Способ измерения коэффициента отражения радиоволн от радиопоглощающих покрытий
Авторы патента:
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям радиофизических характеристик радиопоглощающих покрытий (РПП). Сущность изобретения состоит в том, что облучение образцов РПП и металлической пластины одинаковых размеров проводят сверхширокополосными сигналами, регистрируют временные сигналы, отраженные от этих образцов, с учетом которых с помощью дискретного преобразования Фурье вычисляют спектральные плотности сигналов, отраженных от радиопоглощающего покрытия Gc(fn) и металлической пластины Gm(fn), разбивают диапазон рабочих частот на совокупность частотных интервалов, аппроксимируют линейными функциями фазовые характеристики спектральных плотностей Gc(fn) и Gm(fn) в каждом р-ом интервале, по наклонам которых определяют соответствующие запаздывания частотных составляющих сигналов, проводят когерентное суммирование спектральных плотностей Gc(fn) и Gm(fn) с учетом фазовых сдвигов, находят их средние значения 
и 
и по формуле 
определяют коэффициент отражения радиопоглощающего покрытия в сверхширокой полосе частот. Предлагаемый способ позволяет проводить измерения в сверхширокой полосе частот и повысить точность и оперативность измерений коэффициента отражения РПП по сравнению с существующими способами, что является техническим результатом. 4 ил.
f соизмерима с центральной частотой f0: показатель широкополосности 
= f/f0
1, в то время как у узкополосных сигналов f/f0<<1 (см. Варганов М.Е., Зиновьев Ю.С., Астанин Л.Ю. и др. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов. - М.: Радио и связь, 1985, с.236).Известен способ измерения КО поглотителей электромагнитных волн (см. Алимин Б.Ф. Техника измерений коэффициента отражения поглотителей электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1977, №2, с.100) в волноводном рупоре специальной формы с применением стандартной измерительной аппаратуры. При этом измеряют параметры стоячей волны, образующейся в волноводе, поочередно нагружая волноводный тракт на короткозамыкатель и исследуемый РПП. Сравнивая результаты измерений параметров стоячей волны при установке короткозамыкателя и исследуемого РПП, вычисляют КО.Недостатком способа является низкая точность измерений, обусловленная возникновением в волноводе высших типов волн. Также серьезным недостатком является ограничение полосы частот, в которой проводятся измерения, и значительные затраты времени. Попытки расширения полосы частот с помощью создания множества однотипных измерительных установок приводят к погрешностям при стыковке результатов на границах диапазонов и резкому увеличению времени измерений. Недостатком является также невозможность изменения угла облучения.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения КО РПП в свободном пространстве (см. Алимин Б.Ф. Техника измерений коэффициентов отражения поглотителей электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1977, №2, с.91). Реализация этого способа состоит в облучении узкополосным сигналом раздельно радиопоглощающего покрытия и металлической пластины одинаковых размеров, приеме отраженных сигналов и вычислении КО РПП на фиксированной частоте по отношению мощностей сигналов, отраженных от образца РПП и металлической пластины.Недостатком данного способа является низкая точность измерений, обусловленная отражениями от стен помещения и элементов опорного устройства. Другим недостатком является узкополосность устройства. Для исследования в широкой полосе частот требуется создание множества (7 и более) однотипных установок на различные диапазоны частот, что приводит к значительному увеличению времени измерений и снижению точности измерений при стыковке зарегистрированных данных, получаемых на разных установках.Таким образом, определение КО РПП в сверхширокой полосе частот известными способами проводится с низким качеством, обусловленным недостаточной точностью и большими временными затратами.Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений КО РПП в сверхширокой полосе частот при одновременном снижении временных затрат на их проведение.Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе, основанном на облучении сигналами раздельно радиопоглощающего покрытия и металлической пластины одинаковых размеров, приеме отраженных сигналов и вычислении КО РПП по отношению мощностей отраженных сигналов от образца РПП и металлической пластины, согласно изобретению облучение образцов радиопоглощающих покрытий и металлической пластины проводят сверхширокополосными сигналами, регистрируют сверхширокополосным приемным устройством отраженные сигналы от образца РПП Vc(tk) и металлической пластины Vm(tk), где tk - временные отсчеты сигналов (фиг.2), с помощью дискретного преобразования Фурье вычисляют спектральные плотности сигналов, отраженных от РПП Gc(fn) и металлической пластины Gm(fn) (фиг.3) 
где N - количество отсчетов в зарегистрированных импульсных характеристиках; t - временной шаг между ближайшими отсчетами; j - мнимая единица; 
- частотные отсчеты, в которых вычисляются спектральные плотности сигналов, выбираемые в диапазоне рабочих частот измерительной установки f, далее диапазон f разбивают на совокупность Nf частотных интервалов 
fр, причем 
, в каждом интервале fp фазовые характеристики спектральных плотностей Gс(fn) и Gm(fn) (фиг.4, кривая 1) аппроксимируют линейными функциями (фиг.4, кривая 2), по наклонам которых определяют соответствующие запаздывания частотных составляющих сигналов tcp, tmp и проводят когерентное суммирование с учетом фазовых сдвигов спектральных плотностей зарегистрированных сигналов 
где fp - средняя частота интервала fp; Np - количество частотных отсчетов в интервале fp, и затем определяют значения КО РПП K(fр) в дискретных частотных отсчетах в сверхширокой полосе частот f по формуле 
Новый технический результат достигается тем, что облучение образцов РПП и металлических пластин проводится сверхширокополосным сигналом, а прием осуществляется сверхширокополосным приемным устройством, полоса пропускания которого согласована с полосой частот излучаемого сигнала. В результате регистрируют временные сигналы, отраженные от образцов РПП и металлических пластин, а затем с помощью выражений (1)((3) получают искомый КО РПП.Зарегистрированные импульсные характеристики помимо полезного сигнала содержат и шумовую составляющую. При выборе достаточно малых частотных интервалов fр можно считать, что фазовые характеристики спектральной плотности полезных сигналов на этих интервалах являются практически линейными функциями, а фаза спектральной плотности шумовой составляющей является случайной величиной. Поэтому проведение когерентного суммирования с учетом фазовых сдвигов отсчетов спектральных плотностей сигналов на выбранных интервалах подчеркивает полезный сигнал, что эквивалентно увеличению отношения "сигнал-шум". Это приводит к повышению точности измерений.На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в сверхширокой полосе частот. На фиг.2 приведены фрагменты регистрируемых временных сигналов, отраженных от образца РПП Vc(t) и металлической пластины Vm(t). На фиг.3 представлены амплитудные характеристики спектральной плотности зарегистрированного сигнала Gm(c)(fn) и усредненной в интервалах fp спектральной плотности этого же сигнала 
m(c)(fp). На фиг.4 приведена фазовая характеристика спектральной плотности зарегистрированного сигнала Gm(c)(fn) на интервале fр и ее линейная аппроксимация для определения соответствующего времени запаздывания tm(c)р.Предлагаемый способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в сверхширокой полосе частот реализуется устройством, блок-схема которого приведена на фиг.1.Устройство включает: генератор сверхширокополосных сигналов 1, передающую антенну 2, исследуемый образец РПП или металлическую пластину 3, приемную антенну 4, сверхширокополосный приемник 5, устройство управления и обмена 6, устройство ввода и обработки 7, устройство развертки 8.Выход генератора сверхширокополосных сигналов 1 соединен со входом передающей антенны 2, которая связана с исследуемым образцом РПП 3 посредством излучаемого сигнала. Отраженный сигнал связывает исследуемый образец РПП 3 с приемной антенной 4 посредством отраженного сигнала. Выход антенны 4 связан со входом сверхширокополосного приемника 5, выход которого соединен с первым входом устройства управления и обмена 6, выход которого соединен со входом устройства развертки 8, первый выход которого соединен со входом генератора 1, второй выход устройства развертки 8 соединен со вторым входом сверхширокополосного приемника 5, а третий выход устройства развертки 8 соединен со вторым входом устройства управления и обмена 6, которое связано с устройством ввода и обработки 7 каналом обмена. Устройство ввода и обработки 7 предназначено для задания оператором и передачи в устройство управления и обмена 6 параметров измерений отраженного сигнала (временного шага между отсчетами, количества отсчетов, задержки и др.), а также для математической обработки измеряемых временных сигналов. Аппаратно оно может быть реализовано на основе микропроцессора или персональной ЭВМ со специальным программным обеспечением, позволяющим выполнять дискретное преобразование Фурье, аппроксимировать на отдельных частотных интервалах фазовые характеристики спектральной плотности сигнала линейными функциями, находить соответствующие запаздывания частотных составляющих сигнала, проводить когерентное суммирование отсчетов спектральной плотности и определять их средние значения на этих интервалах. Устройство управления и обмена 6 предназначено для получения и установки параметров измерений, запуска процесса измерений и преобразования измеренных временных сигналов в цифровую форму и передачи их в устройство ввода и обработки 7.Устройство, реализующее заявляемый способ измерения КО РПП, работает следующим образом. Оператор в устройстве ввода и обработки 7 устанавливает параметры измерений отраженного сигнала, которые через канал обмена передаются в устройство управления и обмена 6. По команде с устройства управления и обмена 6 в устройстве развертки 8 формируются управляющие импульсы, которые подаются на генератор 1, сверхширокополосный приемник 5 и устройство управления и обмена 6. Генератор 1 формирует сверхширокополосные сигналы, которые ударно возбуждают антенну 2, которая излучает сигнал, облучающий образец РПП 3. Отраженный от образца 3 сигнал поступает в приемную антенну 4 и затем в сверхширокополосный приемник 5. Этот временной сигнал поступает в устройство управления и обмена 6, преобразуется в цифровую форму в соответствии с параметрами измерений, полученными из устройства ввода и обработки 7, и передается в устройство ввода и обработки 7 для вычисления с помощью дискретного преобразования Фурье его спектральной плотности с(fn), разбиения диапазона рабочих частот f на совокупность частотных интервалов, аппроксимации линейными функциями фазовой характеристики спектральной плотности Gс(fn) на этих интервалах, нахождения соответствующих запаздываний частотных составляющих сигналов, проведения когерентного суммирования с учетом фазовых сдвигов отсчетов с(fn) и определения средних на интервалах значений спектральной плотности 
зарегистрированного сигнала.Аналогичные действия осуществляются после замены образца РПП на металлическую пластину 3. Вычисляется спектральная плотность сигнала Gm(fn), отраженного от металлической пластины.Затем определяется КО РПП в сверхширокой полосе частот f с помощью выражений (1)...((3).Таким образом, устройство позволяет реализовать предлагаемый способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в сверхширокой полосе частот с более высокой точностью за счет проведения когерентного суммирования составляющих спектральных плотностей зарегистрированных сигналов в ограниченных частотных интервалах, позволяющего повысить отношение "сигнал-шум" полученного коэффициента отражения. Кроме того, исключается погрешность измерения, вызываемая отражениями от стен помещения и элементов конструкций, благодаря высокому разрешению по дальности за счет использования сверхширокополосных сигналов. А также существенно сокращается время проведения измерений за счет ухода от комплексирования множества узкополосных измерителей.Формула изобретения
Способ измерения коэффициента отражения радиоволн от радиопоглощающих покрытий, основанный на облучении сигналами раздельно радиопоглощающего покрытия и металлической пластины одинаковых размеров, приеме отраженных сигналов и вычислении коэффициента отражения радиопоглощающего покрытия по отношению мощностей отраженных сигналов от образца радиопоглощающего покрытия и металлической пластины, отличающийся тем, что образцы радиопоглощающих покрытий и металлической пластины облучают сверхширокополосным сигналом, регистрируют временные сигналы, отраженные от этих образцов, с учетом которых с помощью дискретного преобразования Фурье вычисляют спектральные плотности сигналов, отраженных от радиопоглощающего покрытия Gc(fn) и металлической пластины Gm(fn), разбивают диапазон рабочих частот на совокупность частотных интервалов, аппроксимируют линейными функциями фазовые характеристики спектральных плотностей/ Gc(fn) и Gm(fn) в каждом р-ом интервале, по наклонам которых определяют соответствующие запаздывания частотных составляющих сигналов, проводят когерентное суммирование спектральных плотностей Gc(fn) и Gm(fn) с учетом фазовых сдвигов, находят их средние значения
и 
и по формуле 
определяют коэффициент отражения радиопоглощающего покрытия в сверхширокой полосе частот.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Похожие патенты:
Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах (СВЧ) и может быть использовано при создании приборов и систем для определения параметров СВЧ-устройств с стандартных каналах и для антенных измерений
Датчик отраженной волны // 2207720
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающих устройствах
Свч-рефлектометр // 2207580
Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано для измерения комплексного коэффициента отражения оконечных нагрузок в стандартных коаксиальных и волноводных каналах
Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано в производстве существующих и новых поглощающих материалов типа углепластиков, применяется в СВЧ диапазоне, а также для контроля электрических параметров диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь
Измеритель входной проводимости антенн // 2166767
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованo для измерения полной входной проводимости антенн
Изобретение относится к тестовому блоку базовой станции для тестирования базовой станции в мобильной системе связи, в частности к способу для измерения коэффициента стоячей волны для передающей антенны и приемной антенны, который может тестировать радиоблок базовой станции
Изобретение относится к области акустических и радиоизмерений и применяется для определения модуля и фазы коэффициента зеркального отражения листовых материалов и плоских поверхностей веществ
Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения в квазиоптическом тракте (варианты) // 2079144
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерений параметров материалов в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн
Радиоимпульсный амплифазометр // 2042139
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в измерителях комплексных параметров импульсных СВЧ-цепей и сигналов
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании панорамных измерителей параметров СВЧ устройств
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может быть использовано для измерения радиофизических характеристик (РФХ) радиопоглощающих покрытий (РПП)
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для измерения коэффициента отражения по мощности К РПМ ( ц) в сверхширокой полосе частот при различных углах падения ц электромагнитной (ЭМ) волны на радиопоглощающий материал (РПМ)
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для измерения коэффициента отражения плоских образцов радиопоглощающего покрытия (РПП) в миллиметровом, сантиметровом и дециметровом диапазоне радиоволн
Рефлектометр // 2436107
Изобретение относится к технике измерения на сверхвысоких частотах и предназначено для измерения коэффициента отражения плоских образцов радиопоглощающих материалов в дециметровом и метровом диапазонах длин радиоволн
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), предназначено для измерения коэффициента отражения СВЧ нагрузок в миллиметровом, сантиметровом и дециметровом диапазоне радиоволн и может быть использовано для контроля в процессе производства коэффициента отражения отражающих материалов, например используемых для изготовления рефлекторов антенн
Заявлено устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров рассеяния четырехполюсника на СВЧ. Техническим результатом заявленного устройства выступает упрощение и повышение точности устройства для измерения параметров рассеяния четырехполюсника на СВЧ и соответственно упрощение способа измерения. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство дополнительно введены четвертый электрический ключ - на входе измеряемого четырехполюсника, отрезок линии передачи - в интегральную схему, резистор - в ее цепь обратной связи, в качестве измерителя частотных характеристик используют измеритель модуля коэффициента отражения, при этом все четыре электрических ключа выполнены в виде полевых транзисторов с барьером Шотки, все три отрезка линии передачи выполнены длиной, равной одной восьмой длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи на входе, сток четвертого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе на расстоянии от входа измеряемого четырехполюсника, равном одной восьмой длины волны в линии передачи, исток соединен с одним концом дополнительного отрезка линии передачи, другой конец которого заземлен, сток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе на расстоянии от выхода измеряемого четырехполюсника, равном одной восьмой длины волны в линии передачи, исток соединен с одним концом одного отрезка линии передачи, другой конец которого заземлен, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе на расстоянии от выхода измеряемого четырехполюсника, равном одной четвертой длины волны в линии передачи, исток соединен с одним концом другого отрезка линии передачи, другой конец которого заземлен, сток третьего полевого транзистора с барьером Шотки в цепи обратной связи соединен с линией передачи на выходе измеряемого четырехполюсника, исток соединен с одним концом резистора цепи обратной связи, другой конец которого соединен с одним концом ее емкости, другой конец которой соединен с линией передачи на входе измеряемого четырехполюсника, а на затвор каждого из четырех полевых транзисторов с барьером Шотки подают постоянное управляющее напряжение от соответствующего источника постоянного управляющего напряжения. 4 ил.
Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах. Согласно способу предварительно осуществляют калибровку с помощью плоского эталонного отражателя, затем перпендикулярно оси зеркала по середине расстояния Lфок между фазовым центром облучателя и фокусом зеркала устанавливают эталонный отражатель с известным коэффициентом отражения ГЭТ, измеряют коэффициент отражения
S
11
Э
Т
(
f
)
в той же полосе частот и определяют третий коэффициент
A
3
Э
Т
обобщенного полинома
P
Э
Т
(
f
)
=
∑
A
n
Э
Т
exp
(
−
j
n
2
π
f
L
ф
о
к
/
c
)
, аппроксимирующего разность измеренных коэффициентов отражения, отнесенных к апертуре облучателя:
P
Э
Т
(
f
)
≈
(
S
11
Э
Т
(
f
)
−
S
11
И
А
(
f
)
)
exp
(
j
2
φ
И
О
(
f
)
)
,
после чего вместо эталонного отражателя устанавливают испытуемый отражатель, измеряют коэффициент отражения на входе измерительной антенны
S
11
И
О
(
f
)
в той же полосе частот и определяют третий коэффициент полинома
P
И
О
(
f
)
=
∑
A
n
И
О
exp
(
−
j
n
2
π
f
L
ф
о
к
/
c
)
, аппроксимирующего разность коэффициентов отражения
S
11
И
О
(
f
)
−
S
11
И
А
(
f
)
, отнесенных к
A
3
И
С
апертуре облучателя
P
Э
Т
(
f
)
≈
(
S
11
И
О
(
f
)
−
S
11
И
А
(
f
)
)
exp
(
j
2
φ
И
О
(
f
)
)
,
коэффициент отражения ГИО испытуемого отражателя определяют по формуле
Г
И
О
=
Г
Э
Т
|
A
3
И
О
|
/
|
A
3
Э
Т
|
3
. Устройство измерения коэффициента отражения содержит измерительную антенну, эталонный плоский отражатель, прибор измерения комплексной амплитуды отраженного сигнала, СВЧ-кабель, вычислитель. При этом антенна выполнена в виде осесимметричного параболического зеркала с облучателем в его вершине, а на краю зеркала закреплен радиопрозрачный фиксатор с механизмом юстировки положения плоского отражателя. Технический результат изобретения - повышение точности измерения коэффициента отражения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к технике СВЧ измерений. Способ предлагает подачу через развязывающее устройство электромагнитного сигнала от генератора СВЧ на многоэлементный электроакустический преобразователь, нанесенный на кристаллический образец, засветку пучком света от лазера расположенных вдоль многоэлементного электроакустического преобразователя участков оптической среды, пропускная способность которых зависит от уровня поля стоячей электромагнитной волны в многоэлементном электроакустическом преобразователе, регистрацию распределения интенсивности света вдоль преобразователя после прохождения светом участков оптической среды и оценку распределения поля электромагнитной волны в многоэлементном электроакустическом преобразователе по зарегистрированной картине распределения интенсивности света. При этом посредством многоэлементного электроакустического преобразователя возбуждают упругие волны в кристаллическом образце, акустически соединенном с фотоупругой средой, обладающей высоким коэффициентом акустооптического качества и малым затуханием упругих волн, направляют эти волны в фотоупругую среду, фотоупругую среду освещают пучком света необходимой поляризации от лазера, направляя его на возбужденные отдельными элементами многоэлементного электроакустического преобразователя упругие волны под углом Брэгга, и затем регистрируют картину распределения интенсивности света. Технический результат - улучшение параметров преобразователя. 3 ил.
