Способ определения амплитуд типов волн в многоволновом волноводе

 

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для анализа структуры сложного поля в многоволновом волноводе (MBВ). Цель изобретения - повышение точности. Способ измерения 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 Я 29/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО И :БРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4606868/09 (22) 16.11.88 (46) 15,06.92. Бюл, № 22 (72) С.М.Никулин, В.Н,Рожков, Ю.Н.Серяков, С.А.Фурсов и P.È.ØàáàíoB (53) 621.317:621.396.67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 266876, кл. 6 Oi 8 21/06, 1968.

Авторское свидетельство СССР № 1259195, кл, G 01 8 29/08, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД

ТИПОВ ВОЛН В МНОГОВОЛНОВОМ ВОЛНОВОДЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для анализа структуры сложного поля в многоволновом волноводе (MB 8). Цель изобретения — повышение точности. Способ измерен ия заключается в измерении амплитуды и фазы поля открытого конца

МВВ одновременно в двух диаметрально

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 (M88).

Устройство, реализующее способ измерения амплитуд типов волн в МВВ, включает генератор 1, выход которого является выходом для подключения входа МВВ 2, два измерительных зонда 3, выход которых че(„, ЯХ „„1741О9О А1 противоположных точках каждой аксиальной окружности оси МВВ, число которых равно числу измеряемых типов волн и радиус которых определя ют из заданных соотношений при измерении амплитуд Е и H 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. рез подвижный тракт 4 подсоединен к первому и второму входам блока 5 формирова- О ния суммарно-разностного сигнала, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам переключателя 6 соответственно, выход которого,подсоединен 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, МВ В 2 возбуждают генератором 1, M 8 8

2 излучает в открытое пространство. используются для повышения точности и уменьшения случайной погрешности измерения.

Радиусы окружностей, на которых изме5 ряют амплитуду и фазу поля, выбирают из следующих соображений.

Для волн Е(1, Н! существует единственное угловое направление относительно центральной оси круглого волновода

10 й: —, 1 = й(; ОН 1 = Omi

Е„= О.

Б данных направлениях все волны с вторыми индексами, отличными от (, равны ну15 лю в соответствии с формулами (1} и (2).

7аким 06ра30М, на кольце coxpaH ется Tollb ко Одiia волна с периодом по кольцу, равным у. -. —. Радиусы колец определяются как

2л

Al

20 В 1(е) = I цд,п) =1 б ()2 — 1, при иэмерег ии Е,i волн;

>(}}1

R l} } = L tg0mt = } l»г(— 1, при

ИЗМЕРЕНИИ Hmi ВОЛН. где — расстояние до плоскости измерения, Ампг}итуды различных типов волн определяют следующим образом, Поле, измеренное на соответствующем кольце (все волны, имеющие одинаковый первый индекс для заданного первого индекса, кроме одной, отсутствуют) в точке К, можно представить как суперпозицию разли(ных типов волн выражением

М (.,}, !) 2, LfO)

Ç5 С;(гп,!) =,,, „al cos(-— )) + р + д А„+

1=-1) —— 1 )=1

COS(jmi:=- 1 (("() к

1 г(}1, /(гг}! e кОР»lи ((»УНКЦии и ПРОиз водной функции Бесселя m-го порядка; к =- 27ЯЯ вЂ” волноводное число; а — радиус волновода; (. — рабочая длина волны, 0cHoBHa51 }(Tb способа cOGTQBT B Tovi, что измеряются аэимутальная (для Нгп(волн) и радиальная (для Eml волн) компоненты электрического поля в дальнеи зоне волно45 вода. Как следует иэ формул (1) и (2), для каждого типа волн существует единственная окружность, аксиальная оси волновода, вдоль которой следует проводить измереHviA, для того, чтобы после соответствующей 50 обработки измеренной информации, не решая систем уравнений большой размерности, можно было выделить амплитудно-фазовый множитель и поляриэационный угол. Причем, Еп i волны возможно отделить от Hmj волн только на соответствующих окружностях, поскольку Е и Н волны обладают радиальной поляризацией. Суммарный (для четных

m) и разностный сигналы (для нечетных m) + А(сов(— „гл)< + ф,(), 2л (4) где

)- О) 1N — 1 — Х сКК

)=1 <=0 (6) Известно представление поля излучения круглого MBB 2, Электрическое поле парциальной диаграммы Е„; волны может быть представлено в виде е,;=- Asin(mp + }(}»)„— - — — - . (1}

sIn01 (к })пЖ, Электр}лческое поле парциальной диаграммы Н(,! волны можег быть представлено в виде н l,(}(ê$ Í10)

Е„= Всо" (òp.-»,„ } — „,- - - }}-., (2} где р,0- аэимутальный и тангенциальный углы цилиндрической системы координат;

F(o,Å аэимутальная и радиальная комПОИ . HTbi ЭЛЕК-} РИЧЕСКОГО Г)ОЛЯ;

А, " -- амплитудно-фаэовые множители; ф (,1 .}Ц1 — поляриэационный угол несимметричны (волн ((Tl О, для симметричн ых вопи m = О, (j. mi = О);

I„,, )„(— функция и про}лэводная.функции

Боссе}}я m-го порядка.

iде А() — искомая амплитуда волны с первым индексом и вторым индексом j;

Выполним прямое и обратное преобразование Фурье соотношения (3). Гармоника номер (п прямого преобразования Фурье равна

Ю

F p(Ñi({m, !)) =- Ар!е +; » А<}), j =1

Гармоника номер р обратного преобразования Фурье равна

LL0)

Fj» "(Ci((m,!)) = Ар! е +}i +;), Ао): (5)

)=1 .

1741090.

Amie ° -- ф„, Л/.Ы вЂ” е

Aml

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

$р = (Fp(CK) 1,1 g Ск ) (Fp (CK)

k=o

N — 1 — —," Ск )=Am ;

2.

1 1 k =о

1 (Fp (Ск) — — 1 Х Ск)//. 4 /=

По и риведен н ым расчетным соотношениям из результатов измерений Ск определяют искомые амплитуды Ami, Устройство, реализующее способ измерения амплитуд различных типов волн в

MBB работает следующим образом.

Генератор 1 генерирует СВЧ сигнал, поступающий на вход MBB 2, из открытого конца которого излучается электромагнитная волна, принимаемая двумя измерительными зондами 3, перемещаемыми с помощью механизма 9 перемещения по окружности, аксиальной с осью MBB 2 с регулируемым радиусом окружности при их нахождении в диаметрально противополож. ных точках. Принятый сигнал через подвижный тракт 4 поступает на первый и второй входы блока 5 формирования суммарноразностного сигнала, на первом выходе которого формируется суммарный сигнал при измерении типов волн с четным первым индексом, и раэностный сигнал — при измерении типов волн с нечетным первым индексом.

С одного иэ выходов блока 5 сигнал через переключатель 6 поступает на первый вход амплифаэометра 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 иэ соотношений

Rm = у (g — 1 при измерении (Е)

Еп t волн;

Кд (1- у ()> — 1 при измерении (н)

Ны волн, Pm причем при измерении амплитуд Н волн измеряют азимутвльно 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 полураэность — при определении амплитуд Н волн и определяют комплексную амплитуду и поляризационный угол волн типа ml по формулам

1 N е" = (Рр (Ск(п),1)) — —, Ск)/Aml, k=o где Fp(C<(m,Щ и Fp (Ск(гп,1))-р-я гармоника прямого и обратного преобразования

Фурье массива измеренных амплитуд в.точках К ml-го кольца;

Ск(гп,l) — полусумма или полуразность. измеренных в двух противоположных точках каждой окружности амплитуд;

К = О, 1, 2„...N-1,.

L — расстояние от открытого конца волновода до плоскости, в которой выполняются измерения; к = 3a/А — волноводное число; а — радиус многоволнового волновода;

А — длина волны;, йы — 1-й корень функции Бесселя m-го порядка,,cml — 1-й корень производной функции Бесселя m-го порядка.

Составитель П,Савельев

Редактор Л.Веселовская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Лонская

Заказ 2084 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101