, что иИО,(|иг|1,4КЕК„(ПдС05л -HpSin дс). Если бь)бором геометрии замкнутой епочки и элементов, встроенных в ее, обеспечиваются условие J(,1,2,..b о значениеU позволяет определить ктивную часть ППЭ, а при наложении словия Л п JT (п 0,1,2...) беспечивается определение реактивой части ППЭ. Условие легко выполняется, апример, для электрически, малой амочной антенны симметрично нагруенной на два детектора с активным опротивлением f удовлетворяющим еравенству . где Шг 23ff- круговая частота ЭМП; Сд - емкость рамочной антенныиндуктивность рамочной антенны. При этом и КПд , где К 1|ЬЯдСд tu - коэффициент пропорциональности(преобразования); л1Г.ул-7и магнитная проya,4jr. ницаемость свободного пространства;действующая высота рамочной антенны при приеме Е-составляющей ПОЛЯ} р - площадь, охватываемая контуром рамочной антенны. Коэффициент К может быть определен расчетным путем, если все параметры схемы известны, а также путем калибровки в поле плоской волны в свободном пространстве. Если количество преобразователей включенных в электрически замкнутую цепочку геометрически симметрич ную более двух и все они расположены в местах пересечений схемы с прямыми, проходящими через центр симмет рии, то для любой пары преобразователей, расположенных на одной прямой остальные преобразователи можно рассматривать как нагрузки, которые фор мируют коэффициенты передачи КЕ и Ц для данной пары преобразователей, а следовательно, при выполнении условия Д/йЛ или разность сигна лов, снимаемых с симметрично расположенной пары детекторов пропорционально соответственно активной или реактивной величине ППЭ. При этом, если схема выполнена в виде цепочки идентичных детекторов равномерно расположенных по окружности и для которых выполняются указанные условия, сумма разностных сигналов может быть записана m , , где yfO между прямой, соединяющей п-ую пару детекторов и направление вектора Е-поля, то есть также пропорциональна величине ППЭ. Отсюда следует, что определяя раз ность сигналов с каждой пары преобра зователей, можно определять не только величину и направление распространения ЭМП, которое будет проходить по прямой, соединяющей пару детекторов с максимальНОЙ разностью преобразованных сигналов. Использование предлагаемого способа измерения ППЭ по сравнению с известным позволяет существующими простыми средствами, например геометрически и электрически симметричной схемой в виде детекторов, расположенных по окружности, путем нахождения разности преобразованных сигналов для каждой симметрично расположенной пары детекторов, выделить сигнал, пропорциональный величине ППЭ и следовательно, с погрешностью, не превышающей погрешность аттестаций коэффициента пропорциональности (менее 10%) измерять ППЭ в любых условиях. Формула изобретения Способ измерения плотности потот ка энергии электромагнитного поля путем помещения в исследуемое поле электрически замкнутой цепочки преобразователей, образующей геометрически симметричную фигуру, и измерения напряжений, наведенных исследуемым полем в преобразователях, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют разность напряжений, наведенных на каждой паре преобразователей, расположенных диаметрально противоположно, и по измеренным величинам определяют активную и реактивную составляющие плотности потока энергии электромагнитного поля. Источники информации, принятые BQ внимание при экспертизе 1.Nachrichtentech.Zeitschrift, 197, 27, Н8, р.313-318„ 2.Патент США № 3721900. кл. Q 01R , 1973 (прототип).