23 февраля 2016г.
Введение.
Радиопоглощающие материалы (РПМ) применяются для решения проблем электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств, защиты компьютерных систем обработки информации от несанкционированного доступа, защиты биологических объектов от электромагнитного излучения, а также для снижения радиолокационной заметности объектов военного и гражданского назначения.В антенной технике широко применяются радиопоглощающие материалы (РПМ) и радиопоглощающие покрытия (РПП), имеющие высокий коэффициент поглощения электромагнитных волн и обеспечивающие эффективное поглощение паразитного электромагнитного излучения радиочастотного диапазона при минимальном его отражении, снятие резонансов в резонирующих объемах СВЧ-блоков.
Целью данного исследования является разработка безэховой камеры (БЭК) для антенных измерений в дальней зоне, способной работать в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах с минимизацией отраженных сигналов в рабочей области пространства БЭК.
Задачи, поставленные для достижения цели:
1) исследование комбинированных радиопоглощающих материалов (РПМ) для увеличения полосы измеряемых частот БЭК;
2) выбор радиопоглощающих материалов, каждый из которых преимущественно рассчитан на работу в отдельном диапазоне частот;
3) оптимизация расположения элементов конструкции из комбинированных РПМ для высокой эффективности в минимизации отраженных сигналов в рабочей зоне.
Типичная БЭК для антенных измерений включает следующие элементы (Рисунок 1): передающая сторона, содержащая источник СВЧ сигнала, усилители (если требуются), передающую антенну и средство связи с принимающей стороной; на принимающей стороне расположены испытуемая антенна, опорная антенна, приѐмник, гетеродин, понижающий преобразователь частоты, устройство позиционирования, системная программа и компьютер.
Ширину частотного диапазона для антенных измерений можно увеличить
за счет применения широкополосных радиопоглощающих материалов, которые сами по себе являются
дорогостоящими. В докладе предлагается использование комбинированных РПМ, состоящих из нескольких типов материалов, каждый
из которых преимущественно рассчитан
на работу в отдельном диапазоне частот.
Оптимизацией расположения элементов конструкции из подобных материалов для конкретного антенного зала возможно
добиться высокой эффективности в минимизации отраженных сигналов в рабочей зоне.
Для использования в составе комбинированного материала
выбраны два типа РПМ: пирамидальный материал, поглощающий электромагнитное излучение в дециметровом и сантиметровом диапазонах, и плоский материал, поглощающий электромагнитное излучение в миллиметровом диапазоне.
Расположение РПМ выбрано в последовательности пирамидальный поглотитель, затем плоский материал и металлический экран. Выбор объясняется тем, что падающая плоская
волна миллиметрового диапазона почти полностью проходит через пирамидальный РПМ и поглощается плоским поглотителем, а волны дециметрового и сантиметрового диапазонов поглощаются пирамидальным. Соответственно, при перестановке местами поглотителей: плоская волна миллиметрового диапазона будет поглощаться плоским РПМ, а дециметрового и сантиметрового диапазонов будут полностью
отражаться от плоского, не доходя
до пирамидального.
Математическое описание
комбинированного материала, состоящего
из двух РПМ и металлического экрана (Рисунок 2) можно представить с помощью ориентированного графа (Рисунок
3).
Коэффициент отражения от сечения
a-bпо правилу
не касающегося контура
[2] можно представить как:
Коэффициент передачи
комбинированного радиопоглощающего материала
зависит от переменных
r1, r2, r3, то есть расстояний между материалами.
Частотные зависимости коэффициента передачи и коэффициента отражения
материалов могут быть найдены с помощью компьютерной модели в программе
электродинамического моделирования. Пример модели показан в среде CST STUDIO SUITE (Рисунок 4), при условии падения плоской
волны с учетом отражения
по нормали.
Коэффициент отражения комбинированного радиопоглощающего материала определялся путем измерения коэффициента передачи.
Таблица 1
Зависимость коэффициента отражения от угла рассеивания.
|
Угол рассеивания
|
Коэффициент отражения
|
|
0˚
|
- 25 дБ
|
|
15˚
|
- 28.42
дБ
|
|
30˚
|
- 31.04
дБ
|
|
45˚
|
-29.99 дБ
|
|
60˚
|
- 32.68
дБ
|
|
75˚
|
- 39.8 дБ
|
|
90˚
|
- 32.68
дБ
|
Вывод.
Для обеспечения широкополосности антенных
измерений путем комбинирования наиболее предпочтительными для минимизации отражения сигналов являются
комбинация пирамидального и плоскогорадиопоглощающих материалов. В результате
математического описания комбинированного материала методом графов
выведена зависимость коэффициента передачи от расстояний между радиопоглощающими материалами, что позволяет существенно сократить время на определение оптимальных интервалов между материалами для обеспечения минимального коэффициента передачи.
Список литературы
1.
AgilentTechnologies. Руководство по выбору,
2006
2.
Силаев М. А., Брянцев С.Ф. Приложение матриц и графов
к анализу СВЧ устройств, М., Издательство
«Советское радио», 248 стр.
