RU2790956C2 - Method for calibration of magnetic frame antennas - Google Patents
Method for calibration of magnetic frame antennas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790956C2 RU2790956C2 RU2021106323A RU2021106323A RU2790956C2 RU 2790956 C2 RU2790956 C2 RU 2790956C2 RU 2021106323 A RU2021106323 A RU 2021106323A RU 2021106323 A RU2021106323 A RU 2021106323A RU 2790956 C2 RU2790956 C2 RU 2790956C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antennas
- calibration
- antenna
- measuring
- calibrated
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к средствам метрологического обеспечения измерителей напряженности магнитного поля, и может быть использовано при калибровке магнитных рамочных антенн.The present invention relates to the field of radio engineering, and specifically to the means of metrological support for magnetic field strength meters, and can be used in the calibration of magnetic loop antennas.
Известен способ калибровки магнитных антенн в диапазоне частот от 10 Гц до 30 МГц, заключающийся в возбуждении рамочной антенной равномерного магнитного поля, напряженность которого вычисляется по величине тока, протекающего в излучающей рамке, и ее конструктивным параметрам, измерении напряженности создаваемого магнитного поля с помощью калибруемой антенны [1] и определении коэффициентов калибровки расчетным методом [2]. A known method of calibrating magnetic antennas in the frequency range from 10 Hz to 30 MHz, which consists in excitation by a loop antenna of a uniform magnetic field, the strength of which is calculated from the magnitude of the current flowing in the radiating frame and its design parameters, measuring the strength of the generated magnetic field using a calibrated antenna [1] and determining the calibration coefficients by the calculation method [2].
Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:
низкая конструктивная надежность полеобразующей системы;low structural reliability of the field-forming system;
необходимость создания отдельной измерительной линии для определения величины тока в излучающей антенне;the need to create a separate measuring line to determine the magnitude of the current in the radiating antenna;
необходимость значительных площадей для размещения установки.the need for large areas to accommodate the installation.
Известен способ калибровки магнитных антенн в диапазоне частот от 10 Гц до 30 МГц, заключающийся в создании равномерного магнитного поля с известной напряженностью в ограниченной области пространства с помощью установки на основе колец Гельмгольца, измерении напряженности создаваемого магнитного поля с помощью калибруемой антенны и определении коэффициентов калибровки расчетным методом. [3]A known method for calibrating magnetic antennas in the frequency range from 10 Hz to 30 MHz, which consists in creating a uniform magnetic field with a known strength in a limited area of space using an installation based on Helmholtz rings, measuring the strength of the generated magnetic field using a calibrated antenna and determining the calibration coefficients by the calculated method. [3]
Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:
зависимость частотного диапазона установки от её геометрических размеров;dependence of the frequency range of the installation on its geometric dimensions;
небольшие размеры рабочей зоны установки.small size of the working area of the installation.
Указанные недостатки приводят к снижению точности калибровки магнитных рамочных антенн, ограничению номенклатуры типов калибруемых магнитных рамочных антенн, увеличению затрат на создание, обслуживание и эксплуатацию установок.These shortcomings lead to a decrease in the calibration accuracy of magnetic loop antennas, a limited range of types of calibrated magnetic loop antennas, and an increase in the cost of creating, maintaining and operating installations.
Известен способ калибровки магнитных рамочных антенн на основе метода замещения. Способ заключается в возбуждении электромагнитного поля передающей вспомогательной рамочной антенной в плоскости образцовой антенны с известными характеристиками, измерении напряжения с выхода образцовой антенны с помощью анализатора спектра (измерительного приемника), возбуждении электромагнитного поля передающей вспомогательной рамочной антенной такой же величины в плоскости калибруемой антенны, измерении напряжения с выхода калибруемой антенны с помощью анализатора спектра (измерительного приемника) и расчете коэффициентов калибровки калибруемой антенны на основе измеренных значений напряжения с выхода образцовой и калибруемой антенн и известных коэффициентов калибровки образцовой антенны. [4]There is a method for calibrating magnetic loop antennas based on the substitution method. The method consists in excitation of an electromagnetic field by a transmitting auxiliary loop antenna in the plane of a reference antenna with known characteristics, measuring the voltage from the output of the reference antenna using a spectrum analyzer (measuring receiver), excitation of an electromagnetic field by a transmitting auxiliary loop antenna of the same magnitude in the plane of the antenna being calibrated, measuring the voltage from the output of the calibrated antenna using a spectrum analyzer (measuring receiver) and calculating the calibration coefficients of the calibrated antenna based on the measured voltage values from the output of the reference and calibrated antennas and the known calibration coefficients of the reference antenna. [4]
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of the known method are:
необходимость наличия образцовой антенны с известными коэффициентами калибровки;the need for a reference antenna with known calibration factors;
ограниченность потенциально достижимой погрешности калибровки погрешностью определения коэффициента калибровки образцовой антенны;limitation of the potentially achievable calibration error by the error in determining the calibration coefficient of the exemplary antenna;
частотный диапазон образцовой антенны должен перекрывать частотный диапазон калибруемой антенны.the frequency range of the reference antenna must overlap the frequency range of the antenna being calibrated.
Указанные недостатки приводят к снижению точности калибровки магнитных рамочных антенн и увеличению затрат на калибровку.These shortcomings lead to a decrease in the calibration accuracy of magnetic loop antennas and an increase in calibration costs.
Данный способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбран в качестве прототипа.This method is closest to the proposed invention and is selected as a prototype.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности калибровки магнитных рамочных антенн, расширение частотного диапазона калибровки магнитных рамочных антенн, расширение номенклатуры типов калибруемых магнитных рамочных антенн, а так же упрощение конструкции, снижение стоимости создания, обслуживания и эксплуатации перспективных установок для калибровки магнитных рамочных антенн, реализуемых на основе предлагаемого способа.The purpose of the invention is to increase the accuracy of calibration of magnetic loop antennas, to expand the frequency range of calibration of magnetic loop antennas, to expand the range of types of calibrated magnetic loop antennas, as well as to simplify the design, reduce the cost of creating, maintaining and operating promising installations for calibrating magnetic loop antennas implemented on the basis of the proposed method.
Сущность изобретения состоит в следующем. При калибровке используются три магнитных рамочных антенны с неизвестными коэффициентами калибровки. При проведении серии из трех попарных измерений последовательно измеряется напряжение с выхода каждой из магнитных рамочных антенн и производится расчет коэффициентов калибровки каждой из трех калибруемых антенн на основании полученных результатов измерений.The essence of the invention is as follows. The calibration uses three magnetic loop antennas with unknown calibration factors. When conducting a series of three pairwise measurements, the voltage from the output of each of the magnetic loop antennas is sequentially measured and the calibration coefficients for each of the three calibrated antennas are calculated based on the obtained measurement results.
Серия измерений проводится по схеме: 1-2, 1-3, 2-3 - где, в начале, обозначается приемная антенна, а затем излучающая. При этом приемная антенна подключается к анализатору спектра, а излучающая к калибратору напряжения. Измерения проводятся в диапазоне частот, общем для всех трех антенн. A series of measurements is carried out according to the scheme: 1-2, 1-3, 2-3 - where, at the beginning, the receiving antenna is indicated, and then the emitting one. In this case, the receiving antenna is connected to the spectrum analyzer, and the emitting antenna is connected to the voltage calibrator. The measurements are carried out in the frequency range common to all three antennas.
Предлагаемый способ позволяет проводить измерения коэффициента калибровки как пассивных, так и активных рамочных антенн. При этом активной антенной может являться только одна из трех, участвующих в измерениях. В случае проведения измерений коэффициентов калибровки активной антенны, она должна обозначаться под номером «1» и работать только на прием сигнала от излучающей антенны.The proposed method allows measuring the calibration coefficient of both passive and active loop antennas. In this case, only one of the three participating in the measurements can be an active antenna. In the case of measuring the calibration coefficients of an active antenna, it should be designated under the number "1" and work only for receiving a signal from a radiating antenna.
При каждом измерении две антенны располагаются напротив друг друга коаксиально и соосно, на высоте не менее 1,75±0,1 м и на расстоянии в соответствии с соотношением:For each measurement, two antennas are located opposite each other coaxially and coaxially, at a height of at least 1.75 ± 0.1 m and at a distance in accordance with the ratio:
, (1) , (1)
где r - радиус антенны, м.where r - antenna radius, m.
Измерение коэффициентов калибровки каждой из трех магнитных рамочных антенн предлагаемым способом проводится следующим образом.Measurement of the calibration coefficients of each of the three magnetic loop antennas by the proposed method is carried out as follows.
Проводят калибровку измерительного кабеля. Calibrate the measuring cable.
Для этого соединяют калибруемые измерительные ВЧ-кабели 6 и 7 и подключают к входу анализатора спектра 4 и к выходу калибратора напряжения 5. Включают на калибраторе 5 широкополосный режим и настраивают его на начальную частоту измерения из диапазона частот измеряемых антенн. Затем устанавливают напряжение с выхода калибратора 5 U к из диапазона напряжений, в зависимости от динамического диапазона измеряемых антенн. Рекомендуемое значение напряжения с выхода калибратора 5 принимается равным 1 В. Настраивают анализатор спектра 4 на частоту калибратора напряжения 5. На анализаторе спектра 4 включают программный аттенюатор на 5 дБ или больше, в зависимости от величины U к . При этом величину ослабления выбирают кратной 5 дБ. Измеряют величину сигнала U калиб (f 0 ), где f 0 - начальная частота диапазона измерений, МГц. Повторяют измерения U калиб во всех частотных точках, указанных в нормативных документах на измеряемые антенны. To do this, the calibrated measuring
Далее измеряют напряжение с выхода антенн. Для этого собирают схему в соответствии с фиг. 1. Устанавливают друг напротив друга антенну 1 и антенну 2 на расстоянии, рассчитанном в соответствии с формулой (1). При этом антенны 1 и 2 устанавливают соосно, что может быть проверено с помощью лазерного дальномера. Антенну 1 подключают к входу анализатора спектра 4, а антенну 2 к выходу калибратора напряжения 5. Устанавливают напряжение с выхода калибратора 5, равное U к . Настраивают анализатор спектра 4 на частоту калибратора напряжения 5. На частотах свыше 200 Гц на анализаторе спектра 4 включают программный аттенюатор на 5 дБ или больше, в зависимости от динамического диапазона измеряемых антенн. При этом величину ослабления выбирают кратной 5 дБ. Измеряют величину сигнала U 12 (f 0 ), где f 0 - начальная частота диапазона измерений, МГц. Повторяют измерения U 12 во всех частотных точках, указанных в нормативных документах на измеряемые антенны. Next, measure the voltage from the output of the antennas. For this, a circuit is assembled in accordance with Fig. 1. Install
Аналогичным образом проводят измерения U 13 (фиг. 2) и U 23 (фиг. 3). При этом антенны располагают по схеме 1-3, 2-3 (где, в начале, обозначается приемная антенна, а затем излучающая), на расстоянии, рассчитанном в соответствии с формулой (1). Measurements are carried out in the same way.U 13 (Fig. 2) andU 23 (Fig. 3). In this case, the antennas are placed according to the scheme 1-3, 2-3 (where, at the beginning, the receiving antenna is indicated, and then the emitting antenna), at a distance calculated in accordance with formula (1).
Проводят расчет коэффициентов калибровки рамочных антенн №1, 2 и 3 в каждой частотной точке с помощью уравнений:The calibration coefficients of loop antennas No. 1, 2 and 3 are calculated at each frequency point using the equations:
, (2) , (2)
, (3) , (3)
, (4) , (4)
где r 1 , r 2 , r 3 - радиусы антенн, в соответствии с нормативно-технической документацией, м; d 12 , d 13 , d 23 - расстояние между антеннами, м; a 12 , a 13 , a 23 - коэффициенты, описывающие магнитное поле излучающей антенны, усредненное по площади приемной рамки; k - волновое число; f - частота измерений, Гц; μ 0 - магнитная постоянная, Гн/м; Z - нагрузка измерительной линии, Ом; U 12 , U 13 , U 23 - напряжение с выхода приемной антенны, В. where r 1 , r 2 , r 3 - antenna radii, in accordance with the regulatory and technical documentation, m; d 12 , d 13 , d 23 - distance between antennas, m; a 12 , a 13 , a 23 - coefficients describing the magnetic field of the emitting antenna, averaged over the area of the receiving frame; k - wave number; f - measurement frequency, Hz; μ 0 - magnetic constant, H/m; Z is the load of the measuring line, Ohm; U 12 , U 13 , U 23 - voltage from the output of the receiving antenna, V.
При необходимости производят пересчет значений коэффициента калибровки каждой из трех антенн, определенных относительно напряженности магнитного поля (1/Ом·м) в коэффициенты калибровки относительно напряженности электрического поля в логарифмическом масштабе (дБ(м-1)) по формуле [5]:If necessary, the values of the calibration coefficient of each of the three antennas, determined relative to the magnetic field strength (1/Ohm m) are recalculated into calibration coefficients relative to the electric field strength on a logarithmic scale (dB(m -1 )) according to the formula [5]:
, (5) , (5)
где i - номер антенны.where i is the antenna number.
Новизна изобретения заключается в новом подходе к калибровке магнитных рамочных антенн, основанном на том, что калибруемые антенны в процессе калибровки сами осуществляют функцию полеобразующей системы, позволяющем проводить калибровку магнитных рамочных антенн с априорно неизвестными коэффициентами калибровки.The novelty of the invention lies in a new approach to the calibration of magnetic loop antennas, based on the fact that the calibrated antennas themselves perform the function of a field-forming system during the calibration process, which makes it possible to calibrate magnetic loop antennas with a priori unknown calibration coefficients.
Изобретательский уровень характеризуется использованием трех магнитных рамочных антенн с априорно неизвестными коэффициентами калибровки для проведения серии из трех попарных измерений, в каждом из которых одна из антенн, подключенная к калибратору напряжения (измерительному генератору), создает магнитное поле в плоскости второй антенны, являющейся приемной и подключенной к входу анализатора спектра (измерительному приемнику), с последующим расчетом коэффициентов калибровки каждой из трех калибруемых антенн на основании полученных результатов измерений напряжения с выхода каждой из антенн, использованной в качестве приемной.The inventive level is characterized by the use of three magnetic loop antennas with a priori unknown calibration coefficients for a series of three pairwise measurements, in each of which one of the antennas connected to the voltage calibrator (measuring generator) creates a magnetic field in the plane of the second antenna, which is the receiving and connected to the input of the spectrum analyzer (measuring receiver), with the subsequent calculation of the calibration coefficients of each of the three calibrated antennas based on the results of voltage measurements from the output of each of the antennas used as a receiver.
Данное изобретение является промышленно применимым при разработке перспективных установок для калибровки магнитных рамочных антенн, используемых при решении задач электромагнитной совместимости авиационного радиоэлектронного оборудования, измерений параметров электромагнитного поля при проведении исследований, в системах радиочастотной идентификации (RFID), сетях беспроводной передачи данных, а также в задачах технической защиты информации.This invention is industrially applicable in the development of promising installations for the calibration of magnetic loop antennas used in solving the problems of electromagnetic compatibility of aviation radio-electronic equipment, measuring the parameters of the electromagnetic field during research, in radio frequency identification (RFID) systems, wireless data transmission networks, as well as in tasks technical protection of information.
Источники информацииInformation sources
1. Бузинов В.С. Установка для поверки рамочных ИНП по образцовому полю индукции / Измерительная техника. 1961. №6. С. 46-48.1. Buzinov V.S. Installation for verification of frame INP according to the exemplary field of induction / Measuring equipment. 1961. No. 6. pp. 46-48.
2. Greene F.M. The Near-Zone Magnetic Field of a Small Circular-Loop Antenna. JOURNAL OF RESEARCH of National of Bureau of Standards - C. Engineering and Instrumentation, October-December 1967, vol. 71C, no. 4, pp. 319-326.2. Greene F.M. The Near-Zone Magnetic Field of a Small Circular-Loop Antenna. JOURNAL OF RESEARCH of National of Bureau of Standards - C. Engineering and Instrumentation, October-December 1967, vol. 71C, no. 4, pp. 319-326.
3. Fano W.G. Standard Electric and Magnetic Field for Calibration. IntechOpen, 2018.3. Fano W.G. Standard Electric and Magnetic Field for Calibration. IntechOpen, 2018.
4. Fujii K., Sakai K., Sugiyama T., Sebata K., Nishiyama I. Calibration of Loop Antennas for EMI Measurements in the Frequency Range Below 30 MHz. Journal of the National Institute of Information and Communications Technology 63 (1), 2016, pp. 71-81.4. Fujii K., Sakai K., Sugiyama T., Sebata K., Nishiyama I. Calibration of Loop Antennas for EMI Measurements in the Frequency Range Below 30 MHz. Journal of the National Institute of Information and Communications Technology 63(1), 2016, pp. 71-81.
5. ГОСТ CISPR 16-1-4-2013. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к аппаратуре для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости и методы измерений. Часть 1-4. Аппаратура для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости. Антенны и испытательные площадки для измерения излучаемых помех. - М.: Стандартинформ, 2014.5. GOST CISPR 16-1-4-2013. Compatibility of technical means is electromagnetic. Requirements for equipment for measuring the parameters of industrial radio interference and noise immunity and measurement methods. Part 1-4. Equipment for measuring the parameters of industrial radio interference and noise immunity. Antennas and test sites for measuring radiated interference. - M.: Standartinform, 2014.
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021106323A RU2021106323A (en) | 2022-09-12 |
RU2790956C2 true RU2790956C2 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1224747A1 (en) * | 1983-11-11 | 1986-04-15 | Предприятие П/Я Г-4493 | Method of determining calibration ratio of loop aerial |
CN101500248B (en) * | 2008-01-31 | 2011-02-02 | 大唐移动通信设备有限公司 | Antenna calibration method and apparatus |
JP2016090459A (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-23 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Calibration method of loop antenna |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1224747A1 (en) * | 1983-11-11 | 1986-04-15 | Предприятие П/Я Г-4493 | Method of determining calibration ratio of loop aerial |
CN101500248B (en) * | 2008-01-31 | 2011-02-02 | 大唐移动通信设备有限公司 | Antenna calibration method and apparatus |
JP2016090459A (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-23 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Calibration method of loop antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109828162B (en) | Electromagnetic interference prediction method and system | |
KR101939757B1 (en) | System for measuring performance of antenna | |
RU2790956C2 (en) | Method for calibration of magnetic frame antennas | |
KR101337343B1 (en) | Method for estimating field uniformity for electromagnetic susceptibility test | |
CN107192891A (en) | A kind of radiation Forecasting Methodology measured based on frequency domain common mode current | |
Ishii et al. | Impedance method for a shielded standard loop antenna | |
US11962363B2 (en) | Load condition detection | |
RU2768011C1 (en) | Method for single-step adaptive determination of coordinates of radio-frequency sources | |
Ulm et al. | Antenna calibration based on near-field to far-field transformation algorithms | |
RU2710604C1 (en) | Method of providing electromagnetic compatibility of radioelectronic equipment mounted on a mobile object | |
Aykan | Calibration of circular loop antennas | |
Shimizu et al. | Location estimation method for unknown signal source | |
Hirose et al. | Antenna measurements by one-path two-port calibration using radio-on-fiber extended port without power supply | |
Togawa et al. | Reflectivity measurements in anechoic chambers in the microwave to millimeter range | |
RU2761478C1 (en) | Method for automated measurement of the levels of electromagnetic radiation in the structural elements of a shielded structure in the required frequency band | |
RU2798753C1 (en) | Method for diagnosing an antenna array | |
Hong et al. | Ka-band electric-field probe calibration system with rotating and linear motion | |
RU2374655C2 (en) | Method of determination of accidental antenna parametres | |
Fujii et al. | An estimation method for the free-space antenna factor of VHF EMI antennas | |
Carobbi et al. | The combined use of measurements and simulations for the low-uncertainty characterization of a reference source of electromagnetic field | |
Ishii et al. | Loop antennna calibration methods in low-frequency | |
Marvin et al. | A comparative study of the signal to noise ratio of received signals in a reverberation chamber and an anechoic chamber | |
Qi et al. | Shared impedance noise coupling in radio receivers | |
Ishii et al. | Comparison between three-antenna method and equivalent capacitance substitution method for calibrating electrically short monopole antenna | |
Stuckey et al. | Statistical determination of electromagnetic compatibility |