Методичка - лаб.СВЧ_Е2
.pdfтом. |
В |
ограниченных |
пределах |
изменения угла поворота |
j r зависи |
мости |
6 f i ( ? ) |
и &= з' г С |
можно привести в соответствие с |
||
учетом |
принципа зеркального изображения тела в экране. |
||||
|
Измерение характеристик рассеяния отражателей с использованием |
||||
эффекта |
Доплера имеет ряд достоинств по сравнению с |
другими метода |
|||
ми. Это, прежде всего, уменьшение влияния отражений от неподвижных окружающих предметов, неизбежно находящихся в помещении ограниченно го объема. Лабораторная установка для измерения характеристик рассе яния предназначена для работы на частоте 15 ГГц, схема ее изображена на рис.13. С помощью двойного Т-образного моста производится разде ление для создания излученного и опорного сигналов.
При измерении диаграммы ЭПР сигнал, |
отраженный от объекта. А, |
||
принимается антенной A i, |
переключатель П |
в |
положении 1 . При измере |
нии индикатрисы рассеяния |
переключатель П |
в |
положении 2 . Сигнал, |
отраженный от объекта А и переотражепный полупрозрачним экраном Э, принимается антенной А2. Смешивание опорного сигнала с одним иэ от раженных сигналов осуществляется балансным смесителем (БС), на выход
которого включен узкополосный |
ПЧ |
усилитель, настроенный на частоту |
|
доплеровского сдвига. Линейность |
усиления сохраняется до значения |
||
выходного напряжения, равного |
2 ,5 И, что |
позволяет непосредственно |
|
на выход усилителя подключать |
самописец |
(СП). Вентили B I, В2 и цир |
|
кулятор включены дли развязывания приемного и передающего трактов. Экран размером 0,5x1 выполнен из диэлектрика ( £ = 2 ,5 ) . Исполь зуемый в работе кривопжпно-шатунный механизм позволяет закрепленно му на нем обьекту совершать возвратно-поступательное движение. Спе циальный механизм осуществляет поворот рассеивателя одновременно с его линейным движением, это позволяет измерить диаграмму ЭПР.
Настройка макета на заданной частоте ВЧ сигнала производится при движении эталонного рассеивателя - диска диаметром 10 см по мак симальному значению выходного сигнала.
Калибровка детектора выполняется с помощью регулируемого атте нюатора, включенного непосредственно перед передающей антенной, и состоит в проверке линейности детекторной характеристики в рвбочей точке, задаваемой неизменным опорным сигналом. Следует учесть, что
при измерении ЭПР сигнал через |
аттенюатор |
проходит дваиды. |
|
Величину ЭИР исследуемого |
рассеивателя измеряют путем сравнения |
||
с известной |
ЭПР эталонного диска. При нормальном падении волны на |
||
плоскость диска с площадью 3 |
ЭПР диска |
определяется по формуле |
|
6 0 —Ч31Эг |
• Величина соответствующего |
выходного сигнала прини |
|
мается за начальный уровень (0 дБ). |
|
||
Ошибки при измерении характеристик рассеяния описанным методом |
|||
обусловлены |
отличием облучающего поля от |
плоского и влиянием разного |
|
рода паразитных рассеяний, вызываемых движущимися частями установхи, а также неподвижными предметами, вызывающими переотражения сигнала, который из-за движения объекта оказывается частотно-модулированным, как и полезный отраженный сигнал.
В данной лабораторной установке измерение иццикатрисы рассеяния
производится |
с помощью неподвижной антенны, принимающей сигнал, пе- |
|
реотраженный |
от диэлектрического экрана. На рисЛ4 угол |
опре |
деляет положение приемника, занимаемого при обычном измерении инди катрисы рассеяния тела, помещенного в точке В, а угол у опреде ляет такой поворот экрана, чтобы отраженный луч пришел в точку С,
где |
реально |
расположен приемник. Связь между углами у и |
по“ |
|
лучается в |
виде уравнения для |
у |
|
|
J |
„ CDSу Vr</« - у„У+ ( х с - х м)z'+ Схс -зс„) |
|
||
Ч г ~ |
|
’ |
(28) |
|
гдё |
и |
l j м определяются |
из следующих соотношений: |
|
|
|
|
х м=АВ |
|
t g Y / ( t 9 y+-tyr ) |
> |
|
||||||
|
|
Ум** |
|
|
У |
|
|
|
|
|
Ч‘ |
|
С/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Решая уравнение |
(28) |
от |
|
L |
% |
|
|
||||
носительно |
у |
, |
получим |
кри |
|
|
|
|
|
||||
вую, |
отражающую связь |
углов У |
Г |
\ |
|
/ |
I |
||||||
и |
Y • Для данной установки |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
размеры АВ Хс и |
у с |
таковы, |
|
|
|
|
1 |
||||||
что |
|
зависимость |
f'C*/) |
линей |
|
к |
\ |
---- |
1 |
||||
на |
при изменении |
|
в |
преде |
|
1 |
|
||||||
|
----------- .__и д |
|
|||||||||||
лах |
|
± 15°, |
причем |
У* - |
0 ,9 |
|
|
|
М |
|
В х |
||
|
|
|
где |
у о обозначен |
|
|
|
|
|
||||
угол |
поворота |
экрана, |
при ко |
|
|
|
|
Рис. № |
|||||
тором иццикатриса имеет |
максимум, |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Заметим, что дополнительное ограничение пределов |
изменения уг |
||||||||||
лов |
|
из-за изменения доплеровского |
сдвига |
частоты |
F |
при повороте |
|||||||
экрана не играет существенной роли. Хотя скорость объекта в данной установке изменяется по более сложному закону, чем синусоидальный,
будем считать, |
что максимальную амплитуду имеет спектральная |
соста |
|||||||
вляющая с частотой F |
.Е сл и |
считать допустимым изменение |
F |
в |
|||||
пределах полосы пропускания усилителя НЧ |
2 А/ , то |
допустимое |
изме |
||||||
нение угла |
У* |
при измерении |
индикатрисы |
найдем из |
соотношения |
|
|||
(F - 2 & f)/F - ( 1+ cos V) / 2 |
Подставив значения |
3 ,5 |
Гц и |
||||||
F я 84 Гц, |
получим |
У ’ = +25°. |
|
|
|
|
|
||
|
|
Список литературы |
|
|
|
|
|||
1 . Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов.радио, 1975. |
|||||||||
2 . Уфимцев П.Я. Метод краевых волн в физической |
теории .дифрак |
||||||||
ции. М.: Сов.радио, 1962. |
|
|
|
|
|
|
|||
3 . Майзельс Е .Н ., |
Торгованов |
В.А. Измерение характеристик рассе |
|||||||
яния радиолокационных целей. М.: |
Сов.радио, 1972. |
|
|
|
|||||
Р а б о т а У. Дифракция электромагнитных волн на полуплоскости
Введение. Явление дифракции можно наблвдать в тех случаях, ког да на пути распространения электромагнитных волн находятся препят ствия - тела произвольной формы, или если электромагнитные волны
проходят через отверстия в непрозрачных экранах. Геометрическая оп
тика дает решение, согласно которому за |
экраном находятся две |
облас |
||
ти - "свет" и "тень", с |
резкой |
границей |
ме?вду ними. |
|
В реальной ситуации |
из-за |
дифракции электромагнитных волн |
гра |
|
ница размывается и получается довольно сложная картина распределения
интенсивности электромагнитных волн. Явления дифракции тем сильнее |
|
выражены, |
чем меньше размеры экранов и отверстий в них по сравнению |
с длиной |
волны. |
Цело |
работыизучение явления дифракции электромагнитных волн |
на идеально проводящей полуплоскости. |
|
Методические указания. Пусть в свободном пространстве находится полуплоскость и параллельный ее ребру источник цилиндрической волны -
нить с "электрическим" |
или "магнитным" |
током (р и сЛ ). |
|
|
|
||||
|
Точка |
|
Введем |
цилиндрическую |
|||||
|
систему |
координат |
'l, |
|
% |
||||
|
наблюденияL |
|
|||||||
|
|
|
так, |
чтобы ось 2 |
совпадала |
||||
|
|
|
с ребром полуплоскости. Коор |
||||||
|
|
|
динаты источника |
обозначены |
|||||
|
|
|
</>Q |
т0 |
Рассмотрим два |
част |
|||
|
|
|
ных случая |
воэбуздения |
элек |
||||
|
|
|
трического |
поля: |
|
|
|
||
|
|
|
тока |
I) |
нитью "электрического" |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uст ояник |
К Полуплоскость |
j zе= - i ( a p z В ( z - г |
|
|
|||||
|
£) |
нитью "*магнитного |
то- |
||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
ка |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. i |
|
j!~ -L < om z 8 (г - г с |
|
|
||||
Здесь р 2 |
и т ^ |
- соответственно электрический |
и магнитный- |
||||||
Моменты нити на единицу длины ; СО« |
; |
8 ( |
|
|
- |
дву |
|||
мерная дельта-гфункция. В первом случае электрическое поле Е^Е# Удовлетворяет уравнению
и граничным условиям
Е= 0
Во втором случае |
магнитное поле |
удовлетворяет урав |
||
нению |
|
|
|
|
и граничным условиям |
дН. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xh |
|
|
|
|
ду |
= |
0 |
|
|
|
|
||
|
|
У - 0 , 2 л |
|
|
Решение последних неоднородных уравнений, полученное методом |
||||
разделения переменных, представляется в виде: |
|
|
||
2svikгр2 L |
Зуг(кг)Нуг(к70)зСп 4р"sin |
(г<г^ |
||
|
|
(if г Ч S in S it |
>(г > г 0), |
|
2 jcikzp2 Z З3/г (к г0)Н ф (иг) - cn2S^°s in |
||||
2 x i k zm2 Z £ s J S/2M H s/2( ( K Z 0 ) c o s COS
H'z= <' |
V 7 |
Г |
^ |
S*f |
$4* f |
|
|
2Л i К |
£ 5 ^ s/ |
z |
^ $ /2 |
2 |
C0$~2~ |
|
£ o |
Z > |
£ 1 |
£ г Г |
1 |
|
В дальнейшем воспользуемся асимптотической формулой для функций |
||||||
Ханкеля |
при больших аргументах |
К 7 0 >> 1 |
|
|
||
- < W ) e
Тогда полученные решения в области Ъ <■Т0 принимают вед:
Г 2» |
- i — |
( K z ) s in -|r |
|
|
|
Е 2Л 1К2рг И ^ (к ч 0)2 _ , е |
* |
s i n |
; |
||
<*># |
|
. 31S |
|
|
|
Hz~ 2 n i K zm £ H 0 )(/< 7 ^ £ _ i £ s e |
4 J s , |
( к г ) c o s |
4т c o s |
y-- |
|
5= 0 |
|
|
|
|
|
Эти выражения дают решение |
поставленной |
задачи, однако они труд |
|||
но поддаются анализу и неудобны для счета.
|
Проведя некоторые |
преобразования |
(достаточно подробно изложен |
|
ные |
в работе П.Я.Уфимцева)* последние выражения можно записать в раз |
|||
ных |
секторах |
угла V |
в следующем виде. |
|
|
1. |
I область |
( 0 ^ У ^ 31 |
— S^o . наличие падающей, отра |
женной и цилиндрической |
волн): |
|
||
F ( г ,</•)= е х р [ - 1 к г c o s ( tf - ,f o ) ] ( ^ ) e x p [ - L K z c o s 0 f + % )]-
e x p [ i ( к г + #/ )] f |
1 |
. |
1 |
|
2 V 2 я к г |
\ c o s |
|
|
с o s — t ^ |
2 . Г р а н и ц а I и И о б л а с т е й ( * f = i — */0 , н а л и ч и е п а д а ю щ е й ,
и с к а ж е н н о й , о т р а ж е н н о й и ц и л и н д р и ч е с к о й в о л н ) :
F (z , </)= е х р [ - 1к г cosO f- % ) ](Т ) e s c p l- iK z cos (г+ К ) ] ! у ±
|
|
|
. |
- V K:■ |
* ) |
' ' |
*■* |
'-v-i: |
*■--'V» ’/:A |
Уфимцев П.Я. Метод краевых |
волн в физической теории дифракции. |
|||
М.: Сов.радио, |
1962. |
|
'•••£ ^ |
• |
|
жкг cos |
n Г к Г c W , |
+ т* Ч > < я - % |
= 2 v ~ 7 r c o s — z — |
» |
|
n f f L i z ' ) |
|
cf'JE .j.z's |
|
|||
Здесь |
4 |
2 * ' / |
и |
^ \ |
2 |
/ |
” интегралы Френеля, |
определяете |
следующим образом: |
|
|
|
|||
c |
{ |
f i 2) |
= |
J |
COS |
f |
) Zd ) ; |
|
|
|
|
О |
|
|
|
S i f * ' ) * ! SinT ^ d)
Для расчетов |
по приведенным формула?-! удобно воспользоваться |
таблицей значений |
A( u ) = f f ± “Ч=Г (С (и) +j S Си)) J |
u |
-4 ,0 |
-3 ,5 |
-3 ,0 |
A CLL) |
0,0562 |
0,0642 |
0,0748 |
|
|
|
|
U |
-1 ,0 |
- 0 ,5 ' |
- 0 ,2 |
. A ( u) |
0,2027 |
0,3079 |
0,4098 |
U |
0 ,8 |
1,0 |
1 ,2 |
A Cu) |
1 ,0141 |
1,1222 |
1,1703 |
U |
2 ,0 |
2,1 |
2 ,2 |
A C LO |
0,9187 |
0 ,9833 |
1,0498 |
- 2 ,5 |
-2 ,0 |
-1 ,5 |
|
0,0895 0 .Ш 0 |
0,4449 |
|
|
0 ,0 |
0 ,2 |
0 .4 |
0 .6 |
0,5000 |
0,6099 |
0,7302 |
0,8779 |
1 ,4 |
5 ,6 |
5 ,8 |
|
1,1315 |
1,0115 |
0,8942 |
|
2 ,3 |
2 ,4 |
2 ,5 |
|
1,0904 |
О CO CD |
1,0414 |
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы |
|
u |
2 ,6 |
2 ,7 |
2 ,8 |
2 ,9 |
3,0 |
3,1 |
A Си) |
0,9728 |
0,9232 |
0,9 3 0 3 |
0,9892 |
1 ,0524 |
1 ,0717 |
U |
3 ,2 |
3 ,3 |
3 ,4 |
3 ,5 |
3 ,6 |
3,7 |
A ( u ) |
i ,0318 |
0,9642 |
0,9341 |
0,9757 |
i ,0413 |
1 ,0586 |
U |
3 ,8 |
3 ,9 |
4 ,0 |
|
|
t |
A ( u ) |
1 ,0086 |
0,9491 |
0,9602 |
|
|
|
О' v
дрической волн):
i
-LKXCOS0f-%) Q
F(r, *f)=e
|
|
|
|
z V |
2 Я К Т |
COS ± * L |
G . C O S ™ |
|
4 , |
Граница IT и IT областей |
( У7,^ |
JC + |
, |
наличие иска- |
|||
кенной падакхцей и цилиндрической волн): |
|
|
||||||
Р (г,ч>)= expf-cK zcosC v -yJJ^ -f - |
|
|
||||||
|
|
|
exp[i(Ki->3ifoj] |
|
|
|||
+ * s |
т * 2, |
"* 2^2якг |
cos |
|
+ |
= Ф ‘Д я г + % ; |
||
|
|
|
||||||
|
|
% |
cos |
4’ - % |
|
— =Ф ¥ > о с + 'о » |
||
|
|
|
—^— |
|
||||
5 . |
Область Ж ( ОС-*■ V© < У* — |
. наличие цилиндрической |
||||||
волны): |
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
ехр[1(кг+зг/у)] |
|
© COS У>+% |
|||||
F(x,y) = - |
2 т ! 2 я к г |
|
cos •f-% |
|||||
|
|
|
||||||
Верхний знак, обведенной в кружок, соответствует Е-поляризации, а нижний - Н-поляризации.
Рассмотрим частные случаи.
1* Полуплоскость отсутствует; при этом можно считать, что ребро (р и сЛ ) опускается вниз:
г о * 0 0 ; V, = я - , < / - л
Тогда согласно формулам для области Л будем иметь только пада ющие волны
EZ / Е 0 2 ^ |
Н2 / НОЯ |
= еХ Р С~ 1 КЪ ) |
|
Z. Полуплоскость вырождается в плоскость |
|
||
%о — |
» |
V ’ — |
О |
Формулы X области |
определяют |
падаюцие и |
отраженные волны: |
Ez /Ео2= ехр[- Lкг cos6/-%)]- ехр[- ixicos ('/’+% ')];
Н2/Н0 =exp[-iKzcos('f-%)]+ ехр[-Скгcos (V+ 9C) ]
3 .. y>= 0 или - точка наблюдения находится на полуплос кости ; в этом случае из формул пЛ и 5 найдем
|
£ г = 0 |
и дН2 / ду> - 0 , |
|
|
|
что свидетельствует о выполнении граничных условий |
не полуплоскости. |
||||
4 .. У*= Ж+ Ч*0 “ точка наблюдения находится |
точно на |
границе |
|||
"света" и "тони" ; согласно |
формулам п.4 , |
получаем следующие |
выраже |
||
ния: |
|
|
|
|
|
Ех |
j |
J |
exp[i(*z+3> -fit) ] |
||
7 — = - о - e x p ( i K 7 ) - - ^ - ■ |
|
; |
|||
02 |
у2згкч sin Vo |
H2 |
j |
, _ / |
exp[i(«t 1-л/ч) ] |
|
— |
- у |
ехрикг) + -х |
— |
,---------- |
'<« |
|
|
\J23i кг |
s in lfo |
Если точке наблюдения находится достаточно далеко от полуплос кости, т .е . 1/2 л к г $ in % > > ft то
Ie*/e*oIx I hz Ihzo J - 1 / 2
Описание лабораторной установки. Лабораторная установка для ис следования дифракции электромагнитных волн представлена на рис.2 . В состав макета входят:
N
\
\
1)перестраиваемый генератор [’4-126 или ему подобный ;
2)переключатели поляризации - 2 шт ;
3)две антенны, представляющие собой скалярные секториальные рупоры с размерами раскрива 23x120 мм ;
4)волноводная детекторная секция ;
5)измерительный усилитель типа ВВ-7 (измерительотношения на пряжений) или кцу подобный ;
6)плоский металлический лист толщиной 4 - 1 ,5 мм (дюраль, латунь),
способный вертикально перемещаться по боковым направляющим ;
во