Необходимые габариты безэховых камер

Затраты на создание безэховых камер во многом зависят от их габаритов. Поэтому определение технически обоснованных га­баритов, минимальных для проведения измерений с заданной точ­ностью, представляет практически важную задачу.

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru Длина безэховой камеры во многих случаях соответствует длине линии связи, необ­ходимой при измерениях. Поперечные размеры, как правило, определяются условиями обеспечения не­обходи­мой безэховости. От ми­нимального соотно­шения попе­реч­ных и про­дольных размеров БЭК зависит в зна­чи­тельной мере стои­мость камеры, а в ряде случаев сама возмож­ность реа­лиза­ции данных измерений в БЭК.

Для определения попе­речных размеров БЭК в работе [7] принят крите­рий, по кото­рому углы па­дения q поля на продоль­ные поверхности камеры не должны превышать максимального угла qmax, огово­ренного в документации на поглощающий материал (рис. 3.1).

Если l — длина линии связи между источником Ри точкой наблюдения Q, Dh — поперечные перемещения антенны, то шири­на камеры должна быть

H ³ l/tgqmax +Dh (3.1)

Для современных отечественных и зарубежных РПМ qmax = 50... 60°. Следовательно, требуемая ширина БЭК в соответст­вии с выражением (3.1)

H ³ (0,84…0,58)×l + +Dh (3.2)

Необходимый поперечный размер камер примерно равен 0,6 ... 0,8 ее длины. Это соотношение может быть несколько улучшено применением камер рупорного типа, но при этом имеют ме­сто существенные ограничения по условиям запитки камеры и возможностям перемещения линии связи, о которых говорилось ранее. В тех случаях, когда в процессе измерений линия связи должна перемещаться в пространстве камеры, камеры с улучшен­ным соотношением длины к поперечным размерам (так называе­мые туннельные камеры) возможны лишь с профилем, имеющим значительную продольную неоднородность, например с профилем в виде поперечных диафрагм (рис. 3.2).

 
  Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru

При этом поглощающий материал располагается на плоскостях, перпендикулярных оси камеры, и ограничивающее соотношение (3.1) несправедливо. В этом случае, однако, необходимо обеспечить достаточный попереч­ный размер пространства распространения.

Пусть пространство ограничено противолежащими идеально поглощающими экранами. Тогда поле за экраном

U = U0GФр

где U0- поле в отсутствие экрана; GФр - коэффициент френелевского ослабления поля за счет ограниченности пространства. Для симметрично расположенной линии связи, как известно [80],

GФр= (еip/4/ Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru )×2F( Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru )

где 2F( Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru )— интеграл Френеля; т — количество зон Френеля

в зазоре между экранами.

При перемещении точки наблюдения в пространстве камеры относительная величина колебаний амплитуды поля не должна превышать допустимой безэховости.

Условие допустимого ограничения пространства распростране­ния

çGФр m - GФр m+2÷ £ Lдоп (3.3)

Из этого условия, заменяя для больших т интеграл Френеля пер­вым членом его асимптотического ряда, получим минимальное количество зон Френеля, которое необходимо обеспечить в зазоре между экранами,

çGФр m - GФр m+2÷ = 2 Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru /p Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru

и

m ³ 8/p2L2доп (3.4)

Минимально допустимое расстояние от оси камеры до кромки ограничивающего экрана равно размеру малой полуоси эллипса зоны Френеля:

b » Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru /2 (3.5)

Подставляя (3.4) в (3.5) и обозначая через у угол между осью камеры и направлением на кромку ограничивающего экрана (рис. 3.2), получаем

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru tgg ³ Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru (3.6)

При 1/l=100 даже для LДОП= —20 дБ получим tgg ³ 0,9.

Прямоугольная ограничивающая апертура не дает улучшения соотношения между поперечным и продольным размерами каме­ры. Улучшение этого соотношения возможно лишь при выполне­нии кромки ограничивающей апертуры в форме звездообразной ломаной линии, как показано, например, на рис. 3.3. В безэховую зону не попадает поле, рассеянное линейными отрезками кромки поглощающего экрана.

Для получения выражений типа (3.6), позволяющих опреде­лить требуемые соотношения между поперечными и продольными размерами безэховой камеры, воспользуемся решением в прибли­жении Кирхгофа задачи дифракции на «заостренной» идеально поглощающей полуплоскости — угловом плоском экране, не про­пускающем поле и тем ограничивающем пространство распро­странения.

 
  Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru

Пусть в точке Р(рис. 3.3) расположен источник сферической волны, Q— точка наблюдения, SЭ — область пространства, пере­крытая экраном. Тогда относительное поле в точке приема

E(q) = 1 - EЭ(q)/E0(q), (3.7)

где E0(q)— неискаженное поле в точке Q(без экрана); Eэ(q)— поле из области SЭ,дополнительной к области распространения.

В соответствии с принципом Гюйгенса—Френеля поле помехи за счет экранирования

EЭ(q)/E0(q) ~ Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru A(rм)eiDF(rм)dS (3.8)

где A(rм)— амплитудный множитель, учитывающий расхожде­ние сферической волны по пути rми rс (рис. 3.3); DF(rм)— раз­ность фаз прямого поля и поля из точек области SЭ.

Подынтегральное выражение (3.8) содержит быстроосцилли-рующий фазовый множитель. Поэтому вычисление интеграла можно проводить методом стационарной фазы. Разложим фазу подынтегрального выражения

DF(rм) = к (rPM + rQM) - к (rPC + rQC) (3.9)

в ряд по rмотносительно точки стационарной фазы Сна пересе­чении линии связи с плоскостью экрана.

По условию выбора точки стационарной фазы в разложении DF(rM)наибольшим останется квадратичный член, который, как можно показать, зависит от r^— расстояния точки Мповерхно­сти экрана до линии связи PQи приведенного расстояния rсточек Ри Q до плоскости экрана. Тогда

DF (rм) » к Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru /2 Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru (3.10)

где

r^ = Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru ; (3.11)

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru = rPC × rQC/(rPC + rQC) ; (3.12)

к = 2p/l - волновой коэффициент;

r° — единичный вектор вдоль PQ.

Удобно перейти к интегрированию по проекции SЭна пло­скость, перпендикулярную линию связи PQ, изменив одновременно масштаб.

Введя переменную вида

r = r^ Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru (3.13)

и вынося из под знака интеграла амплитудный множитель в точ­ке 0 вершины экрана, ближайшей к точке стационарной фазы С, получим вместо (3.8) интеграл по угловой области sэ

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru ~ Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru ,(3.14)

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru , (3.15)

п — единичный вектор нормали к экрану.

На рис. 3.4 изображена область интегрирования sэ.

При проектировании на плоскость, ортогональную r°, орты е± вдоль ребер SЭ переходят соответственно в т± (см. рис. 3.4):

m± = [e± - r0 (e± × r0)] / Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru . (3.16)

Как легко видеть, интеграл по sэ может быть вычислен как сумма интегралов по b+ и b- — углам заострения составляющих полуплоскости. После интегрирования по угловой координате j вычисление поля помехи сводится к вычислению интеграла вида

J(r0,r1) = Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru , (3.17)

где р0 и p1 для области sэпред­ставлены на рис. 3.4. Заметим, что в нашем случае p0<p1 для любых b ¹ p/2. Для случая р0>>1 интеграл (3.17) может быть вычислен асимптотически. Для этого разложим arccos(p0/p) в ряд Тейлора вблизи p1 и ограничимся двумя членами разложения

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru . (3.18)

Подставляя (3.18) в (3.17), интегрируя по частям и переходя к асимптотике интеграла Френеля, получаем

J(r0,r1) » Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru . (3.19)

Подставляя из (3.13) значение r1 получаем для поля помехи следующее выражение:

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru . (3.20)

Из условия EЭ(q)/E0(q) £ Lдопполучим

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru . (3.21)

В случае симметричного расположения источника и точки наблюдения rPC= rQC= l0/2, Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru = l0/4 и b+ = b- = b

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru (3.22)

или

Необходимые габариты безэховых камер - student2.ru . (3.23)

 
 

Для случая 1=100l, рассмотренного ранее, используя заострен­ный экран углом 2b=120°, получим для А(0)»1 из неравенства (3.23) для LДОП = -20 дБ tggдоп ³ 0,2; для LДОП = -40 дБ tggдоп ³ 0,6.

Итак, используя заостренные поперечные поглощающие экраны или пирамидальные рассеиватели, дающие звездообразный просвет поперечного сечения безэховой камеры, удается получить существенный выигрыш в соотношении длины камеры к ее поперечному сечению.

При отношении длины линии связи в камере к просвету попе­речного сечения 2:1 и 3: 1 для l = 100l, принципиально могут быть реализованы безэховости соответственно -40 и -30 дБ.

Наши рекомендации