Top.Mail.Ru
Способ и устройство для измерения напряженности...

Способ и устройство для измерения напряженности электромагнитного поля (патент).

Способ и устройство для измерения напряженности электромагнитного поля (RU 2337370):G01R29/08 — для измерения характеристик электромагнитного поля

1. Способ для измерения напряженности электромагнитного поля частотой от 300–3000 МГц, включающий прием сигналов антенной, преобразование в тепловую или другой вид энергии с последующей обработкой системой измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности в ближней и в дальней зонах приема, снижения электропотребления, принятый сигнал детектируют СВЧ-детектором, направляют на балансный модулятор и производят его разбалансировку, получают измененное напряжение, пропорциональное принятому сигналу, фильтруют фильтром сосредоточенной избирательности, усиливают усилителем напряжения, вторично детектируют и регистрируют индикатором магнитно-электрической системы постоянного тока.

2. Устройство, прибор для измерения напряженности электромагнитного поля, содержащий антенну, закрепленную на корпусе, в котором смонтированы радиоэлементы, электрически соединенные в радиосхему, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения (приема), включая микроволновой диапазон, в ближней и в дальней зонах приема (измерения), повышении чувствительности, снижения электропотребления, прибор (приемник-измеритель) выполнен с применением первого СВЧ-детектора для детектирования сигнала, поступающего с антенны, балансного модулятора для изменения напряжения, поступающего с кварцевого генератора (гетеродина), частотного фильтра сосредоточенной избирательности для выделения основной гармоники и подавления побочных гармоник кварцевого генератора (гетеродина), частотный фильтр установлен между балансным модулятором и усилителем, на котором измененное напряжение усиливается, после чего вторым детектором детектируется и регистрируется индикатором магнитоэлектрической системы, электропитание элементов осуществляется от источника постоянного тока.

Способ и устройство для измерения напряженности электромагнитного поля

Авторы патента:
Рыбников Юрий Степанович (RU)
Александров Валерий Борисович (RU)

Изобретение относится к электронной технике, точнее к измерительным приборам, измеряющим напряженность электромагнитного поля в радиодиапазонах.

Достаточно хорошо известны способы и приборы для измерения электромагнитного поля в СВЧ-диапазоне, называемые как методы измерения мощности СВЧ колебаний:

1. Измерение мощности генератора электромагнитных колебаний ваттметрами поглощающего типа.

В этом случае измеряемая мощность полностью рассеивается на измерительном эквиваленте нагрузки с последующим измерением мощности теплового процесса. Поскольку нагрузка должна полностью поглощать измеряемую мощность, то использование прибора возможно лишь при отключенном приборе.

2. Измерение электрической мощности, выделяемой в нагрузке, полное сопротивление которой может быть произвольно. В этом случае между генератором и нагрузкой включают специальное устройство, преобразующее в другую фору лишь незначительную часть передаваемой по линии энергии и не нарушающее процесс ее передачи.

3. Измерение мощности с помощью резистивных термочувствительных элементов методом измерения малых мощностей, на котором построены промышленные ваттметры, является метод измерения сопротивления резистивного термочувствительного элемента (терморезистора) при рассеянии на нем электромагнитной энергии. В качестве терморезисторов используют болометры, сопротивление которых растет с повышением температуры и термисторы, сопротивление которых падает с ростом температуры.

Термисторы имеют преимущество перед болометрами в более высокой чувствительности и большей устойчивости к перегрузкам.

Измерение сопротивления терморезистора при рассеянии в нем электромагнитной энергии измеряют с помощь мостовых схем.

Неуравновешенные мосты применяют для измерителей мощности по типу приборов прямого действия; уравновешенные — в ваттметрах, основаны на методах сравнения. Недостатками этих мостов являются малые точности измерения.

4. Измерение мощности термопарами.

Метод измерения основан на регистрации значения термоЭДС, возникающей при нагревании термопары СВЧ-энергией. В СВЧ-диапазоне применяют термопары в виде тонких металлических пленок, напыленных на диэлектрическую подложку. Недостаток — ограниченный верхний уровень динамического диапазона, неустойчивость к перегрузкам, ограничивающая допустимое значение средней мощности при измерении импульсных сигналов.

5. Калориметрический метод измерения мощности основан на преобразовании электроэнергии электромагнитных колебаний, поглощаемых согласованной нагрузкой, в тепловую. Калориметрический измеритель состоит из двух частей: поглощающей нагрузки и измеритель температуры. Мощность, поглощаемая в водяной нагрузке с проточной водой, определяют по разности температур.

Недостаток — достаточно сложен, громоздок и не мобилен, высокая погрешность из-за косвенных измерений.

6. Методы измерения проходящей мощности.

Проходящую мощность электромагнитной волны можно измерить ваттметрами с направленными ответвителями и приборами измерителями мощности на преобразователях Холла с поглощающей стенкой.

6.1. В волноводных измерителях мощности падающие и отраженные волны СВЧ-энергии разделяют волноводным направленным ответвителем. По главной волновой линии распространяется падающая волна от генератора к нагрузке и отраженная от нагрузки к генератору. Вспомогательная волновая линия работает в режиме согласования. Падающая волна поступает на ваттметр, а мощность отраженной волны рассеивается на согласованной нагрузке. Недостаток — очень сложная структурная схема и настройка.

6.2. Измерение мощности преобразователями Холла.

Полупроводниковые преобразователи (датчики) Холла, по которым течет ток, возбуждаемый электрополем с напряженностью Е, помещают в магнитное поле с напряженностью Н, то между точками, лежащими на прямой, перпендикулярной направлениям протекающего тока I и магнитного поля, возникает разность потенциалов. Для измерения такой мощности пластину полупроводника — пластинку Холла — помещают в волновод. Недостаток — практическая реализация ваттметров на эффекте Холла — достаточно сложная задача в силу многих факторов, используемых при измерении.

7. Ваттметры на основе эффекта «горячих» носителей тока.

В теории полупроводников этот эффект называют разогревом носителей зарядов. Неоднородный разогрев полупроводниковой пластины возбуждает поток носителей зарядов из горячей области в холодную, при этом ток I=0. При «разогреве», осуществляемом энергией СВЧ-поля, по значению ЭДС можно судить о мощности СВЧ, проходящей через пластину. Ваттметры на основе «разогрева» носителей зарядов позволяют непосредственно измерять импульсную мощность при длительности импульсов до 0,1 мкс. Основным узлом в приборе является приемный преобразователь с полупроводниковым элементом и измерительное устройство с цифровым отсчетом.

Указанные способы измерений не способны улавливать сигналы излучений с модуляцией импульсного характера.

Широко известные приборы — измерители электромагнитных излучений типа EMR-200, EMR-300, EMR-20/30. Указанные приборы предназначены для измерения в ближней зоне приема (непосредственно около источника излучения) и обладают более низкой чувствительностью, чем предлагаемое изобретение. Цифровая шкала указанных приборов не обеспечивает регистрацию излучений с модуляцией импульсного вида (ИКМ) радиорелейной связи в диапазоне 900–1800 МГц.

Аналогичные недостатки имеют и приборы типа П3–31, П3–40, П3–41, П3–18, П3–19, П3–20, в конструкции которых используется набор антенн-преобразователей, работа которых основана на нагревании тонких резистивных пленок при воздействии их с электромагнитным излучением (режим непрерывной генерации — НГ) и регистрацией нагрева тонкопленочным термопарным элементом, а также короткие диполи и рамочные антенны, совмещенные с микропроцессорным устройством.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является измеритель помех П4–4 (ИП-25), обладающий высокой чувствительностью, однако только в диапазоне до 20 МГц, и имеет большое электропотребление.

Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, обладающих высокой чувствительностью измерения как в ближней, так и в дальней зоне приема в широком диапазоне частот, включая микроволновой, и снижение электропотребления.

Цель достигается за счет изменения принципиальной радиосхемы преобразования сигналов электромагнитных излучений в микроволновом диапазоне с применением кварцевого генератора (гетеродина), балансного модулятора, фильтра сосредоточенной избирательности и резонансных приемных антенн.

Описание способа изобретения для измерения напряженности электромагнитного поля.

Показано на фиг.1

Съемно-закрепленная на корпусе 1 антенна 2 принимает сигнал 11 в виде электромагнитного излучения микроволнового диапазона. Первым СВЧ-детектором 3 сигнал 11 детектируют в сигнал 12. Балансный модулятор 4 запитывают напряжением 13 кварцевого генератора (гетеродина) 5.

Балансным модулятором 4 напряжение 13 кварцевого генератора (гетеродина) 5 подавляют в напряжение 14.

При подаче сигнала 12 на балансный модулятор 4 производят его разбалансировку и на выходе последнего получают измененное напряжение 15 пропорционально поступаемому сигналу 12.

Измененное напряжение 15 фильтруют частотным фильтром сосредоточенной избирательности 6, выделяют основную гармонику 16, затем ее усилителем напряжения 7 усиливают, детектируют вторым детектором 8 и регистрируют индикатором 9 магнитоэлектрической системы постоянного тока.

Электроснабжение осуществляется источником постоянного тока 10 напряжением 9–12 вольт при потреблении тока 10–12 mA.

Описание устройства по реализации способа для измерения напряженности электромагнитного поля

Показано на фиг.2

Прибор имеет корпус 1, антенну 2, СВЧ-детектор 3, балансный модулятор 4, кварцевый генератор (гетеродин) 5, между балансным модулятором 4 и усилителем 7 установлен фильтр сосредоточенной избирательности 6, детектор 8, индикатор магнитоэлектрической системы постоянного тока 9, источник питания постоянного тока 10.

Описание работы способа и устройства для измерения напряженности электромагнитного поля

Показано на фиг.1

Электропитание подают от источника 10 напряжением 9 В, при этом кварцевый генератор (гетеродин) 5 вырабатывает собственное автоколебание частотой, зависящей от характеристик кварцевого резонатора.

Балансный модулятор запитывают напряжением 13 кварцевого генератора (гетеродина) 5.

Регулируют балансный модулятор 4 переменным (подстроенным) сопротивлением и подавляют напряжение 13 в напряжение 14.

Подают сигнал 12 на балансный модулятор 4 и производят его разбалансировку, при этом подавленное напряжение 14 изменяют в напряжение 15 пропорционально поступаемому сигналу 12.

Измененное напряжение 15 фильтруют частотным фильтром сосредоточенной избирательности 6, выделяют основную гармонику 16, затем ее усилителем напряжения 7 усиливают, детектируют вторым детектором 8 и регистрируют индикатором 9 магнитоэлектрической системы постоянного тока.

Обсуждения статьи на форуме.

Источники ирформации

1. А.В. Трубицин. Электромагнитные поля и безопасность жизнедеятельности. Москва, 1996 г.

2. Каталог. Приборы для измерения и контроля магнитных и электрических полей и электромагнитных излучений. Москва, МГП ВНТОРЭС им. А.С. Попова, 1992 г.

3. Н.С. Лившиц, Б.Е. Телешевский. Радиотехнические измерения. Москва, «Высшая школа», 1968 г.

4. И.П. Жеребцов. Введение в технику дециметровых и сантиметровых волн. «Энергия» Ленинград, 1976 г.

5. О.Л. Муравьев. Радиопередающие устройства. Москва, «Связь»,1976 г.

6. Электрорадиоизмерения. Под редакцией д.ф.м.н., профессора А.С. Сигова. Москва, «Форум — Инфра — М», 2004 г.

7. Ю.Д. Белик, В.К. Битюков, В.И. Нефедов, A.M. Чешев. Основы радиоэлектроники и связи. Москва, 2004 г.

8. Веб. информация.

Рыбников Ю.С.

1641
Комментарии (7)
  • 30 июля 2015 в 12:57 • #
    Александр Балыкин

    Юрий Степанович, мой к Вам вопрос.
    Я работаю спортивным психологом и пользуюсь для проведения диагностики спортсменов прибором, измеряющим КГР (измеряемое сопротивление от 3 кОм до 200 кОм). Электрод даю в руку спортсмена и на словесные стимулы наблюдаю реакцию нервной системы, которая отображается в изменении сопротивления кожи.

    Сложность в том, что при малейшем движении руки или тела КГР изменяется. Вот и появилась мысль, а может быть есть прибор, которые измеряет электромагнитное поле на коже человека и тогда можно попробовать провести корреляцию между КГР и показаниями этого прибора.
    Из разговора с одним из людей, который занимается радиоэлектроникой: "Измерять надо скорее всего поверхностное сопротивление не глубже эпидермиса кожи. Проще всего это на частоте резонанса молекулы воды. Думаю, что придется где-то 50-100 ГГц мерять"
    Что Вы можете подсказать мне по моему вопросу?

  • 1 августа 2015 в 04:09 • #
    Андрей Шикин

    Простите, я был вчера выходной (играл с сынишкой), не смог ответить.

  • 31 июля 2015 в 19:35 • #
    Александр Балыкин

    Я так понял, что задал вопрос не автору текста, а автору блога Андрею Шикину.
    И что теперь мне делать с моим вопросом?

  • 1 августа 2015 в 04:06 • #
    Андрей Шикин

    Вы знаете, до сих пор не могут определиться, да и вообще не могут дать ответ, что такое молния, природа его явления, от куда электричество. благодаря Рыбникова, я уже сам разобрался, уже сам думаю.

    Если честно, все просто, нет ничего сложного, главное от чего надо избавится, так это от мусора, которым на кормили в школе.
    примерно на 60-80% нас в школе учили сЛОЖьному, я думаю, Вы согласитесь, как по вашему опыту, что правда, а что ложь, сами проверяйте и перепроверяйте, как нам советует сам Юрий Степанович.

  • 1 августа 2015 в 09:42 • #
    Александр Балыкин

    Спасибо за ответ на мой вопрос.

  • 1 августа 2015 в 10:31 • #
    Андрей Шикин

    значит так, до чего мой мозг "дошел":

    можно "собирать" электричество из дождевых облаков (фактически, облака, это огромный электролит, и когда происходит КЗ с землей или с недостающими электрияества предметами, происходит разряд, от сюда - молния, прямое соединение происходит, поэтому разряд в млн Вольт)

    Хотите понять, спрашивайте в личку, потому как я поверхотно объяснил, но в прочем, ничего в природе не сложно, а все, как раз, очень даже просто.

  • 1 августа 2015 в 10:36 • #
    Андрей Шикин

    Я много раз замечал, при прикосновении руками к ручке дверцы, сиденье машины, просто человека, происходил довольно неплохой разряд электричества, все потому что у одних людей переизбыток электричества, а у других недостача.


Выберите из списка
2016
2016
2015