PL215178B1 - Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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 kierunkowości. Ponadto, wytwarzane pole elektromagnetyczne o trzech składowych przestrzennych stwarza w szerokie możliwości badań związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną, a zwłaszcza z badaniami oddziaływania pola elektromagnetycznego na organizmy żywe, wytwory techniki oraz materię ożywioną i nieożywioną.

Sposób i urządzenie do wytwarzania składowej elektrycznej oraz składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego, o trzech składowych przestrzennych, są znane z polskiego opisu patentowego nr 137 257. Sposób wytwarzania składowej elektrycznej oraz składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego, o polaryzacji quasisferycznej, polega na tym, że do trzech wzajemnie prostopadłych elementów biernych, w postaci trzech umieszczonych centrycznie i wzajemnie prostopadłych anten ramowych, bądź trzech kondensatorów stanowiących ścianki boczne sześcianu, doprowadza się równocześnie trzy sygnały zasilające, przy czym do pierwszego elementu biernego doprowadza się sygnał wysokiej częstotliwości z generatora wysokiej częstotliwości, do drugiego elementu biernego doprowadza się sygnał przesunięty w fazie o plus π/2 i zmodulowany sygnałem małej częstotliwości z generatora małej częstotliwości, a do trzeciego elementu biernego doprowadza się sygnał wysokiej częstotliwości przesunięty w fazie, w stosunku do sygnału pierwszego, o π/2 i zmodulowany sygnałem małej częstotliwości przesuniętym w fazie o minus π/2.

Istota urządzenia wyposażonego w generator wysokiej częstotliwości i generator małej częstotliwości według wynalazku polega na tym, że wyjście generatora wysokiej częstotliwości jest połączone z dwoma zaciskami pierwszego dwubiegunowego przełącznika, przy czym z pierwszym wejściem tego przełącznika bezpośrednio, a z drugim przez pierwszy przesuwnik fazy, który korzystnie przesuwa fazę ±π/2. Pierwszy z zacisków wyjściowych pierwszego przełącznika dwubiegunowego jest połączony z wyjściem kanału pierwszego poprzez pierwszy regulowany przesuwnik fazy i pierwszy wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu. Wyjście generatora małej częstotliwości jest połączone z dwoma zaciskami drugiego dwubiegunowego przełącznika, przy czym z pierwszym wejściem drugiego przełącznika bezpośrednio, a z drugim przez drugi przesuwnik fazy, który korzystnie przesuwa fazę ±π/2. Pierwszy zacisk wyjściowy drugiego dwubiegunowego przełącznika jest połączony z drugim wejściem pierwszego mieszacza zrównoważonego, natomiast drugi zacisk wyjściowy drugiego przełącznika jest połączony z drugim wejściem drugiego mieszacza zrównoważonego. Wyjście pierwszego mieszacza zrównoważonego połączone jest z wyjściem kanału drugiego poprzez drugi regulowany przesuwnik fazy i drugi wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu. Natomiast wyjście drugiego mieszacza zrównoważonego jest połączone z wyjściem trzeciego kanału poprzez trzeci regulowany przesuwnik fazy i trzeci wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu.

Korzystnie, wyjścia kanału pierwszego, drugiego i trzeciego połączone są z układem trzech wzajemnie prostopadłych cewek albo z układem trzech kondensatorów utworzonych przez przeciwległe ściany sześcianu,

Korzystnie, wyjścia kanału pierwszego, drugiego i trzeciego połączone są z układem trzech anten, przy czym pierwsza i druga antena oddalone są od obszaru pomiarowego o pierwszą odległość, a trzecia antena jest oddalona od obszaru pomiarowego o drugą odległość.

Korzystnym jest, gdy pierwsza odległość jest równa drugiej odległości, przy czym w obszarze po₂ miarowym występuje pole dalekie spełniające warunek każda odległość jest większa od 2d /λ, gdzie d jest największym wymiarem poprzecznym obszaru pomiarowego albo anten, zaś λ jest długością fali.

Zaletą urządzenia, według wynalazku, jest prostota zastosowanych rozwiązań, z możliwością przestrajania w szerokim paśmie częstotliwości, zmian kierunku i szybkości wirowania elipsy polaryzacji oraz możliwość zmiany przestrzennego położenia osi obrotu płaszczyzny polaryzacji. Urządzenie umożliwia przełączanie faz sygnałów wysokiej i niskiej częstotliwości doprowadzanych z generatorów za pomocą dwu przełączników dwubiegunowych oraz zmiana częstotliwości generatora małej częstotliwości umożliwia zmianę szybkości wirowania płaszczyzny polaryzacji.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej, fig. 2 - układ trzech wzajemnie prostopadłych cewek, fig. 3 - trzy kondensatory utworzone przez przeciwległe ściany sześcianu, a fig. 4 - trzy wzajemnie prostopadłe anteny.

PL 215 178 B1

P r z y k ł a d 1

Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej ma generator wysokiej częstotliwości G1 i generator małej częstotliwości G2. Wyjście generatora wysokiej częstotliwości G1 jest połączone z dwoma zaciskami pierwszego dwubiegunowego przełącznika P1, przy czym z pierwszym wejściem tego przełącznika P1 bezpośrednio, a z drugim przez pierwszy przesuwnik fazy PF1, który przesuwa fazę ±π/2. Pierwszy z zacisków wyjściowych pierwszego przełącznika dwubiegunowego P1 jest połączony z wyjściem kanału pierwszego K1 poprzez pierwszy regulowany przesuwnik fazy F1 i pierwszy wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu W1. Wyjście generatora małej częstotliwości G2 jest połączone z dwoma zaciskami drugiego dwubiegunowego przełącznika P2, przy czym z pierwszym wejściem drugiego przełącznika P2 bezpośrednio, a z drugim przez drugi przesuwnik fazy PF2, który przesuwa fazę ±π/2. Pierwszy zacisk wyjściowy drugiego dwubiegunowego przełącznika P2 jest połączony z drugim wejściem pierwszego mieszacza zrównoważonego M1, natomiast drugi zacisk wyjściowy drugiego przełącznika P2 jest połączony z drugim wejściem drugiego mieszacza zrównoważonego M2. Wyjście pierwszego mieszacza zrównoważonego M1 połączone jest z wyjściem kanału drugiego K2 poprzez drugi regulowany przesuwnik fazy F2 i drugi wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu W2. Natomiast wyjście drugiego mieszacza zrównoważonego M2 jest połączone z wyjściem trzeciego kanału K3 poprzez trzeci regulowany przesuwnik fazy F3 i trzeci wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu W3. Wyjścia kanałów K1, K2 i K3 połączone są z wejściami układu trzech wzajemnie prostopadłych cewek. Układ ten pozwala na wytworzenie zmiennego pola magnetycznego o dowolnej polaryzacji.

Działanie urządzenia według wynalazku, rozpatrzone w położeniu przełączników P1 i P2, jak na fig. 1, jest następujące. Sygnał z generatora wysokiej częstotliwości G1, o pulsacji Ω, opisany funkcją Asin ΩΙ gdzie A jest amplitudą, a t czasem, doprowadzany jest równocześnie do pierwszych wejść obu mieszaczy zrównoważonych , pierwszego M1 i drugiego M2. Równocześnie, ten sam sygnał przesunięty w fazie o π/2, opisany funkcją Acos Ω^ przy czym amplitudy wszystkich sygnałów przyjmuje się jednakowe, co odpowiada polaryzacji quasisferycznej, doprowadza się do wyjścia kanału pierwszego K1 przez pierwszy regulowany przesuwnik fazy F1 i pierwszy wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu W1. Jeżeli przyjąć jednostkowe wzmocnienie pierwszego wzmacniacza o regulowanym wzmocnieniu W1 oraz wzmacniaczy o regulowanym wzmocnieniu drugiego W2 i trzeciego W3, to sygnał na wyjściu kanału pierwszego K1 opisuje zależność: Asin Qt.

Sygnał z generatora małej częstotliwości G2, o pulsacji ω, opisany funkcją Asin ot, doprowadza się do drugiego wejścia drugiego mieszacza zrównoważonego M2, natomiast ten sam sygnał przesunięty w fazie o π/2, opisany funkcją Acos ot, doprowadza się do drugiego wejścia pierwszego mieszacza zrównoważonego M1. Na wyjściu pierwszego mieszacza M1 otrzymuje się sygnał opisany zależnością: Asin Ωt cos ot; sygnał ten przez drugi regulowany przesuwnik fazy F2 i drugi wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu W2, doprowadzany jest do wyjścia kanału drugiego K2. Natomiast na wyjściu drugiego mieszacza zrównoważonego M2 otrzymuje się sygnał opisany zależnością: Asin Ωt sin ot; sygnał ten przez trzeci regulowany przesuwnik fazy F3 i trzeci wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu W3 doprowadzany jest do wyjścia kanału trzeciego K3.

Zsumowanie z kwadratem sygnałów wyjściowych trzech kanałów urządzenia, podobnie jak i proporcjonalnych do nich natężeń pola elektromagnetycznego daje A - amplitudę badanego pola, zatem pole o polaryzacji quasisferycznej. Zmiany faz sygnałów wyjściowych za pomocą trzech regulowanych przesuwników fazy, pierwszego F1, drugiego F2 i trzeciego F3 oraz zmiany amplitud poszczególnych sygnałów wyjściowych przez dobór wzmocnienia trzech wzmacniaczy o regulowanym wzmocnieniu pierwszego W1, drugiego W2 i trzeciego W3, pozwalają na zmianę polaryzacji quasisferycznej na quasielipsoidalną, kołową, eliptyczną i liniową przy dowolnym położeniu płaszczyzny polaryzacji. Szybkość wirowania płaszczyzn y polaryzacji odpowiada częstotliwości generatora małej częstotliwości G2. Przełączanie znaku przesunięcia fazowego przesuwników ±π/2 pozwala na zmianę kierunku wirowania płaszczyzny polaryzacji, natomiast przełączniki dwubiegunowe P1 i P2 umożliwiają zmianę położenia osi obrotu płaszczyzny polaryzacji.

P r z y k ł a d 2

Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że wyjścia kanału pierwszego K1, kanału drugiego K2 i kanału trzeciego K3 połączone są z układem trzech kondensatorów utworzonych przez przeciwległe ściany sześcianu, co pozwala na wytworzenie zmiennego pola elektrycznego o dowolnej polaryzacji.

PL 215 178 B1

P r z y k ł a d 3

Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej wykonany jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że wyjścia kanału pierwszego K1, kanału drugiego K2 i kanału trzeciego K3 połączone są z układem trzech anten A1, A2, A3, z których antena pierwsza A1 i druga A2 są oddalone od obszaru pomiarowego O o pierwszą odległość R1, a trzecia antena A3 jest oddalona od obszaru pomiarowego O o drugą odległość R2. Pierwsza odległość R1 jest równa drugiej odległości R2, a w obszarze pomiarowym O występuje pole dalekie spełniające warunek każda odle₂ głość R1, R2 jest większa od 2d /λ, gdzie d jest największym wymiarem poprzecznym obszaru pomiarowego O, zaś λ jest długością fali. Układ trzech anten pozwala na wytworzenie pola elektromagnetycznego o dowolnej polaryzacji.

Claims (6)

1. Urządzenie do wytwarzania pola elektromagnetycznego o polaryzacji quasisferycznej zawiera dwa generatory wysokiej częstotliwości i małej częstotliwości, przy czym generator małej częstotliwości ma wyjście połączone z przesuwnikiem fazy, znamienne tym, że wyjście generatora wysokiej częstotliwości (G1) połączone jest z dwoma zaciskami pierwszego dwubiegunowego przełącznika (P1), przy czym z pierwszym wejściem tego przełącznika (P1) bezpośrednio, a z drugim przez pierwszy przesuwnik fazy (PF1), zaś pierwszy z zacisków wyjściowych pierwszego przełącznika dwubiegunowego (P1) połączony jest z wyjściem kanału pierwszego (K1) poprzez pierwszy regulowany przesuwnik fazy (F1) i pierwszy wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu (W1), natomiast wyjście generatora małej częstotliwości (G2) jest połączone z dwoma zaciskami drugiego dwubiegunowego przełącznika (P2), przy czym z pierwszym wejściem drugiego przełącznika (P2) bezpośrednio, a z drugim przez drugi przesuwnik fazy (PF2), zaś pierwszy zacisk wyjściowy drugiego dwubiegunowego przełącznika (P2) jest połączony z drugim wejściem pierwszego mieszacza zrównoważonego (M1), natomiast drugi zacisk wyjściowy drugiego przełącznika (P2) jest połączony z drugim wejściem drugiego mieszacza zrównoważonego (M2), wyjście pierwszego mieszacza zrównoważonego (M1) połączone jest z wyjściem kanału drugiego (K2) poprzez drugi regulowany przesuwnik fazy (F2) i drugi wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu (W2), natomiast wyjście drugiego mieszacza zrównoważonego (M2) jest połączone z wyjściem trzeciego kanału (K3) poprzez trzeci regulowany przesuwnik fazy (F3) i trzeci wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu (W3).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przesuwniki fazy pierwszy (F1) i drugi (F2) są przesuwnikami fazy ±π/2.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyjścia kanału pierwszego (K1), kanału drugiego (K2) i kanału trzeciego (K3) połączone są z układem trzech wzajemnie prostopadłych cewek.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyjścia kanału pierwszego (K1), kanału drugiego (K2) i kanału trzeciego (K3) połączone są z układem trzech kondensatorów utworzonych przez przeciwległe ściany sześcianu.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyjścia kanału pierwszego (K1), kanału drugiego (K2) i kanału trzeciego (K3) połączone są z układem trzech anten (A1, A2, A3), przy czym pierwsza i druga antena (A1, A2) jest oddalona od obszaru pomiarowego (O) o pierwszą odległość (R1), a trzecia antena (A3) jest oddalona od obszaru pomiarowego (O) o drugą odległość (R2).

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza odległość (R1) jest równa drugiej odległości (R2), przy czym w obszarze pomiarowym (O) występuje pole dalekie spełniające warunek ₂ każda odległość (R1, R2) jest większa od 2d /λ, gdzie d jest największym wymiarem poprzecznym obszaru pomiarowego (O) albo anten (A1, A2 i A3), zaś λ jest długością fali.