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 l ₀ расстояние между ними вдоль оси камеры. Тогда разность длин отраженного и прямого лучей (при h << H)

D l» 2 Hh / l ₀. (2.1)

Из условия малого изменения разности путей D l £ l/ 2 в пре­делах рабочей зоны, размер которой задан D H, легко получить допустимое значение высоты излучающей антенны

(2.2)

где

g= arcsin (H/l_о) (2g — угол при вершине рупора). Для рупорной камеры с g=20° h<2,54l, при D H =0,1/ l _о и h<1,27lпри D H =0,1/ l _о. 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

q_p = arctg(l ₀cosg/ H), (2.3)

Для продольной части поверхности прямоугольной БЭК

q_п = arctg(l ₀/2 H). (2.4)

Если для прямоугольных БЭК q_П =4О°, 50°, 60°, 70°, то для рупорной при тех же l₀ и q _Р = 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.