ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ АППЛИКАТОРНЫХ АНТЕНН

June 26, 2012 by admin Комментировать »

Манойлов В. Ф., Назарчук Л. Ю. Житомирский государственный технологический университет (ЖГТУ) Житомир, 10005, Украина, Черняховского, 103 Тел.: 8(0412)243130, e-mail: Lnazarchuk@rambler.ru

Аннотация Показана возможность измерения коэффициента усиления аппликаторной антенны с помощью метода отражающего экрана.

I.  Введение

В настоящее время разработаны новые технологии для диагностики и лечения организма человека, основанные на взаимодействии низкоинтенсивных электромагнитных полей СВЧ-диапазона с собственными резонансными молекулярно-волновыми процессами организма [1], [2], [4].

Для регистрации излучения живых биообъектов используют радиометры [3], [4], основными сенсорами которых являются миниатюрные антенныаппликаторы, находящиеся в контакте с исследуемой средой. Чтобы разработать антенну для работы с какой-либо материальной средой, необходимо иметь данные об электрических характеристиках этой среды и связи апертуры антенны в приконтактной области и в объеме среды на различных расстояниях от ее граничной поверхности. Антенны-аппликаторы необходимо согласовывать со средой, так как они работают в ближней зоне.

Одним из основных параметров антенны является коэффициент усиления антенны и коэффициент направленного действия (КНД) [5]. Одним из недостатков измерения коэффициента усиления антенны является необходимость измерения отношения излучаемой и принимаемой мощностей.

Целью работы является разработка метода измерения коэффициента усиления аппликаторной антенны.

II.  Основная часть

Существуют три способа определения коэффициента усиления антенн [5]: 1) путем сравнения с антенной, коэффициент усиления которой известен; 2) путем абсолютного измерения коэффициента усиления; 3) путем вычисления коэффициента усиления по диаграмме направленности. Последний способ не для антенн с узкой диаграммой направленности, так как получающаяся при этом погрешность в определении коэффициента усиления велика.

При определении коэффициента усиления методом сравнения используют эталонную антенну с известным коэффициентом усиления. При этом измерении обе антенны должны быть так ориентированы по азимуту и углу места, чтобы принятый ими сигнал от вспомогательной антенны был максимальным. Определение коэффициента усиления эталонной антенной можно произвести либо расчетным путем, либо при помощи абсолютных измерений.

Сущность метода двух антенн заключается в использовании в качестве приемной и передающей антенн двух идентичных антенн с равными коэффициентами усиления. В этом случае измерения необходимо проводить при условиях: а) установление

определенного расстояния между антеннами и высоты их подъема; б) совпадение линии максимального излучения обеих антенн; в) развязка между генератором и передающей антенной. Одним из недостатков рассмотренного метода является необходимость измерения отклонения излучаемой и принимаемой антеннами мощностей. Более предпочтительным является метод отражающего экрана [6]. Метод состоит в следующем. Антенна, находящаяся в свободном пространстве, согласуется с ее фидером так, чтобы коэффициент стоячей волны был по возможности ближе к 1,1 1,25 [6]. Затем на некотором расстоянии устанавливается металлический экран с поверхностью, достаточно большой, чтобы ее при данном расстоянии считать бесконечной, и снова измеряется КСВН.

При анализе работы этой системы необходимо заменить экран зеркальным изображением антенны. При измерении коэффициента усиления антенны по этому методу необходимо соблюдение следующих условий:

а)     должна быть обеспечена хорошая развязка генератора;

б)    расстояние между антенной и экраном должны соответствовать условию [6], [7]

где R расстояние между антенной и экраном; 1 длина волны в свободном пространстве; d величина раскрыва антенны;

в)     размеры отражающего экрана должны быть такими, чтобы угловой размер экрана превышал ширину основного лепестка диаграммы направленности антенны по нулевому уровню;

г)    антенна должна быть хорошо согласована;

д)     неровности экрана не должны превышать ве-

Л

личины —— .

16

Для уменьшения ошибки в измерении коэффициента усиления, вызываемой отражением от антенны и многократным отражением между антенной и экраном, следует производить измерение коэффициента усиления при двух расстояниях R, и R2, от-

Л

личающихся на величину —.

Коэффициент усиления к в этом случае определяется выражением [5]

где р коэффициент отражения.

Блок-схема измерения коэффициента усиления аппликаторных антенн по данному методу представлена на рис. 1

Рис. 1 Fig. 1

Обычно ограничиваются снятием диаграммы направленности для двух углов ср , отличающихся друг от друга на 90°, то есть снимают диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости. Тогда коэффициент усиления равен:

ку = 4КК ■                                           (2)

Аппликаторная антенна радиометра для диагностики человека, измерянная методом отражающего экрана на частоте 1,5 ГГц имела коэффициент усиления, равный 7 7,2 дБ. Антенна была выполнена в виде круглого волновода, работающего в запредельном режиме. Важным свойством такой антенны является слабая связь со свободным пространством, которая осуществляется только краевыми полями.

III.  Заключение

Показана возможность измерения коэффициента усиления аппликаторной антенны радиометра для диагностики человека на основе отражающего экрана.

IV. Список литературы

[1]  Бецкий О. В., Кислое В. В. Волны и клетки. Сер. «Физика», 2/1990. М.: Знание, 1988. -64 с.

[2]  Гайдук В. И. Вода, излучение, жизнь. М.: Знание, серия «Физика», 1991. 64 с.

[3]  Скрипник Ю. О., Манойлов В. П., Яненко О. П. Модуляцшж радюметричы пристроТта системи НВЧд1апазону. Житомир, Ж1Т1, 2001, с. 373.

[4]  Есенкина Н. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1972. -416 с.

[5]  Фрадин А. 3., Рыжков Е. В. Измерения параметров антенно-фидерных устройств. М.: Связь, 1972. 352 с.

[6]  Измерения на сверхвысоких частотах. Под ред.

В.    Б.Штейншлегера. М.: Сов. Радио, 1952. 319 с.

[7]   Тишер Ф. Техника измерений на сверхвысоких частотах. М.: 1963.-367 с.

MEASUREMENT OF AMPLIFICATION COEFFICIENT OF APPLICATORIAL ANTENNAS

ManoylovV. P., Nazarchuk L. U.

Zhitomir State Technological University (ZSTU)

Zhitomir, 10005, Ukraine, Chernyuahovskogo, 103 Phone: 8 (0412) 243130,

E-mail: Lnazarchuk@rambler.ru

Abstract -An opportunity of measurement of amplification coefficient of applicatorial antenna by means of the reflecting screen method is shown.

I.  Introduction

For registration of radiation of alive bio-objects radiometers

[3]   , [4] are used, basic sensors of the radiometers are tiny applicatorial antennas contacting a medium under study. To develop the antenna for work with any material environment, it is necessary to have the data on the electrical characteristics of this environment and connection ofthe aperture ofthe antenna in contact of area and in volume of environment on various distances from its boundary surface. Applicatorial antennas are necessary for coordinating with environment, as they work in a near zone.

One ofthe basic parameters ofthe antenna is amplification coefficient of the antenna and directed action coefficient [5]. One of lacks of measurement of amplification coefficient of the antenna is the necessity of measurement ofthe relation of radiating and accepted power.

The purpose of work is the development of a method of measurement amplification coefficient of applicatorial antenna.

II.  Main part

There are three ways of definition of amplification coefficient of antennas [5]: 1) by comparison with the antenna, amplification coefficient of which is known; 2) by absolute measurement amplification coefficient; 3) by calculation of amplification coefficient under the diagram of an orientation. Last way is not intended for antennas with the narrow diagram of orientation, as far as the error for a coefficient is great.

At definition of amplification coefficient by a method of comparison the reference antenna with known amplification coefficient is used. At this measurement both antennas should be focused in this way on an azimuth and corner of a place to provide maximal signal accepted by them from the auxiliary antenna.

The essence of a method of two antennas is in use of two identical antennas with equal amplification coefficients as reception and transmitting antennas. In this case measurements shall be carried out under the following conditions:

a) fixing of specific distance between antennas and height of their rise; b) concurrence of the maximal radiation lines of both antennas; c) uncoupling between the generator and the transmitting antenna. One ofthe considered method disadvantages is the necessity of measurement of radiated and accepted power deviation by means of antennas. More preferable method is the method ofthe reflecting screen [6]. The method consists of the following. The antenna in free space is controlled by the feeder to provide possibility of standing wave coefficient as close to 1,1 1,25 [6] as possible. Then the metal screen with a surface is installed at a distance, the screen surface is large enough to consider it as infinite, and a standing wave coefficient is measured again.

It is necessary to replace the screen with the mirror image ofthe antenna to analyze operation of this system.

III.  Conclusion

The opportunity of amplification coefficient measurement for radiometer applicatorial antenna to perform diagnostics ofthe human body is shown on the basis ofthe reflecting screen.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты