RU2723924C1

RU2723924C1 - Method of forming extended test zones of homogeneous linearly polarized electromagnetic field

Info

Publication number: RU2723924C1
Application number: RU2019132108A
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Акиншин; Константин Александрович Виноградов; Вячеслав Михайлович Жихарев; Дмитрий Иванович Крохалев; Сергей Николаевич Матюхевич; Павел Александрович Сидорюк; Дмитрий Николаевич Ушанов
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2020-06-18

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used for testing samples of equipment for resistance, safety and susceptibility to action of harmonic electromagnetic fields (EMF) of meter wavelength range. Disclosed method consists in formation of extended areas of homogeneous linearly polarized electromagnetic field for testing large-size samples of equipment using two antennae, directional pattern of each in the direction of the working area should not have more than one main lobe in the entire frequency range, and excited by harmonic currents of one frequency ƒ phases ψand ψ.EFFECT: technical result is possibility of testing large-size equipment, particularly cars.4 cl, 1 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытаний образцов автомобильной, авиационной и другой крупногабаритной техники на стойкость, прочность, безопасность и восприимчивость к действию гармонических электромагнитных полей (ЭМП) метрового диапазона длин волн.The invention relates to electrical engineering and can be used to test samples of automotive, aviation and other large-sized equipment for resistance, strength, safety and susceptibility to the action of harmonic electromagnetic fields (EMF) of the meter wavelength range.

При разработке указанных образцов, содержащих радиоэлектронное оборудование и радиоэлектронные системы, одной из важнейших задач является обеспечение их устойчивого и безопасного функционирования при воздействии внешних гармонических ЭМП.In the development of these samples containing electronic equipment and electronic systems, one of the most important tasks is to ensure their stable and safe functioning when exposed to external harmonic electromagnetic fields.

Для оценки соответствия разрабатываемых образцов требованиям нормативных документов по безопасности использования, стойкости, прочности и восприимчивости их оборудования и систем к действию внешних гармонических электромагнитных полей проводят специальные испытания, заключающиеся в формировании испытательных ЭМП с нормированными характеристиками излучения и исследовании реакции радиоэлектронного оборудования и систем объектов испытаний на воздействие этих излучений.To assess the compliance of the developed samples with the requirements of regulatory documents on the safety of use, durability, strength and susceptibility of their equipment and systems to the action of external harmonic electromagnetic fields, special tests are carried out consisting in the formation of test EMFs with normalized radiation characteristics and the study of the response of electronic equipment and systems of test objects to exposure to these emissions.

Уровень техники.The level of technology.

Известен способ формирования ЭМП [ГОСТ 30804.4.3-2013 (IEC 61000-4-3:2006). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний] для испытаний технических систем на действие радиочастотных электромагнитных полей в диапазоне частот от 80 МГц до 6 ГГц.A known method of forming EMF [GOST 30804.4.3-2013 (IEC 61000-4-3: 2006). Electromagnetic compatibility. Immunity to radio frequency electromagnetic field. Requirements and test methods] for testing technical systems for the action of radio-frequency electromagnetic fields in the frequency range from 80 MHz to 6 GHz.

В качестве испытательного оборудования применяют безэховую камеру, генератор радиочастотных сигналов, усилитель мощности, излучающую антенну, измеритель напряженности поля и вспомогательное оборудование для управления элементами испытательного оборудования и регистрации результатов.An anechoic chamber, an RF signal generator, a power amplifier, a radiating antenna, a field strength meter, and auxiliary equipment for controlling the elements of the test equipment and recording the results are used as test equipment.

При этом в качестве излучающей антенны рекомендовано использовать биконические, логопериодические, рупорные или волноводные антенны с линейной поляризацией электромагнитного поля.At the same time, it is recommended to use biconical, log-periodic, horn or waveguide antennas with linear polarization of the electromagnetic field as a radiating antenna.

Основным недостатком предлагаемого способа является то, что рекомендованные антенны позволяют сформировать ЭМП, у которых размеры пространственных зон (областей) с однородным распределением амплитуд напряженностей составляющих электромагнитного поля (плоскость однородного поля) не превышают единиц метров, что недостаточно для испытаний крупногабаритных образцов технических средств.The main disadvantage of the proposed method is that the recommended antennas allow the formation of electromagnetic fields, in which the dimensions of the spatial zones (areas) with a uniform distribution of the amplitudes of the intensities of the components of the electromagnetic field (plane of a uniform field) do not exceed units of meters, which is not enough for testing large-sized samples of technical equipment.

Наиболее близким к заявляемому способу, принятым за прототип, является способ формирования ЭМП системой двух расположенных на небольшом расстоянии (меньше длины волны λ) друг от друга антенн (симметричных вибраторов) [Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М.: «Связь», 1972. - 472 с.]. Из-за близкого расположения и заметного взаимного влияния друг на друга такие антенны называют связанными. Поле, создаваемое системой вибраторов в точке наблюдения, является результатом суперпозиции полей, создаваемых отдельными вибраторами, с учетом фаз этих полей, определяемых как разностью хода лучей, так и разностью фаз токов в этих излучателях.Closest to the claimed method, adopted as a prototype, is a method for forming an electromagnetic field by a system of two antennas (symmetrical vibrators) located at a small distance (less than wavelength λ) from each other [GN Kocherzhevsky Antenna feeder devices. M .: "Communication", 1972. - 472 p.]. Due to their proximity and a noticeable mutual influence on each other, such antennas are called coupled. The field created by the system of vibrators at the observation point is the result of a superposition of the fields created by the individual vibrators, taking into account the phases of these fields, determined both by the difference in the path of the rays and the phase difference of the currents in these emitters.

Недостатком способа является то, что он разработан в интересах обеспечения радиосвязи для формирования излучения с узкой диаграммой направленности и достижения заданных характеристик электромагнитного поля в дальней зоне облучения на расстоянии х>>λ и не учитывает особенности формирования однородного ЭМП вблизи излучателя.The disadvantage of this method is that it is developed in the interests of providing radio communications for the formation of radiation with a narrow radiation pattern and achieving the specified characteristics of the electromagnetic field in the far radiation zone at a distance x >> λ and does not take into account the features of the formation of a uniform EMF near the emitter.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании способа формирования протяженных областей однородного (с параметрами, заданными в нормативно-технической документации) линейно поляризованного электромагнитного поля для проведения испытаний образцов автомобильной, авиационной и другой крупногабаритной техники на стойкость, прочность, безопасность и восприимчивость к действию гармонических электромагнитных полей метрового диапазона длин волн.The technical result to which the invention is directed is to create a method for forming extended areas of a homogeneous (with parameters specified in the normative and technical documentation) linearly polarized electromagnetic field for testing samples of automobile, aviation and other large-sized equipment for resistance, strength, safety and susceptibility to harmonic electromagnetic fields of the meter wavelength range.

Указанная цель по созданию протяженных зон однородного электромагнитного поля достигается применением полеобразующей системы, состоящей из двух связанных антенн, располагаемых в безэховой камере и возбуждаемых гармоническими токами одной частоты со сдвигом фазы (несинфазными источниками), изменением расстояния между связанными антеннами полеобразующей системы, измерением и контролем уровней формируемого поля в рабочей зоне и в области обратного излучения.The indicated goal of creating extended zones of a uniform electromagnetic field is achieved by applying a field-forming system consisting of two coupled antennas located in an anechoic chamber and excited by harmonic currents of the same frequency with phase shift (non-phase sources), changing the distance between the coupled antennas of the field-forming system, measuring and level control the generated field in the working area and in the field of backward radiation.

Отличительными признаками предложенного способа для его реализации являются:Distinctive features of the proposed method for its implementation are:

- использование антенн одного характерного размера, соответствующего резонансной длине для верхней частоты диапазона воспроизводимых электромагнитных полей - диаграмма направленности антенны в направлении рабочей зоны не должна иметь более одного основного лепестка во всем диапазоне частот;- the use of antennas of one characteristic size corresponding to the resonant length for the upper frequency of the range of reproducible electromagnetic fields - the antenna pattern in the direction of the working area should not have more than one main lobe in the entire frequency range;

- применение правила, при котором первоначально связанные антенны устанавливаются на расстоянии d=λ_мин/2, где λ_мин - минимальная длина волны формируемого электромагнитного поля (если продольный размер логопериодической или рупорной антенны больше λ_мин/2, то следует использовать соотношение d=3⋅λ_мин/2), а при изменении частоты ƒ ЭМП расстояние между связанными антеннами может изменяться и составлять d=λ/2 (d=3⋅λ/2, если продольный размер логопериодической или рупорной антенны больше λ_мин/2), где λ - текущее значение длины волны генерируемого ЭМП;- application of the rule in which initially coupled antennas are installed at a distance d = λ _min / 2, where λ _min is the minimum wavelength of the generated electromagnetic field (if the longitudinal size of the log-periodic or horn antenna is greater than λ _min / 2, then the ratio d = 3 should be used ⋅λ _min / 2), and when the frequency ƒ EMF changes, the distance between the coupled antennas can change and be d = λ / 2 (d = 3⋅λ / 2, if the longitudinal size of the log-periodic or horn antenna is greater than λ _min / 2), where λ is the current value of the wavelength of the generated EMF;

- условное разбиение частотного диапазона, в котором требуется воспроизведение электромагнитных полей, на поддиапазоны, при этом в пределах одного поддиапазона максимальный размер рабочей зоны однородного поля обеспечивается за счет подбора сдвига фазы токов в связанных антеннах, а при смене поддиапазона - за счет изменения расстояния между связанными антеннами d;- conditional partitioning of the frequency range in which the reproduction of electromagnetic fields is required into subbands, while within the same subband the maximum size of the working field of a homogeneous field is ensured by selecting the phase shift of the currents in the coupled antennas, and when changing the subband, by changing the distance between the coupled antennas d;

- применение правила изменения частоты ƒ ЭМП от верхней границы частотного диапазона ƒ_макс к нижней ƒ_мин при определении размеров зон однородного ЭМП (зон однородного облучения) и границ частотных поддиапазонов;- the application of the rule of changing the frequency ƒ EMF from the upper limit of the frequency range ƒ _max to lower ƒ _min when determining the sizes of zones of uniform EMF (zones of uniform exposure) and the boundaries of frequency subbands;

- размещение объекта испытаний и двух антенн в безэховой камере, одна из которых расположена неподвижно, вторая - на подвижной платформе;- placement of the test object and two antennas in an anechoic chamber, one of which is stationary, the second on a movable platform;

- использование внутри безэховой камеры двух многоканальных систем измерения параметров ЭМП, одна из которых расположена и измеряет напряженность поля в рабочей зоне однородного линейно поляризованного ЭМП, вторая - на подвижной платформе в области обратного излучения;- the use of two multichannel systems for measuring EMF parameters inside an anechoic chamber, one of which is located and measures the field strength in the working area of a uniform linearly polarized EMF, the second - on a moving platform in the area of backward radiation;

- использование устройства автоматизированного управления режимами работы испытательной установки.- use of a device for automated control of the operating conditions of the test installation.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, приведенными на фиг. 1-3.The invention is illustrated by the graphic materials shown in FIG. 1-3.

На фиг. 1 приведена схема размещения оборудования испытательной установки при подготовке к проведению испытаний на этапе измерения параметров формируемых ЭМП в отсутствии объекта испытаний.In FIG. Figure 1 shows the layout of the equipment of the test setup in preparation for testing at the stage of measuring the parameters of the generated EMF in the absence of the test object.

На фиг. 2 приведены результаты расчетов распределения напряженности вертикально поляризованного электрического поля частотой ƒ_макс=100 МГц, формируемого над проводящей подстилающей поверхностью системой из двух параллельных монополей (несимметричных вибраторов), в вертикальной плоскости, расположенной на расстоянии R=6 м от антенны (1). Длина обоих монополей

и

составляет 1,5 м. Фаза тока, возбуждающего антенну (1), составляет ψ₁=0°. Значения фазы ψ₂ тока, возбуждающего антенну (2), приведены в подрисуночной подписи.In FIG. Figure 2 shows the results of calculations of the distribution of the intensity of a vertically polarized electric field with a frequency of ƒ _max = 100 MHz, formed over a conducting surface of a system of two parallel monopoles (asymmetric vibrators), in a vertical plane located at a distance of R = 6 m from the antenna (1). The length of both monopoles

and

is 1.5 m. The phase of the current exciting the antenna (1) is ψ ₁ = 0 °. The values of the phase ψ _{2 of the} current exciting the antenna (2) are given in the figure caption.

На фиг. 3 приведены результаты расчетов распределения напряженности вертикально поляризованного электрического поля в диапазоне частот от ƒ_мин=30 МГц до ƒ_макс=100 МГц (с частотным шагом Δƒ=10МГц), формируемого над проводящей подстилающей поверхностью системой из двух параллельных монополей (несимметричных вибраторов), в вертикальной плоскости, расположенной на расстоянии R=6 м от антенны (1). Длина обоих монополей

и

составляет 1,5 м. Фаза тока, возбуждающего антенну (1), составляет ψ₁=0°. Оптимальные значения фазы ψ₂ тока, возбуждающего антенну (2), и расстояния d между монополями указаны в подрисуночной подписи.In FIG. Figure 3 shows the results of calculations of the distribution of the intensity of a vertically polarized electric field in the frequency range from ƒ _min = 30 MHz to ƒ _max = 100 MHz (with a frequency step of Δƒ = 10 MHz), formed over a conducting underlying surface by a system of two parallel monopoles (asymmetric vibrators), in a vertical plane located at a distance of R = 6 m from the antenna (1). The length of both monopoles

and

is 1.5 m. The phase of the current exciting the antenna (1) is ψ ₁ = 0 °. The optimal values of the phase ψ _{2 of the} current exciting the antenna (2) and the distance d between the monopoles are indicated in the figure caption.

На фиг. 1In FIG. 1

1 - неподвижная антенна, подключенная к выходу усилителя мощности (4), на входе которого подается сигнал частотой ƒ и фазой ψ₁=0° во всем диапазоне частот воспроизводимых ЭМП;1 - a stationary antenna connected to the output of a power amplifier (4), at the input of which a signal is supplied with a frequency ƒ and phase ψ ₁ = 0 ° in the entire frequency range of reproduced EMFs;

2 - подвижная антенна, подключенная к выходу усилителя мощности (5), на входе которого подается сигнал частотой ƒ и фазой ψ₂, значение которой устанавливается в соответствии с результатами предварительных расчетов и изменяется для обеспечения наибольшей ширины b и (или) высоты h рабочей зоны однородного ЭМП (10) и минимального излучения в обратном направлении;2 - a movable antenna connected to the output of a power amplifier (5), at the input of which a signal is supplied with a frequency фаз and phase ψ ₂ , the value of which is set in accordance with the results of preliminary calculations and is changed to provide the greatest width b and (or) height h of the working area uniform EMF (10) and minimal radiation in the opposite direction;

3 - подвижная платформа, обеспечивающая перемещение на заданное расстояние d антенны (2) при смене частотного поддиапазона;3 - movable platform, providing movement at a given distance d of the antenna (2) when changing the frequency sub-band;

4 - усилитель мощности, подключенный к антенне (1);4 - power amplifier connected to the antenna (1);

5 - усилитель мощности, подключенный к антенне (2);5 - power amplifier connected to the antenna (2);

6 - программно управляемый генератор радиочастотного сигнала, снабженный двумя выходами, при этом на выходе, к которому подключен усилитель (4) и антенна (1), формируется сигнал частотой ƒ и фазой ψ₁=0°, а на выходе, к которому подключен усилитель (5) и антенна (2), формируется сигнал частотой ƒ и фазой ψ₂, значение которой изменяется для обеспечения наибольшего размера b и (или) h рабочей зоны однородного ЭМП (10) и минимального излучения в обратном направлении;6 - a program-controlled radio-frequency signal generator equipped with two outputs, while at the output to which the amplifier (4) and antenna (1) are connected, a signal with a frequency ƒ and phase ψ ₁ = 0 ° is generated, and at the output to which an amplifier is connected (5) and antenna (2), a signal is formed with a frequency ƒ and a phase ψ ₂ , the value of which changes to ensure the largest size b and (or) h of the working area of a uniform EMF (10) and minimum radiation in the opposite direction;

7 - устройство (компьютер) автоматизированного управления режимами работы испытательной установки, синхронизации работы ее элементов, регистрации параметров ЭМП, обеспечивающее управление изменением частоты ƒ, фаз ψ₁ и ψ₂ сигналов на выходах генератора (6), перемещением на заданное расстояние подвижной платформы (3) с антенной (2), а также работой измерительных систем (8) и (9);7 - device (computer) for automated control of the operating conditions of the test setup, synchronization of the operation of its elements, registration of EMF parameters, providing control of the change in the frequency ƒ, phases ψ ₁ and ψ _{2 of the} signals at the outputs of the generator (6), movement to a given distance of the moving platform (3 ) with an antenna (2), as well as the operation of measuring systems (8) and (9);

8 - многоканальная система измерения (контроля) параметров ЭМП (напряженности электрического поля), формируемого в плоскости рабочей зоны (10), предназначенной для размещения объекта испытаний;8 - a multi-channel system for measuring (monitoring) the parameters of the electromagnetic field (electric field strength) formed in the plane of the working zone (10), designed to accommodate the test object;

9 - многоканальная система измерения (контроля) параметров ЭМП (напряженности электрического поля), формируемого в плоскости зоны контроля в обратном направлении (11);9 - multi-channel system for measuring (monitoring) the parameters of electromagnetic fields (electric field strength) formed in the plane of the control zone in the opposite direction (11);

10 - рабочая зона однородного ЭМП, предназначенная для размещения объекта испытаний;10 - working area of a uniform EMF, designed to accommodate the test object;

11 - контролируемая зона в обратном направлении;11 - controlled area in the opposite direction;

12 - подвижная платформа, обеспечивающая перемещение на заданное расстояние датчиков системы измерения параметров ЭМП (9) при смене частотного поддиапазона;12 - a movable platform that provides movement to a predetermined distance of the sensors of the EMF parameter measurement system (9) when changing the frequency sub-band;

13 - безэховая камера.13 - anechoic chamber.

Предлагаемое устройство (установка) для формирования протяженных областей однородного линейно поляризованного гармонического электромагнитного поля и испытаний крупногабаритных образцов на стойкость, прочность, безопасность и восприимчивость к воздействию гармонических ЭМП (фиг. 1) содержит неподвижную антенну (1), размещенную в безэховой камере (13) и подключенную к выходу усилителя мощности (4), перемещаемую антенну (2), размещенную в безэховой камере (13) и подключенную к выходу усилителя мощности (5), подвижную платформу (3), размещенную в безэховой камере (13) и обеспечивающую перемещение антенны (2) на расстояние d, программно управляемый генератор радиочастотного сигнала (6), снабженный двумя выходами, при этом на выходе, к которому подключен усилитель мощности (4) и антенна (1), формируется сигнал частотой ƒ и фазой ψ₁=0°, а на выходе, к которому подключен усилитель мощности (5) и антенна (2), формируется сигнал частотой ƒ и фазой ψ₂, значение которой изменяется для обеспечения наибольшей ширины b и (или) высоты h рабочей зоны, в которой формируется однородное ЭМП (10), и для минимизации электромагнитного излучения в обратном направлении, размещенную в безэховой камере (13) многоканальную систему (8) измерения (контроля) параметров ЭМП (напряженности электрического поля), формируемого в рабочей зоне (10), предназначенной для размещения объекта испытаний, размещенную в безэховой камере (13) многоканальную систему (9) измерения (контроля) параметров ЭМП (напряженности электрического поля), формируемого в области обратного излучения (11), размещенную в безэховой камере (13) подвижную платформу (12), предназначенную для перемещения на заданное расстояние датчиков системы измерения параметров ЭМП (9) при смене частотного поддиапазона, устройство автоматизированного управления (7) режимами работы испытательной установки, обеспечивающее изменение частоты ƒ и фаз сигналов ψ₁ и ψ₂ на выходах генератора (6), перемещение на заданное расстояние подвижной платформы (3) с антенной (2) и платформы (12) с датчиками системы (9), а также работой измерительных систем (8) и (9).The proposed device (installation) for forming extended regions of a uniform linearly polarized harmonic electromagnetic field and testing large samples for resistance, strength, safety and susceptibility to harmonic electromagnetic fields (Fig. 1) contains a stationary antenna (1) located in an anechoic chamber (13) and a movable antenna (2) connected to the output of the power amplifier (4), placed in an anechoic chamber (13) and connected to an output of a power amplifier (5), a movable platform (3) placed in an anechoic chamber (13) and providing antenna movement (2) at a distance d, a program-controlled radio-frequency signal generator (6), equipped with two outputs, while at the output to which the power amplifier (4) and antenna (1) are connected, a signal is generated with a frequency ƒ and phase ψ ₁ = 0 ° , and at the output to which the power amplifier (5) and the antenna (2) are connected, a signal is generated with a frequency ƒ and phase ψ ₂ , the value of which changes to ensure the largest width b and (or) the height h of the working area in which a uniform EMF is formed (10), and to minimize electromagnetic radiation in the opposite direction, a multichannel system (8) for measuring (monitoring) EMF parameters located in an anechoic chamber (13) ( electric field strength) generated in the working area (10), designed to accommodate the test object, located in an anechoic chamber (13) multi-channel system (9) for measuring (monitoring) the parameters of the electromagnetic field (electric field strength) generated in the return radiation region (11) ), a movable platform (12) located in an anechoic chamber (13), designed to move the sensors of the EMF parameter measurement system (9) to a predetermined distance when the frequency sub-band is changed, an automated control device (7) for the operation of the test setup, providing a change in the frequency ƒ and phases of the signals ψ ₁ and ψ ₂ at the outputs of the generator (6), moving to a given distance of the moving platform (3) with an antenna (2) and a platform (12) with sensors of the system (9), as well as the operation of the measuring systems (8) and (9).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для проведения испытаний в диапазоне частот от ƒ_мин до ƒ_макс выбирают такие две однотипные антенны, диаграммы направленности которых во всем диапазоне частот в направлении рабочей зоны имеют не более одного основного лепестка. Для проволочных антенн типа диполь можно руководствоваться правилом

, где

- общая длина диполя, λ_мин - минимальная длина волны формируемого ЭМП.For testing in the frequency range from ƒ _min to ƒ _max , two of the same type of antenna are chosen, whose radiation patterns in the entire frequency range in the direction of the working area have no more than one main lobe. For dipole type wire antennas, you can follow the rule

where

- the total length of the dipole, λ _min - the minimum wavelength of the generated EMF.

Антенны (1) и (2) устанавливают в плоскости, перпендикулярной плоскости, предназначенной для размещения объекта испытаний (рабочая зона) (10). Расстояние (R) от антенны (1) до рабочей зоны (10) выбирают в соответствии с условием дальней зоны излучения (R>λ_макс/2π). Начальное расстояние от антенны (1) до антенны (2) определяют в соответствии с правилом d=λ_мин/2 (если продольный размер, например, для логопериодической или рупорной антенны больше λ_мин/2, то d=3⋅λ_мин/2,).Antennas (1) and (2) are installed in a plane perpendicular to the plane intended to accommodate the test object (working area) (10). The distance (R) from the antenna (1) to the working area (10) is selected in accordance with the condition of the far radiation zone (R> λ _max / 2π). The initial distance from the antenna (1) to the antenna (2) is determined in accordance with the rule d = λ _min / 2 (if the longitudinal size, for example, for a log-periodic or horn antenna is greater than λ _min / 2, then d = 3⋅λ _min / 2 ,).

В плоскости, соответствующей рабочей зоне (10) устанавливают датчики ЭМП многоканальной системы (8) измерения (контроля) параметров ЭМП (напряженности электрического поля).In the plane corresponding to the working area (10), EMF sensors of a multi-channel system (8) for measuring (monitoring) EMF parameters (electric field strength) are installed.

В плоскости, соответствующей области обратного излучения (11), расположенной на расстоянии R от антенны (2) устанавливают датчики поля многоканальной системы (9) измерения (контроля) параметров ЭМП (напряженности электрического поля).In the plane corresponding to the return radiation region (11) located at a distance R from the antenna (2), field sensors of a multichannel system (9) for measuring (monitoring) the parameters of the electromagnetic field (electric field strength) are installed.

Генератор радиочастотного сигнала (6) формирует на входе усилителя мощности (4) сигнал частотой ƒ_макс и фазой ψ₁=0°. После усиления сигнал подают на антенну (1). Одновременно генератор (6) формирует на входе усилителя мощности (5) сигнал частотой ƒ_макс и фазой ψ₂=90°. После усиления сигнал подают на антенну (2). Несинфазное излучение антенн (1) и (2) формирует в области рабочей зоны (10) электромагнитное поле. При этом за счет сдвига (разности) фаз источников возбуждающих сигналов Δψ=ψ₂-ψ₁ и пространственного разноса антенны (1) и антенны (2) на расстояние d происходит интерференция волн ЭМП таким образом, что в центре рабочей зоны (10) напряженность электрической составляющей ЭМП снижается, а по краям рабочей зоны (10) увеличивается. Таким образом, происходит выравнивание (снижение неоднородности) распределения напряженности электрической составляющей ЭМП в плоскости, перпендикулярной направлению излучения системы связанных антенн (1) и (2), и как следствие - увеличение размеров рабочей зоны, в которой неоднородность поля не превышает заданного значения.The RF signal generator (6) generates a signal of frequency ƒ _max and phase ψ ₁ = 0 ° at the input of the power amplifier (4). After amplification, the signal is fed to the antenna (1). At the same time, the generator (6) generates a signal with a frequency ƒ _max and a phase ψ ₂ = 90 ° at the input of the power amplifier (5). After amplification, the signal is fed to the antenna (2). Non-phase radiation of antennas (1) and (2) forms an electromagnetic field in the area of the working zone (10). In this case, due to the phase shift (difference) of the phases of the sources of the exciting signals Δψ = ψ ₂ -ψ ₁ and the spatial separation of the antenna (1) and antenna (2) by a distance d, the interference of EMF waves occurs in such a way that the tension in the center of the working zone (10) the electric component of the EMF decreases, and along the edges of the working area (10) increases. Thus, alignment (reduction in heterogeneity) of the distribution of the electric component of the electromagnetic field in the plane perpendicular to the radiation direction of the coupled antenna system (1) and (2) occurs, and as a result, the size of the working area in which the field inhomogeneity does not exceed a given value increases.

При формировании электромагнитного поля на фиксированной частоте ƒ, его параметры измеряют с использованием многоканальной системы (8), датчики которой размещены в рабочей зоне (10), соответствующей плоскости размещения объекта испытаний. Для достижения размеров рабочей зоны (10), соответствующей размерам объекта испытаний, оператор проводит регулировку (уменьшение) фазы сигнала ψ₂. При этом с использованием многоканальной системы измерения параметров (8) оператор контролирует изменение структуры поля в рабочей зоне (10), а с использованием многоканальной системы (9) контролирует уровень поля в области обратного излучения (11) для того, чтобы основная часть энергии излучалась в направлении рабочей зоны (10). Путем сравнения результатов, описывающих пространственное распределение поля для разных значений фазы сигнала ψ₂, оператор выбирает такое значение, при котором обеспечивается максимальный размер рабочей зоны (10). При этом фаза сигнала ψ₂ не должна выходить за пределы диапазона значений от 0° до 90° без учета изменения фаз сигналов за счет длин фидеров, соединяющих генератор (6), усилитель (4), антенну (1) и генератор (6), усилитель (5), антенну (2). После определения оптимального значения фазы сигнала ψ₂ оператор записывает в базу данных устройства автоматизированного управления режимами работы установки (7) значение текущей частоты ƒ, значение фазы сигнала ψ₂, значения напряженности электрического поля в контрольных точках рабочей зоны (10), расстояние d между антеннами (1) и (2), и другие необходимые параметры установки (напряжение на выходе генератора, коэффициент усиления, значения падающей и отраженной мощности на выходе усилителей), которые в последующем будут воспроизводиться при размещении объекта испытаний в рабочей зоне.When forming an electromagnetic field at a fixed frequency ƒ, its parameters are measured using a multi-channel system (8), the sensors of which are placed in the working area (10), corresponding to the plane of placement of the test object. To achieve the size of the working area (10) corresponding to the size of the test object, the operator adjusts (decreases) the phase of the signal ψ ₂ . In this case, using the multi-channel parameter measurement system (8), the operator controls the change in the field structure in the working area (10), and using the multi-channel system (9) controls the field level in the backward radiation region (11) so that the bulk of the energy is radiated into direction of the working area (10). By comparing the results describing the spatial distribution of the field for different values of the phase of the signal ψ ₂ , the operator selects a value at which the maximum size of the working area is ensured (10). In this case, the phase of the signal ψ ₂ should not go beyond the range of values from 0 ° to 90 ° without taking into account the change in the phases of the signals due to the lengths of the feeders connecting the generator (6), amplifier (4), antenna (1) and generator (6), amplifier (5), antenna (2). After determining the optimal phase value of the signal ψ _{2, the} operator writes the current frequency значение, the phase value of the signal ψ ₂ , the electric field strength at the control points of the working area (10), the distance d between the antennas in the database of the device for automated control of the operating modes of the installation (7) (1) and (2), and other necessary installation parameters (voltage at the generator output, gain, values of incident and reflected power at the output of amplifiers), which will subsequently be reproduced when the test object is placed in the working area.

Затем частоту генератора (6) изменяют до значения ƒ=ƒ_макс-Δƒ с шагом перестройки Δƒ, значение которого определено нормативными документами на проведение испытаний или методикой проведения испытаний. После этого повторяют последовательность действий по изменению фазы сигнала ψ₂ и определению ее оптимального значения, обеспечивающего формирование рабочей зоны однородного поля с наибольшим размером b и (или) h и минимальным уровнем поля в области обратного излучения.Then, the frequency of the generator (6) is changed to the value ƒ = ƒ _max -Δƒ with the tuning step Δƒ, the value of which is determined by the regulatory documents for testing or the test procedure. After this, the sequence of actions is repeated to change the phase of the signal ψ ₂ and determine its optimal value, which ensures the formation of a working area of a homogeneous field with the largest size b and (or) h and a minimum field level in the reverse radiation region.

В том случае, когда при изменении фазы сигнала ψ₂ в пределах значений от 0° до 90° не удается сформировать область однородного поля с максимальными размерами, или уровень ЭМП в области обратного излучения (11) превышает уровень ЭМП в рабочей зоне (10), то перенастраивают установку для работы в следующем частотном поддиапазоне, для чего изменяют расстояние d между антеннами (1) и (2). Оператор через устройство автоматизированного управления режимами работы установки (7) перемещает подвижную платформу (3) с антенной (2) в направлении от плоскости рабочей зоны в сторону плоскости обратного излучения-(11). При этом расстояние от антенны (2) до антенны (1) должно составлять d=λ/2 (d=3⋅λ/2, если продольный размер логопериодической или рупорной антенны больше λ_мин/2), где λ - текущее значение длины волны воздействующего поля. Также перемещают подвижную платформу (12) с датчиками системы (9) на расстояние, при котором расстояние между плоскостью (11) и антенной (2) останется неизменным и равным R. После этого повторяют перестройку фазы сигнала ψ₂ и определение ее оптимального значения.In the case when, when changing the phase of the signal ψ ₂ within the range of values from 0 ° to 90 °, it is not possible to form a region of a uniform field with maximum dimensions, or the level of the EMF in the region of backward radiation (11) exceeds the level of the EMF in the working area (10), then reconfigure the installation for operation in the next frequency sub-band, for which the distance d between the antennas (1) and (2) is changed. The operator, through the device for automated control of the operating modes of the installation (7), moves the movable platform (3) with the antenna (2) in the direction from the plane of the working zone towards the plane of the return radiation (11). In this case, the distance from the antenna (2) to the antenna (1) should be d = λ / 2 (d = 3 ,λ / 2, if the longitudinal size of the log-periodic or horn antenna is greater than λ _min / 2), where λ is the current value of the wavelength impact field. The movable platform (12) with the sensors of the system (9) is also moved to a distance at which the distance between the plane (11) and the antenna (2) remains unchanged and equal to R. After this, the phase adjustment of the signal ψ _{2 is} repeated and its optimal value is determined.

Приведенный алгоритм работы повторяют до тех пор, пока не будет достигнута нижняя граница частотного диапазона ƒ_мин. По итогам работы в устройстве автоматизированного управления режимами работы установки (7) формируется база данных со значениями фазы сигнала ψ₂, расстояниями d между антеннами (1) и (2) для каждого частотного поддиапазона, значениями напряженности электрического поля в рабочей зоне (10) для каждой текущей частоты ƒ.The above operation algorithm is repeated until the lower limit of the frequency range ƒ _min is reached. Based on the results of work, a database with the signal phase values ψ ₂ , the distances d between the antennas (1) and (2) for each frequency subband, and the values of the electric field strength in the working area (10) for each current frequency ƒ.

По окончании калибровки многоканальную систему измерения параметров ЭМП (8) убирают из рабочей зоны однородного линейно поляризованного ЭМП (10) и устанавливают на это место объект испытаний. В дальнейшем его подвергают воздействию однородного линейно поляризованного ЭМП, при этом для каждой текущей частоты ƒ устройство автоматизированного управления режимами работы установки (7) устанавливает значения фазы сигнала ψ₂ и расстояния d между антеннами (1) и (2) в соответствии со значениями, хранящимися в ее базе данных.At the end of the calibration, the multichannel system for measuring the parameters of the electromagnetic field (8) is removed from the working area of a uniform linearly polarized electromagnetic field (10) and the test object is installed in this place. Subsequently, it is exposed to a uniform linearly polarized EMF, while for each current frequency ƒ the device for automatically controlling the operating modes of the installation (7) sets the signal phase ψ ₂ and the distance d between the antennas (1) and (2) in accordance with the values stored in her database.

Следует отметить, что вариантом реализации предлагаемого способа формирования протяженных испытательных зон однородного линейно поляризованного ЭМП может быть случай, при котором отсутствует необходимость разделения частотного диапазона на поддиапазоны, а на каждой частоте вторую антенну перемещают относительно первой на расстояние равное половине длины волны текущей частоты.It should be noted that an embodiment of the proposed method for the formation of extended test zones of a homogeneous linearly polarized EMF may be a case in which there is no need to divide the frequency range into subbands, and at each frequency the second antenna is moved relative to the first one at a distance equal to half the wavelength of the current frequency.

Пример расчетной оценки формирования протяженной области однородного линейно поляризованного электромагнитного поля в диапазоне частот от ƒ_мин=30 до ƒ_макс=100 МГц (от λ_мин=3 м до λ_макс=10 м) системой из двух параллельных вертикальных монополей (несимметричных диполей) с длиной

(условие

выполняется), размещенных в полубезэховой камере или на открытой площадке над идеально проводящей поверхностью. Этот случай может быть рассмотрен, поскольку распределение поля вертикального несимметричного вибратора над идеально проводящей поверхностью совпадает в верхнем полупространстве с распределением ЭМП симметричного вибратора в свободном пространстве в соответствии с методом зеркальных отображений, являющимся следствием решения уравнений Максвелла с граничными условиями на подстилающей поверхности.An example of a calculation estimate for the formation of an extended region of a uniform linearly polarized electromagnetic field in the frequency range from ƒ _min = 30 to ƒ _max = 100 MHz (from λ _min = 3 m to λ _max = 10 m) by a system of two parallel vertical monopoles (asymmetric dipoles) with long

(condition

performed) placed in a semi-anechoic chamber or in an open area above a perfectly conducting surface. This case can be considered because the distribution of the field of a vertical asymmetric vibrator over an ideally conducting surface coincides in the upper half-space with the EMF distribution of a symmetric vibrator in free space in accordance with the method of mirror imaging, which is a consequence of solving Maxwell's equations with boundary conditions on the underlying surface.

Частотный шаг выбран равным Δƒ=10 МГц.The frequency step is chosen equal to Δƒ = 10 MHz.

Требуемая неоднородность ЭМП не должна превышать 20%.The required heterogeneity of the EMF should not exceed 20%.

Расстояние между антеннами (1) и (2) для частоты ƒ_макс=100 МГц (λ_мин=3 м) в соответствии с условием d=λ_мин/2 выбрано равным d=1,5 м.The distance between the antennas (1) and (2) for the frequency ƒ _max = 100 MHz (λ _min = 3 m) in accordance with the condition d = λ _min / 2 was chosen equal to d = 1.5 m.

Расстояние от антенны (1) до плоскости рабочей зоны (10) выбрано равным R=6 м (условие R>λ_макс/2π выполняется).The distance from the antenna (1) to the plane of the working zone (10) is chosen equal to R = 6 m (condition R> λ _max / 2π is satisfied).

Расстояние от антенны (2) до плоскости зоны контроля обратного излучения (11) составляет R=6 м.The distance from the antenna (2) to the plane of the reverse radiation control zone (11) is R = 6 m.

Расчеты проводились путем решения интегрального уравнения электрического поля методом моментов с использованием пакета прикладных программ FEKO.The calculations were carried out by solving the integral equation of the electric field by the method of moments using the FEKO application package.

Размер рабочей зоны определялся размерами прямоугольника с высотой h=1,5 м и шириной b, вписанной в фигуру, образованную изолинией с уровнем 0,8 от максимального значения напряженности электрического поля, как это представлено на фиг. 2 и 3.The size of the working zone was determined by the dimensions of a rectangle with a height h = 1.5 m and a width b inscribed in a figure formed by an isoline with a level of 0.8 from the maximum value of the electric field strength, as shown in FIG. 2 and 3.

На фиг. 2 приведены результаты расчетов распределения напряженности вертикально поляризованного электрического поля частотой ƒ_макс=100 МГц, формируемого над проводящей подстилающей поверхностью системой из двух монополей (несимметричных вибраторов) в вертикальной плоскости (10), расположенной на расстоянии R=6 м от антенны (1) как это представлено на фиг. 1. Длина каждого из монополей

и

составляет 1,5 м, значение фазы сигнала в антенне (1) - ψ₁=0°, а значение фазы сигнала ψ₂ в антенне (2) изменяется от 90° до 65° с шагом 5°.In FIG. Figure 2 shows the results of calculations of the distribution of the intensity of a vertically polarized electric field with a frequency of ƒ _max = 100 MHz, formed over a conducting surface of a system of two monopoles (asymmetric vibrators) in a vertical plane (10) located at a distance of R = 6 m from the antenna (1) as this is shown in FIG. 1. The length of each of the monopoles

and

is 1.5 m, the phase value of the signal in the antenna (1) is ψ ₁ = 0 °, and the phase value of the signal ψ ₂ in the antenna (2) varies from 90 ° to 65 ° in increments of 5 °.

Приведенные результаты расчетов поясняют порядок выбора оптимального значения фазы сигнала ψ₂, при котором обеспечивается максимальный размер рабочей зоны. При сравнении размеров прямоугольников высотой h=1,5 м, вписанных в изолинию значения напряженности электрического поля с уровнем 0,8 от максимального значения, можно наблюдать, что при изменении фазы сигнала ψ₂ от 90° до 75° ширина прямоугольника b увеличивается от 19,3 м до 22,0 м, как это показано на фиг. 2а - 2г. При дальнейшем изменении ψ₂ от 75° до 65° ширина прямоугольной зоны b продолжает увеличиваться от 22,0 м до 24,0 м, но в ее центре появляется участок, высота которого меньше 1,5 м, как это приведено на фиг. 2д - 2е. Таким образом, в качестве оптимального значения фазы сигнала ψ₂, при котором обеспечивается максимальный размер рабочей зоны (h=1,5 м, b=22,0 м), следует выбрать ψ₂=75°.The above calculation results explain the procedure for choosing the optimal phase value of the signal ψ ₂ , which ensures the maximum size of the working area. When comparing the sizes of rectangles with a height of h = 1.5 m, inscribed in the isoline of the electric field with a level of 0.8 from the maximum value, it can be observed that when the phase of the signal ψ ₂ changes from 90 ° to 75 °, the width of the rectangle b increases from 19 , 3 m to 22.0 m, as shown in FIG. 2a - 2d. With a further change in ψ ₂ from 75 ° to 65 °, the width of the rectangular zone b continues to increase from 22.0 m to 24.0 m, but a section appears in its center whose height is less than 1.5 m, as shown in FIG. 2d - 2e. Thus, as the optimal value of the phase of the signal ψ ₂ , at which the maximum size of the working area (h = 1.5 m, b = 22.0 m) is ensured, ψ ₂ = 75 ° should be chosen.

Подобные расчеты были проведены для остальных частот диапазона от ƒ_макс=100 МГц до ƒ_мин=30 МГц, с шагом Δƒ=10 МГц и шагом изменения фазы сигнала ψ₂ 5°.Similar calculations were performed for the remaining frequencies in the range from ƒ _max = 100 MHz to ƒ _min = 30 MHz, with a step of Δƒ = 10 MHz and a step of changing the phase of the signal ψ ₂ 5 °.

На фиг. 3 приведены итоговые результаты расчетов распределения напряженности вертикально поляризованного электрического поля в диапазоне частот от ƒ_мин=30 МГц до ƒ_макс=100 МГц (с частотным шагом Δƒ=10 МГц), формируемого над проводящей подстилающей поверхностью системой из двух монополей (несимметричных вибраторов) в вертикальной плоскости (10), расположенной на расстоянии R=6 м от антенны (1) только для оптимальной фазы сигнала ψ₂. Длина каждого из монополей

и

составляет 1,5 м, значение фазы сигнала в антенне (1) - ψ₁=0°, а значение оптимальной фазы сигнала ψ₂ и расстояния d между антеннами (1) и (2) указаны в подрисуночной подписи.In FIG. Figure 3 shows the final results of calculations of the distribution of the intensity of a vertically polarized electric field in the frequency range from ƒ _min = 30 MHz to ƒ _max = 100 MHz (with a frequency step of Δƒ = 10 MHz), which is formed over a conducting underlying surface by a system of two monopoles (asymmetric vibrators) in vertical plane (10) located at a distance of R = 6 m from the antenna (1) only for the optimal phase of the signal ψ ₂ . The length of each of the monopoles

and

is 1.5 m, the phase value of the signal in the antenna (1) is ψ ₁ = 0 °, and the optimal phase of the signal ψ ₂ and the distance d between the antennas (1) and (2) are indicated in the figure caption.

В обобщенном виде результаты расчетов представлены в таблице 1, в последней строке которой для сравнения приведены результаты расчетов размеров рабочей зоны для одиночного вертикального монополя длиной 1,5 м. Дополнительно в таблице указаны границы частотных поддиапазонов, при достижении которых следует изменять расстояние d между антеннами (1) и (2) (фиг. 1), а также их значения. Сравнительный анализ приведенных данных показывает, что ширина рабочей зоны b прямоугольной формы с высотой h=1,5 м во всем диапазоне частот более чем в 3 раза превышает ширину зоны, создаваемой одиночным вертикальным монополем.In a generalized form, the calculation results are presented in Table 1, the last row of which for comparison shows the results of calculations of the working area for a single vertical monopole 1.5 m long. Additionally, the table shows the boundaries of the frequency subbands, upon reaching which the distance d between the antennas should be changed 1) and (2) (Fig. 1), as well as their meanings. A comparative analysis of the data shows that the width of the working area b is rectangular in shape with a height h = 1.5 m in the entire frequency range more than 3 times the width of the zone created by a single vertical monopole.

Результаты проведенных расчетных исследований подтверждают техническую реализуемость предлагаемого способа формирования протяженных областей однородного линейно поляризованного электромагнитного поля для проведения испытаний крупногабаритных образцов техники и устройства, основанного на этом способе.The results of the computational studies confirm the technical feasibility of the proposed method for the formation of extended areas of a uniform linearly polarized electromagnetic field for testing large-sized samples of equipment and devices based on this method.

Claims

1. The method of forming extended test zones of a homogeneous linearly polarized electromagnetic field, which consists in the formation of extended test zones of a homogeneous linearly polarized electromagnetic field (EMF) for testing large-sized samples of equipment for resistance, strength, safety and susceptibility to the action of harmonic electromagnetic fields with two antennas excited by generators a phase-shifted harmonic signal of one frequency, characterized in that the test object, two antennas, one of which is stationary, the second on a moving platform, two multichannel systems for measuring the parameters of the electromagnetic field, one of which is located in the working area of a uniform linearly polarized electromagnetic field, the second is placed on a movable platform in the area of backward radiation in an anechoic chamber, and outside the anechoic chamber there is a device for automated control of the plant operating modes, setting the sizes of zones of a uniform linearly polarized For the given EMF, corresponding to the size of the test object, it is carried out for each frequency from the upper boundary of the range to the lower with a step specified in the normative documentation by sequentially selecting the optimal value of the phase difference of the currents in the antennas and the distance between the antennas, which are determined based on measurements of the electric field strength in the working area of a uniform linearly polarized EMF using a multi-channel system for measuring the parameters of the EMF in the working area of a uniform EMF and monitoring the minimum level of the EMF in the reverse radiation region, the obtained values of the current frequency, the distance between the antennas, the electric field in the working area of a uniform linearly polarized EMF for the chosen optimal the values of the phase difference of the currents in the antennas are entered into the database of the device for automated control of the operating modes of the installation, at the end of the calibration, the multi-channel EMF parameter measurement system is removed from the working area of a homogeneous line but of a polarized EMF, the test object is installed and exposed to a uniform linearly polarized EMF, while for each frequency the values of the phase difference, the distance between the antennas are reproduced in accordance with the values recorded in the database of the device for automated control of the operation modes of the installation.

2. The method according to claim 1, characterized in that two log-periodic antennas are used as antennas.

3. The method according to p. 1, characterized in that two horn antennas are used as antennas.

4. The method according to p. 1, characterized in that the antennas are two vertical monopoles placed in a semi-anechoic chamber or in an open area above a metal conductive surface.