РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ, ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (1087875), страница 34

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 34)

, (17.3)

где К_Б = Е_min/E_max — коэффициент бегущей волны; d — толщина образца; θ = 2πx_m/λ_{в —} фазовый угол, соответствующий расстоянию х_m от поверхности образца до первого узла стоячей волны; — постоянная распространения а образце. К_Б измеряется в точках, в которых показания индикаторного прибора в два раза превышают его показание в минимуме:

где Δx — расстояние между этими точками.

Длина волны в волноводе λ_и изменяется с помощью измерительной волноводной линии в

отсутствие образца.

Расстояние x_m между поверхностью образца и первым узлом стоячей волны определяется

из выражения:

Для постоянной распространения имеет место соотношение:

О днако аналитическое решение уравнения (6.3) невозможно, поэтому для его решения применяются различные приближенные методы, к которым относятся графический метод и метод двух толщин. В случае малых потерь уравнение упрощается.

Рассмотрим решение трансцендентного уравнения в случае малых потерь. При малых потерях (tgδ < 0,15) решение уравнения (6.3) упрощается, так как можно пренебречь величинами и . Представляя постоянную распространения в виде получим простые соотношения для β₁ и α₁:

откуда

Тангенс угла потерь определяется с помощью формулы

Описанным методом проводится измерения тангенса угла потерь при 10^-3 < tgδ < 0,15 и при |ε| = 1…20.

17.4. Измерения в свободном пространстве

Диапазон длин волн 1...10 мм (3·10¹⁰...3·10¹¹) Гц интересен тем, что в этом диапазоне располагаются области дисперсии многих веществ. Однако использование резонансных и волноводных методов измерения в миллиметровом диапазоне затруднительно из-за уменьшения размеров соответствующих измерительных элементов.

В связи с этим в диапазоне миллиметровых волн используются оптические методы. Идея этих методов состоит в наблюдении проходящих через образец и отраженных от него волн. В качестве образца используется диэлектрическая плоско-параллельная пластинка, размеры которой немного превышают сечением пучка.

17.4.1. Определение характеристик материалов с помощью изменения коэффициента отражения

Простейшим оптическим методом определения действительной части ε диэлектрической проницаемости является измерение угла. Брюстера. Приемник 2 и передатчик 1 перемещаются по окружности, центр которой находится в центре образца 3 (рис.6.6).

Измерение коэффициента отражения производится при одновременном изменении угла падения и отражения. При небольших потерях (tgδ < 0,2) коэффициент отражения при угле падения, равном углу Брюстера φ_Б, проходит через минимум. Угол Брюстера позволяет определить действительную часть диэлектрической проницаемости с помощью формулы .

Рис.17.6.

Потери определяются из измерений поглощения при прохождении волн через образец 1 под углом Брюстера в случае, когда образец 1 распложен на металлической пластинке 2 (рис.6.7).

Рис.17.7.

Расчет проводится по формуле

где L — потери в децибелах на единицу толщины образца при угле падения, равном φ_Б.

Широкое применение находят также и более сложные приборы типа интерферометров Майкельсона, Фабри - Перо, Маха - Цендера, Больцмана.

17.4.2. Методы измерения ЭПР

Для проверки эффективности разрабатываемых РПМ проводят измерения их коэффициентов отражения, например, с помощью оптических методов (см.6.1.4). Однако наиболее информативным методом является измерение ЭПР объектов, на поверхности которых нанесен РПМ. ЭПР -эффективная площадь рассеяния была введена как энергетическая характеристика цели. Величина ЭПР - σ входит в уравнение радиолокации:

где Р_пр - принимаемая мощность, Р_из - излученная мощность, G - коэффициент усиления передающей антенны, S_эфф - эффективная площадь приемной антенны. Первый множитель характеризует плотность потока мощности падающей волны у цели, а второй множитель - плотность потока мощности рассеянной волны у приемной антенны. Умножение плотности потока мощности на эффективную площадь антенны дает значение мощности, поступающей в приемник.

Величина σ зависит от формы и размеров рассеивателя, свойств материалов, из которых он изготовлен, и от длины волны. Если R настолько велико, что волны, падающие на цель и на приемную антенну, можно считать плоскими, то σ не зависит от расстояния. Величина σ зависит от угла падения волны на цель, поэтому можно ввести понятие о диаграмме ЭПР. Диаграмма ЭПР зависит от поляризации, длины рабочей волны, от углов облучения и наблюдения во всей сфере. Задача определения диаграмм ЭПР облегчается для осесимметричных тел, к которым относятся цилиндрические, конические, эллипсоиды и другие тела вращения. В этих случаях измеряют диаграмму ЭПР в одной плоскости. Диаграмму ЭПР во всем пространства можно получить вращением полученной диаграммы (рис. 6.8). Диаграмма ЭПР пропорциональна диаграмме рассеяния, измеряемой непосредственно.

Рис.17.8.

Различают диаграммы рассеяния (ДР) и диаграммы обратного рассеяния (ДОР).

1. Диаграмма рассеяния (ДР) определяет характер рассеянного поля вокруг рассеивателя при фиксированном положении рассеивателя и направлении облучения. ДР измеряется при перемещении приемной установки вокруг рассеивателя.

2. Диаграмма обратного рассеивания (ДОР) показывает зависимость рассеянного поля от ориентации рассеивателя при совмещенной приемной и передающей установок (однопозиционный случай). ДОР измеряется при вращении рассеивателя вокруг оси.

17.4.3. Применение моделирования при измерениях диаграмм ЭПР

Измерения ЭПР в реальных условиях связаны с большими затратами времени и средств, поэтому на начальных стадиях разработок измерения ЭПР проводят на моделях в свободном пространстве или в безэховых камерах. Применяются различные способы моделирования, чаше всего прямое моделирование с учетом электродинамического подобия.

Расстояние до измеряемого объекта размером L удовлетворяет условию

где k — коэффициент.

Если выразить L, в длинах волн, т.е. ввести L_λ. = L/λ, то получим

С уменьшением λ при L_λ = const уменьшается и расстояние R.

Таким образом, уменьшая длину волны, можно перейти к измерениям на модели на более коротких расстояниях и перенести работу в помещение.

Условия моделирования для диэлектрика имеют вид

и для образца и модели с проводимостями и

Если модель выполнена в масштабе 1: N

Цели, покрытые радиопоглощающим материалом, также могут быть смоделированы. При этом коэффициенты отражения радиопоглощающих материалов модели и реального объекта должны совпадать при всех углах падения волны. В этом случае совпадают амплитудные диаграммы модели и образца, однако доказательства совпадения фазовых диаграмм отсутствуют.

Рассмотрим моделирование в оптическом диапазоне волн. Оптическое моделирование позволяет достаточно просто получить сведения об отдельных параметрах рассеянных полей. Например, световые волны применяются для нахождения "блестящих точек", зеркально отражающих свет и радиоволны. Хорошо полированная модель освещается широким пучком света и фотографируется.

С помощью некогерентного белого или монохроматического света могут быть также измерены диаграммы средних значении ЭПР. Для этого нужно облучать модель пучком параллельных лучей и принимать рассеянный свет с помощью приемника световых волн, например, фотоэлемента.

Оптическое моделирование с помощью некогерентных колебаний не позволяет выявить тонкую структуру диаграммы рассеяния и измерить фазы отраженных сигналов. Если при моделировании используется длина волны светового поля такая, что λ_M = λ/m , где m — целое число, то такое моделирование называется масштабным. Если m не целое число, то моделирование называется немасштабным. Условие подобия полей заполняется и при немасштабном моделировании.

17.4.4. Применение безэховых камер при измерениях диаграмм направленности антенн и диаграмм ЭПР

Плохие метеоусловия затрудняют измерения на полигонах и часто делают их невозможными, в связи с этим измерения стали переносить в закрытые помещения. Однако в закрытых помещениях появляются паразитные поля, отраженные от внутренней поверхности помещения (стены, пол, потолок). Для уменьшения паразитных полей внутреннюю поверхность помещения покрывают радиопоглощающим материалом (РПМ). Такие помещения называют безэховыми камерами (БЭК). Безэховые камеры делают экранированными с коэффициентом затухания 80...90 дБ.

В БЭК можно достичь очень малого уровня паразитных отражения порядка - 50 дБ. В связи с этим полигонные измерительные комплексы используются значительно меньше, чем установки в безэховых камерах.

Основным требованием к РПМ для БЭК является требование малого значения коэффициента отражения в широком секторе углов падения 0 < 85° радиоволн на материал, в достаточно широком диапазоне волн. Требования к механической жесткости и прочности РПМ предъявляются только к материалам, идущим на покрытие пола. Основным принципом устройства РПМ является "мягкий" вход РПМ, т.е. РПМ должен быть согласован со свободным пространством, в связи с чем плотность РПМ вблизи его поверхности должна быть близкой к плотности воздуха. Плотность материала и концентрация поглотителя возрастают в глубине РПМ для того, чтобы поглощались радиоволны, проникающие в него. Использовался пенополиуретан, пропитанный сажей. Материал в виде листов наклеивался на стены помещения. Для создания более мягкого входа поверхность выполнялась рифленной 3-мерными неровностями. Такой материал удовлетворял требованиям по коэффициенту отражения до λ = 10 см. Для расширения диапазона в сторону дециметровых волн из листового материала выполнялись пирамиды. Стены, закрытые такими пирамидами, ослабляли падающие волны на 40.. .45 дБ.

Характеристики

Список файлов книги