РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
621.396.94:678
Применение результатов аттестации радиобезэховых камер при оценке точности измерений характеристик антенн навигационной
аппаратуры потребителя
Н. Р. БАЖЕНОВ, И. М. МАЛАЙ
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево, Россия, e-mail: malay@vniiftri.ru
Представлены результаты оценки влияния остаточных отражений в безэховой камере на точность измерений параметров антенн навигационной аппаратуры потребителя.
Ключевые слова: безэховая камера, коэффициент безэховости, фазовая диаграмма, групповое время запаздывания.
The results of estimation of influence of residual reflections in anechoic chamber on the accuracy of measurements of the user navigation hardware antennas parameters are presented.
Key words: anechoic chamber, reflectivity level, phase pattern, group delay time.
При измерениях параметров антенн необходимо обеспечить условия распространения электромагнитных волн, приближенные к свободному пространству. Для этого на практике применяют специальные помещения — радиобезэхо-вые камеры (БЭК). Один из нормируемых параметров БЭК — коэффициент безэховости (КБЭ), который характеризует уровень остаточных отражений от стен камеры, влияющих на однородность поля внутри некоторого рабочего объема. Основными измеряемыми параметрами антенн являются скалярные величины: амплитудная диаграмма направленности (ДН), коэффициент усиления и т. д., причем КБЭ используют для оценки их точности. В соответствии с [1] номенклатура измеряемых параметров антенн навигационной аппаратуры потребителя (НАП) также включает фазовые параметры антенн — положение ее электрического центра, групповое время запаздывания (ГВЗ) сигнала в антенне. В данной работе предложен способ оценки влияния остаточных отражений от стен БЭК на точность их измерений.
В [2, 3] приведены формулы для расчета КБЭ п, выраженные через плотность потока энергии и напряженность электрического поля. Поскольку плотность потока энергии является скалярной величиной и не несет информации о фазе, то целесообразно использовать выражение
: E + Е
пр отр
В общем случае из-за остаточных отражений возникает отклонение вектора напряженности электрического поля по модулю и фазе, формируется смещенный вектор (рис. 1, а):
(2)
Его наибольшее отклонение по модулю (см. рис. 1, б)
будет наблюдаться при Феотр -Фепр =±180°, где Фепр, Феотр —
аргументы комплексных величин Епр, Еотр.
Предельные значения отклонений модуля напряженности электрического поля можно рассчитать по формуле
S E = ±2
20 lg (l - 10n/20).
Наибольшая разность фаз между векторами Епр, Еизм в соответствии с рис. 1, в наблюдается при их ортогональности, в этом случае вектор Еизм направлен по касательной к окружности, которая образуется при вращении вектора Еотр. Тогда пределы отклонений фазы напряженности электрического поля из-за остаточных отражений определяются соотношением
Дф = ± arcsin (| Еотр|/|Епр |).
П = 20lg |E,
■отр -
-пр ■
где Е.
пр
вектор напряженности электрического поля, со-
здаваемой электромагнитной волной, распространяемой между излучающей и приемной антеннами в прямом направлении; Е
отр
вектор напряженности электрического поля, создаваемой отраженными электромагнитными волнами, равный векторной сумме напряженностей Ер отраженных от поверхностей БЭК,
Еотр = E1 + E2 + - + En
(1)
Рис. 1. Векторные диаграммы напряженности электрического поля при остаточных отражениях от поверхностей БЭК: а — сумма векторов Епр, Еотр; б — наибольшее отклонение модуля напряженности электрического поля; в — наибольшее отклонение фазы напряженности электрического поля
Рис. 2. Погрешность измерения фазы коэффициента передачи между антеннами из-за остаточных отражений в камере в зависимости от ее коэффициента безэховости п и относительного уровня амплитудной диаграммы направленности
При измерениях амплитудной и фазовой диаграмм антенны НАП комплексный коэффициент передачи между антеннами находят с помощью векторного анализатора цепей:
-"21
и /и ,
вых вх'
где и , и
вх в
комплексные значения напряжений падаю-
щей волны на входе излучающей и волны на выходе приемной антенн, причем
ивых = Екп 1=(е, Ф),
(3)
Кп — коэффициент преобразования, связанный с характеристиками антенны и элементов фидерного тракта; F(9, ф) — векторная комплексная характеристика направленности антенны, F(9, ф) = Р(9, ф) р (8, ф) ехр ^Ф(8, ф)]; 0, ф — углы в направлении источника электромагнитного поля в системе координат антенны согласно [1]; Р(0, ф) р(0, ф), Ф(8, ф) — нормированные амплитудная, поляризационная и фазовая диаграммы антенны.
Рис. 3. Схема измерения комплексного коэффициента передачи
между антеннами: 1 — излучающая антенна; 2 — антенна НАП; 3 — опорно-поворотное устройство; 4 — векторный анализатор цепей
Напряжение, пропорциональное суммарной напряженности электрического поля Еизм на выходе приемной антенны, с учетом (1)—(3) можно представить в виде
и = и + и
вых пр отр'
где V иотр
Погрешности измерения напряжения и фазе можно рассчитать по формулам
пр
пр отр
по модулю и
8 |ипр = 201д (|и0
ип
I ЛФ = ± arcsin
^ (| иоТ^ |иПр|).
0Тр / пр I _ — Ч""0" 1 I "0Тр / пр
Для направленной приемной антенны, когда Р(8, ф^сопб^ отношение напряжений иотр/ипр зависит не только от КБЭ, который в общем случае определяется для изотропной антенны, но и от относительного уровня амплитудной диаграммы Р(8, ф) в направлении источника электромагнитного поля (излучающей антенны):
(Iиотр|/|ипр|)< 10п/20/р(8, ф).
Тогда пределы погрешностей измерения модуля и фазы коэффициента передачи между антеннами для амплитудной и фазовой диаграмм можно рассчитать как
Л =±20
1д (1 - 10п/20/Р(8, ф)); in(10п/20/р(8, ф)).
ЛФ = ± arcsin (10п'2и/Р(8, ф)|. (4)
На рис. 2 представлены рассчитанные в соответствии с (4) верхние границы погрешности измерения фазы S21 в зависимости от КБЭ и относительного уровня ДН приемной антенны. Следует отметить, что для антенн НАП амплитудная диаграмма слабо зависит от угла ф, поэтому при оценке погрешности, связанной с остаточными отражениями в БЭК, можно использовать Р(8, ф) при произвольном угле ф.
В соответствии с [1] значение ГВЗ сигнала в антенне НАП определяется по формуле
'НАП
Т - Т..
■ И/с,
где Т — измеренное значение ГВЗ между входом излучающей и выходом приемной антенн; Тизл — значение ГВЗ сигнала в излучающей антенне; И — расстояние между электрическими центрами антенн; с — скорость света в вакууме.
Значение Т измеряется и рассчитывается с помощью векторного анализатора цепей по производной фазы S21:
Л Ф
/Лю,
(5)
где ю = 2п/; f — частота.
Пределы погрешности измерения ГВЗ из-за отражений в БЭК в соответствии с (4) и (5) можно рассчитать по формуле
ЛТ =±(пЛ^)-1 arcsin (10п/20/Р (8, ф)
где Лf — полоса частот, в которой измеряется ГВЗ.
Для экспериментального подтверждения полученных результатов были измерены фазы S21 и ГВЗ между антеннами в зависимости от расстояния И (рис. 3). Измерения выполняли на частоте 1,6 ГГц при 8 = 0 и 90°. Коэффициент безэхо-вости БЭК, в которой проводили измерения, по результатам аттестации не превысил -40 дБ. Относительный уровень ДН использованной антенны НАП при 8=90° составил -17 дБ. Чтобы оценить влияние остаточных отражений, рассчитали
АФ, °
О 100 200 300 400 500
AR, мм
Рис. 4. Отклонение фазы 52-| при перемещении антенны НАП и 8=0 и 90° — соответственно кривые 1, 2
отклонения от средних значений фазы Б21 и ГВЗ с учетом их изменений, связанных с увеличением Я. Как следует из рис. 4, отклонения фазы Б21 при 8 = 90° существенно больше, чем при 8=0°. Размах значений ГВЗ составил (см. рис. 2) ±0,1 и ±1,3 нс при 8 = 0 и 90°, соответственно, что также не превышает результатов, рассчитанных по (6).
Таким образом, учет относительного уровня амплитудной ДН антенны позволяет оценивать погрешности измерений фазовой диаграммы антенны и ГВЗ сигнала в антенне из-за остаточных отражений в радиобезэховой камере по коэффициенту ее безэховости.
Л и т е р а т у р а
1. ГОСТ Р 8.773—2011. ГСИ. Антенны навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы. Нормируемые электрические параметры и методы измерений.
2. Майзельс Е. Н., Торгованов В. А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М.: Сов. радио, 1972.
3. Brian B. Tian. Free space VSWR method for anechoic chamber electromagnetic performance evaluation. [Электрон. ресурс]. http://www.mitechnologies.com/papers/08/Free Space VSWR Method for Anechoic Chamber Electromagnetic Performance Evaluation.pdf (дата обращения 03.02.2015 г.)
Дата принятия 06.02.2015 г.
МЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
612.172.2:612.172.61
Функции распределения параметров ритма
сердца больных людей
А. А. КУЗНЕЦОВ, С. А. ПЕРМЯКОВ
Владимирский государственный университет им. братьев Столетовых,
Владимир, Россия, e-mail: artemi-k@mail.ru
Определены функции распределения наиболее вероятных значений параметров вариабельности сердечного ритма по группам регистраций электрокардиограмм больных людей. Показано, что они не соответствуют функции логарифмически-нормального распределения. Проведен анализ несоответствия, указаны причины и авторская трактовка физиологических механизмов регуляции и управления ритмом сердца.
Ключевые слова: параметры вариабельности сердечного ритма, функция распределения.
The distribution functions of heart rate variability parameters most probable values ever groups of patients electrocardiograms registration are determined. It is shown in graphic and tabulated formats that they do not correspond to log-normal distribution function. The analysis of discrepancy is carried out, the reasons and the author interpretation of physiological mechanisms of regulation and control of patients heart rhythm are specified.
Key words: heart rate variability parameters, distribution function.
При донозологической диагностике (состояний, пограничных между здоровьем и болезнью) в качестве стандартного аналитического метода используется оценка вариабельности сердечного
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.