Типы камер для второй группы измерений
Для второй группы, включающей большинство антенных измерений, отражения от части поверхности в ряде современных безэховых камер используются для формирования поля в безэховой зоне. Это, конечно, стало возможным лишь в связи с присущей этой группе измерений неподвижностью источника излучения и линии связи в пространстве БЭК.
Рупорная безэховая камера.Примером БЭК, у которой отражения от поверхности используются для формирования поля в безэховой зоне, является рупорная безэховая камера [8, 25, 35] (рис. 2.6), широко применяемая в последние годы в практике антенных измерений [67].
 |
Камера имеет вид пирамидального рупора, в небольшой по объему суженной части которого помещается облучающая антенна, абольшая по объему прямоугольная часть камеры служит для проведения испытаний. При правильном расположении облучающей антенны вблизи вершины рупорной камеры фазы прямого лучa и лучей, отраженных от пирамидальной части поверхности камеры, различаются незначительно. При этом образуется медленно меняющаяся пространственная интерференционная картина, которая характеризуется плавным изменением амплитуды поля в рабочей зоне. Уменьшение отражений от поверхности, замыкающей основание рупора и ограничивающей большую прямоугольную часть камеры, обеспечивается или высококачественными РПМ, или другими методами, о которых будет сказано дальше.
Еще раз подчеркнем, что для реализации свойств рупорной камеры облучающая антенна должна устанавливаться достаточно близко к вершине. Обозначим через hвысоту излучателя и Н высоту исследуемой антенны над плоскостью отражающей поверхности рупорной камеры, а через l0 расстояние между ними вдоль оси камеры. Тогда разность длин отраженного и прямого лучей (при h << H)
Dl » 2Hh/l0. (2.1)
Из условия малого изменения разности путей Dl £ l/2 в пределах рабочей зоны, размер которой задан DH, легко получить допустимое значение высоты излучающей антенны
(2.2)
где
g=arcsin (H/lо) (2g — угол при вершине рупора). Для рупорной камеры с g=20° h<2,54l, при DH =0,1/lо и h<1,27lпри DH=0,1/lо. Указанные оценки подтверждаются и многочисленными экспериментальными исследованиями.
С ростом рабочей частоты поместить облучающую антенну достаточно близко к вершине рупора становится все труднее. На рис. 2.8 приведено устройство, позволяющее осуществить запитку пирамидального рупора и в этом случае. При этом представляет определенные трудности измерение поляризационных характеристик антенны. Другой путь осуществления запитки заключается в подавлении в сантиметровом диапазоне волн отражений от пирамидальной части поверхности рупорной камеры [67]. Для этого используется облучающая антенна с большим коэффициентом усиления, с малым уровнем излучения в направлении бликующих частей поверхности камеры. При этом, однако, условия отражения от РПМ на пирамидальной части камеры хуже, чем у прямоугольной камеры с теми же lо и Н.
Для пирамидальной части рупорной камеры угол падения
qp = arctg(l0cosg/H), (2.3)
Для продольной части поверхности прямоугольной БЭК
qп = arctg(l0/2H). (2.4)
Если для прямоугольных БЭК qП=4О°, 50°, 60°, 70°, то для рупорной при тех же l0 и qР = 590, 67°, 74°, 79°.
Учитывая, что поглощающие материалы эффективно работают при углах падения, не превышающих 60 ¸ 65°, обеспечение безэховости пирамидальной части рупорной БЭК, в тех случаях, когда соотношение (2.2) не соблюдается, представляется затруднительным и целиком решается за счет направленных свойств передающей антенны [64]. Итак, рупорная камера может быть эффективно использована для проведения большинства антенных измерений, входящих в группу I в тех случаях, когда излучающая антенна может быть расположена достаточно близко к вершине пирамидальной части камеры. При этом габариты камеры накладывают определенное ограничение на направленность испытуемых антенных систем. Как правило, они используются для испытания антенн, у которых дальняя зона не превышает нескольких десятков метров.
Безэховые камеры с радиозеркалом. В последнее время все чаще появляются безэховые камеры, часть поверхности которых используется в качестве радиозеркала [67, 68]. В практике измерения антенн сантиметрового диапазона с излучающим раскрывом 1 ¸ 2 м применяются безэховые камеры, одна из торцевых стен поверхностей которых используется в качестве коллиматора, преобразующего поле излучающей антенны в квазиплоское. В зарубежной практике для таких камер принят термин «компактные антенные полигоны» [67].
Трудности создания зеркала качественного коллиматора известны [67]. Даже сравнительно небольшие отклонения профиля зеркала от расчетного могут привести к значительным вариациям амплитуды и фазы поля облучения на апертуре испытуемой антенны. В работе [68] показано, что отклонение поверхности зеркала-коллиматора от расчетного значения на 0,007l вызывает изменение амплитуды коллимированного поля на 0,5 дБ. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике трудности качественного изготовления, контроля и доводки поверхности зеркала-коллиматора преодолены. Другие факторы, принципиально являющиеся причиной искажения коллимированного поля в апертуре испытуемой антенны (см., например, [68]), при создании безэховых камер в значительной мере устраняются. Так, профиль поглощающих продольных поверхностей камеры в пересечении с зеркалом коллиматора образует звездообразную кромку, что резко снижает эффект влияния края.
На рис. 2.7 приведены экспериментальные кривые распределения амплитуды поля вдоль зеркала с обычной (кривая 1) и звездообразной кромкой (кривая 2). Видно, что звездообразная кромка существенно снижает уровень искажений поля за счет краевой волны.
Вынесенный (спрятанный в поглощающую полость) облучатель позволяет уменьшить влияние его поля в зоне испытуемой антенны. И, наконец, наличие поглощающих полостей позволяет уменьшить взаимодействие зеркала-коллиматора с полем, рассеянным испытуемой антенной.
На рис, 2.8 схематически показана безэховая камера для антенных измерений, торцевая часть которой используется в качестве зеркала коллиматора.
На рис. 2.9 приведены кривые распределения амплитуды поля вдоль фронта волны в рабочей зоне, измеренные на модели безэховой камеры описанного типа. Они сняты для различных расстояний по продольной оси камеры. Видно, что в рабочей зоне осцилляции амплитуды поля вдоль фронта волны не превышают 0,3 дБ.
У антенн больших размеров, излучающая апертура которых составляет несколько метров, диаграмма направленности и ее характеристики определяются расчетным путем по измерениям в ближней зоне. С точки зрения характеристик безэховости эти измерения принадлежат к группе III, что и определяет типы применяемых безэховых камер. Итак, для измерений группы I, включающих большинство измерений характеристик излучения
 |
антенн, излучающая апертура которых не слишком велика, наряду с камерами, обеспечивающими условия свободного пространства, пригодными и для других групп измерений, широко используются специфические камеры типа рупорной или с коллиматором, пригодные лишь для измерений с неподвижной излучающей антенной.