PL214069B1 - Urzadzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej, przeznaczone w szczególności do wzorcowania mierników natężenia pola elektromagnetycznego, wyposażonych zwłaszcza w anteny pomiarowe o sferycznej charakterystyce promieniowania. Ponadto wytworzone pole elektromagnetyczne o trzech składowych przestrzennych stwarza szerokie możliwości badań związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną. Polaryzacja quasisferyczna jest praktycznym przybliżeniem polaryzacji sferycznej, która jest nierealizowalna fizycznie.

Sposób i urządzenie do wytwarzania składowej elektrycznej oraz składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego znane są z polskiego opisu patentowego nr PL 137257, umożliwia wytworzenie pola elektrycznego, bądź magnetycznego o polaryzacji quasisferycznej. Sposób wytwarzania składowej elektrycznej oraz składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego, polega na tym, że do trzech wzajemnie prostopadłych elementów biernych doprowadza się równocześnie trzy zasilające sygnały, przy czym do pierwszego elementu biernego doprowadza się sygnał wysokiej częstotliwości z generatora, do drugiego elementu biernego doprowadza się drugi sygnał przesunięty w fazie o plus π/2 i zmodulowany sygnałem małej częstotliwości z generatora, a do trzeciego elementu biernego doprowadza się trzeci sygnał przesunięty w fazie o minus π/2 i zmodulowany sygnałem małej częstotliwości. Urządzenie do wytwarzania składowej elektrycznej oraz składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego ma generator wysokiej częstotliwości, którego jedno wyjście przez pierwszy tłumik jest połączone z pierwszym elementem biernym, a drugie wyjście generatora przez pierwszy przesuwnik fazy jest połączone z wejściami dwóch mnożących układów, przy czym jeden mnożący układ jest zasilany bezpośrednio z generatora małej częstotliwości i zwierany kluczem, a drugi mnożący układ jest zasilany z generatora małej częstotliwości przez drugi przesuwnik fazy, natomiast wyjście pierwszego mnożącego układu przez drugi tłumik jest połączone z drugim elementem biernym, a wyjście drugiego mnożącego układu jest połączone przez trzeci tłumik z trzecim elementem biernym. Elementy bierne stanowią okładki trzech kondensatorów utworzone z sześciu wzajemnie prostopadłych płytek, tworzących sześcian, przy czym powierzchnie bocznych ścian są nieco większe od powierzchni okładek kondensatorów albo elementy bierne stanowią trzy wzajemnie prostopadłe cewki. Niedogodnością tego rozwiązania są silne sprzężenia pomiędzy źródłami trzech składowych przestrzennych pola elektrycznego i magnetycznego, sprzężenia pomiędzy obiektem badanym a układem wytwarzającym pole elektromagnetyczne oraz znacznie ograniczony obszar występowania pola, co uniemożliwia prowadzenie badań przy wyższych częstotliwościach, obiektów o większych rozmiarach.

Urządzenie według wynalazku zawiera dwa generatory, przy czym generator wysokiej częstotliwości, którego pierwsze wyjście połączone jest z wejściem pierwszego tłumika, a drugie wyjście połączone z wejściem pierwszego przesuwnika fazy, natomiast generator małej częstotliwości ma pierwsze wyjście połączone z drugim przesuwnikiem fazy.

Istota urządzenia polega na tym, że wyjście pierwszego tłumika połączone jest z pierwszą anteną, wyjście pierwszego przesuwnika fazy połączone jest jednocześnie z wejściem pierwszego modulatora i z wejściem drugiego modulatora. Wyjście drugiego przesuwnika fazy połączone jest poprzez drugi modulator i trzeci tłumik z trzecią anteną. Natomiast drugie wyjście generatora małej częstotliwości połączone jest poprzez pierwszy modulator i drugi tłumik z drugą anteną, przy czym anteny są oddalone od obszaru pomiarowego. Anteny pobudzane są w kwadraturze kombinacją sygnałów wyjściowych generatora wysokiej częstotliwości i generatora małej częstotliwości.

Korzystnie, osie anten są do siebie prostopadłe, a ich środki geometryczne leżą na wspólnej płaszczyźnie.

Korzystnym jest również, gdy anteny są identyczne i oddalone od osi obszaru pomiarowego o taką samą odległość.

Korzystnie, anteny są symetrycznymi antenami dipolowymi albo antenami logarytmiczno periodycznymi albo antenami o polaryzacji liniowej.

Urządzenie korzystnie, jest obudowane komorą bezodbiciową.

Zaletą urządzenia do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej, według wynalazku jest znaczne zredukowanie sprzężenia pomiędzy źródłami trzech składowych przestrzennych pola elektrycznego i magnetycznego, sprzężenia pomiędzy obiektem badanym a układem wytwarzającym pole elektromagnetyczne oraz znaczne zwiększenie obszaru występowania pola, co umożliwia prowadzenie badań przy wyższych częstotliwościach, obiektów o większych rozmiarach. Przestrzenne rozmieszczenie anten umożliwia uzyskanie polaryzacji quasisferycznej pola elektromaPL 214 069 Β1 gnetycznego w obszarze pomiarowym, a kierunki wirowania wektorów pola w obszarze pomiarowym są ustalane przesuwnikami fazy poprzez zmiany funkcji sinus na cosinus i odwrotnie.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania objaśniony jest na rysunku, który przedstawia urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej wraz z promiennikami w postaci symetrycznych dipoli półfalowych.

Przykład 1

Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej ma generator wysokiej częstotliwości G1 i generator małej częstotliwości G2. Generator wysokiej częstotliwości G1 ma pierwsze wyjście połączone z wejściem pierwszego tłumika T1, którego wyjście połączone jest z pierwszą anteną D1, natomiast drugie wyjście połączone jest z wejściem pierwszego przesuwnika fazy PF1, którego wyjście połączone jest jednocześnie z wejściem pierwszego modulatora M1 i z wejściem drugiego modulatora M2. Wyjście pierwszego modulatora M1 połączone jest przez drugi tłumik T2 z drugą anteną D2. Generator małej częstotliwości G2 ma pierwsze wyjście połączone z drugim przesuwnikiem fazy PF2 i jednocześnie z wejściem pierwszego modulatora M1. Wyjście drugiego przesuwnika fazy PF2 połączone jest poprzez drugi modulator M2 i trzeci tłumik T3 z trzecią anteną D3. Pierwszy modulator M1 jest zasilany z generatora małej częstotliwości G2 o pulsacji ω, natomiast modulator M2 jest zasilany z generatora G2 przez przesuwnik fazy PF2 wprowadzający przesunięcie fazowe ±90°, równocześnie sygnał z generatora wysokiej częstotliwości G1, poprzez pierwszy przesuwnik fazy PF1 z przesunięciem fazowym ±90°. Anteny D1, D2, D3 oddalone są o odległość R od obszaru pomiarowego O, który jest obszarem pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej, odległość R spełnia warunek R>2d²/X, gdzie d jest największym wymiarem poprzecznym obszaru pomiarowego O albo anteny D1, D2, D3, a λ jest długością fali. Anteny D1, D2, D3 pobudzane są w kwadraturze kombinacją sygnałów wyjściowych generatora wysokiej częstotliwości G1 i generatora małej częstotliwości G2. Osie anten D1, D2, D2 są do siebie prostopadłe, a ich środki geometryczne leżą na wspólnej płaszczyźnie i są oddalone od osi obszaru pomiarowego O, o taką samą odległość R. Anteny D1, D2, D2 są symetrycznymi antenami dipolowymi D1, D2, D3 i są identyczne, przy czym identyczność anten D1, D2, D2 przedstawione ich rozmieszczenie nie jest konieczne, a tylko ułatwia oszacowanie parametrów generowanego pola i jego wykorzystanie.

P rzy kład 2

Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej wykonane jest jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że anteny D1, D2, D2 są antenami logarytmiczno periodycznymi D1, D2, D3, przy czym zastosowanie szerokopasmowych anten D1, D2, D3 kierunkowych umożliwia zarówno koncentrację energii elektromagnetycznej w kierunku obszaru pomiarowego O, jak i prowadzenie prac w paśmie częstotliwości właściwym dla stosowanych anten.

P rzy kład 3

Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej wykonane jest jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że anteny D1, D2, D3 są antenami o polaryzacji liniowej D1, D2, D3, a całe urządzenie obudowane jest komorą bezodbiciową.

Działanie urządzenia, według wynalazku polega na zasileniu trzech, identycznych, anten D1, D2, D3 prądami opisanymi równaniami: 11 = Acos(Qt), I2 = Bsin(Qt)sin(rot), i I3 = Csin(Qt)cos(rot), gdzie A, B i C są amplitudami, Ω jest pulsacją sygnału wielkiej częstotliwości, zaś ω pulsacją pomocniczego sygnału małej częstotliwości. Trzy anteny D1, D2, D3 rozmieszcza się w przestrzeni tak, że ich pola sumują się w wybranym punkcie przestrzeni stanowiącym obszar pomiarowy O, który znajduje się na skrzyżowaniu wzajemnie prostopadłych osi (wiązek) źródeł, korzystnie w równej od nich odległości. Zmiana wielkości amplitud A, B i C powoduje zmianę kształtu polaryzacji na quasielipsoidalną, przy spełnieniu warunku A=B=C i identyczności stosowanych promienników i ich odległości od interesującego nas obszaru, wystąpi polaryzacja quasisferyczna, to znaczy kołowa polaryzacja sygnału wielkiej częstotliwości o pulsacji Ω, przy czym płaszczyzna polaryzacji obraca się w przestrzeni z małą częstotliwością o pulsacji ω. Zmiana funkcji sinus na cosinus w podanych zależnościach powoduje jedynie zmiany kierunku wirowania. Pole elektromagnetyczne o trzech składowych przestrzennych stwarza szerokie możliwości badań związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną. Przedmiotem wynalazku jest polaryzacja quasisferyczna polegająca na spowodowaniu obrotów płaszczyzny polaryzacji w czasie.

Claims (8)

1. Urządzenie wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej zawiera dwa generatory, przy czym generator wysokiej częstotliwości, którego pierwsze wyjście połączone jest z wejściem pierwszego tłumika, a drugie wyjście połączone z wejściem pierwszego przesuwnika fazy, natomiast generator małej częstotliwości ma pierwsze wyjście połączone z drugim przesuwnikiem fazy, znamienne tym, że wyjście pierwszego tłumika (T1) połączone jest z pierwszą anteną (D1), wyjście pierwszego przesuwnika fazy (PF1) połączone jest jednocześnie z wejściem pierwszego modulatora (M1) i z wejściem drugiego modulatora (M2), wyjście drugiego przesuwnika fazy (PF2) połączone jest poprzez drugi modulator (M2) i trzeci tłumik (T3) z trzecią anteną (D3), natomiast drugie wyjście generatora małej częstotliwości (G2) połączone jest poprzez pierwszy modulator (M1) i drugi tłumik (T2) z drugą anteną (D2), przy czym anteny (D1, D2, D3) są oddalone od obszaru pomiarowego (O).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że anteny (D1, D2, D2) pobudzane są w kwadraturze kombinacją sygnałów wyjściowych generatora wysokiej częstotliwości (G1) i generatora małej częstotliwości (G2).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że osie anten (D1, D2, D2) są do siebie prostopadłe, a ich środki geometryczne leżą na wspólnej płaszczyźnie.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że anteny (D1, D2, D2) są identyczne i oddalone od osi obszaru pomiarowego (O), o taką samą odległość (R).

5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienne tym, że anteny (D1, D2, D3) są symetrycznymi antenami dipolowymi (D1, D2, D3).

6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienne tym, że anteny (D1, D2, D3) sąantenami logarytmiczno - periodycznymi (D1, D2, D3).

7. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienne tym, że anteny (D1, D2, D3) sąantenami o polaryzacji liniowej (D1, D2, D3).

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jest obudowane komorą bezodbiciową.