close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 02545

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2545
(13)
C1
6
(51) G 01R 29/10
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ
(72) Авторы: Кондратенко В.И., Коваль И.В.,
(21) Номер заявки: 1101
Тихова Е.Л., Олешкевич Н.И. (BY)
(22) 28.12.1993
(73) Патентообладатель: Гомельский государственный
(46) 30.12.1998
университет им. Франциска Скорины (BY)
(71) Заявитель: Гомельский
государственный
университет им. Ф. Скорины (BY)
(57)
Устройство для оптического моделирования диаграммы направленности антенны, содержащее последовательно размещенные на оптической оси источник когерентного оптического излучения, коллиматор, оптический преобразователь масштаба, фотометрическую систему регистрации распределения светового поля и
оптически связанный с ними транспарант, отличающееся тем, что оптический преобразователь масштаба
выполнен в виде призмы с установленной на её преломляющей грани плоскопараллельной кюветой, заполненной иммерсионной жидкостью, а транспарант установлен в кювете параллельно преломляющей грани
призмы.
(56)
1. А.с. СССР 425135, А1, МПК G01R 29/10, 1986.
2. Гинзбург В.М., Степанов Б.М. Голографические измерения.-М.: Радио и связь, 1981.-с. 92.
3. Гинзбург В.М., Степанов Б.М. Голографические измерения.-М.: Радио и связь, 1981.-с. 110.
4. А.с. СССР 1252741, МПК G 01 R 29/10 (прототип).
Фиг. 1
BY 2545 C1
Изобретение относится к технике антенных измерений, а именно к измерению диаграммы направленности антенны по СВЧ голограмме ближней зоны, и может быть использовано как в промышленности при диагностике излучающих систем, так и в научных исследованиях для визуализации СВЧ поля антенны и
измерения ее диаграммы направленности.
Известно устройство моделирования диаграммы направленности антенны, содержащее источник когерентного
света, коллимирующую систему, транспарант, имитирующий поле антенны, фурьепреобразующую линзу, сканирующее микроотверстие в плоскости диаграммы направленности и фотоэлектрический приемник [1]. Данное устройство не позволяет достичь соответствия между продольным и поперечным масштабами изображений, как
следует из теоретических расчетов [2], что препятствует повышению точности моделирования, ограничивает класс
моделируемых антенн.
Описано также устройство УИГ-З для оптического моделирования диаграммы направленности антенны,
содержащее источник когерентного излучения коллиматор, транспарант, преобразующую линзу, экран и фотоприемник, также не позволяющее достичь соответствия между продольным и поперечным масштабами
изображений [3], что ограничивает класс моделируемых антенн, препятствует повышению точности моделирования.
Наиболее близко к заявляемому устройству для оптического моделирования диаграммы направленности
антенны, содержащее источник когерентного оптического излучения, коллиматор, транспарант, оптический
преобразователь масштаба, систему регистрации [4]. Данное устройство лишено указанных недостатков аналогов за счет введения второй преобразующей линзы, короткофокусной по отношению к первой преобразующей линзе, расположенной между первой преобразующей линзой и экраном и образующей совместно с
ней оптический преобразователь масштаба, причем фокусы первой и второй преобразующих линз совмещены.
Устройство работает следующим образом. Световой пучок, излучаемый лазером, расширяется до необходимых размеров коллиматором. Транспарант, представляющий собой оптический аналог СВЧ - голограммы,
модулирует световой пучок в поперечном сечении. Затем конфокальная оптическая система осуществляет поперечное сжатие светового пучка в масштабе, определяемом решаемыми задачами. В фокальной плоскости
преобразующей линзы создается распределение светового поля, подобное распределение на транспаранте, но
сжатое в N = f1/f2 раз. Диаграмма направленности, соответствующая уменьшенному транспаранту, регистрируется при помощи экрана с микроотверстием и фотоприемника.
Однако, использование сферических линз в данном устройстве ведет к возникновению аберраций и накладывает апертурные ограничения, что снижает точность моделирования диаграммы направленности.
Апертурные ограничения обусловлены тем, что для получения масштабного соответствия, как нетрудно заметить, даже при моделировании СВЧ диапазона длин волн, коэффициент преобразования масштаба должен
составлять 105 ÷ 106. При записи голограммы масштаб может быть уменьшен в 102 ÷ 103 раз и таким образом, коэффициент преобразования масштаба в устройстве для моделирования составляет 103 раз, что и определяет отношение расстояний преобразующих линз. При использовании длиннофокусной линзы с f1 = 1м,
короткофокусная линза имеет фокусное расстояние f2 = 1мм.
Начальное уменьшение масштаба при записи приводит к пропорциональному сжатию ДН. Таким образом, необходимая апертура в плоскости второй линзы
d≅
π
( f1 + f 2 ) ≥ 3mm
mt
(1)
уменьшение f1 не решает проблемы, так как автоматически требуется уменьшение f2, a d2 ≈ f2. Очевидно, что
для приведенного примера обеспечить моделирование в угле π не удается.
Заявляемое устройство решает задачу масштабно не искажаемого моделирования диаграммы направленности
антенны. Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении точности моделирования за
счет устранения аберраций и апертурных ограничений при масштабном преобразовании диаграммы направленности антенны, а также уменьшение габаритов устройства.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для оптического моделирования диаграммы направленности антенны, содержащем последовательно размещение на оптической оси источник когерентного оптического излучения коллимирующую систему, оптический преобразователь масштаба, фотометрическую
систему регистрации распределения светового поля и оптически связанный с ним транспарант, оптический преобразователь масштаба выполнен в виде призмы с расположенной на ее преломляющей грани плоскопараллельной кюветой, заполненной иммерсионной жидкостью, а транспарант установлен в кювете параллельно преломляющей грани.
Сущность изобретения вытекает из впервые проведенной оценки по преобразованию поля на границе
раздела двух сред. Указанные процессы наблюдаются на преломляющей грани призмы оптического преобразователя масштаба.
На фиг. 1 схематически изображен ход лучей на границе раздела.
2
BY 2545 C1
Можно показать, что, если распределение поля на границе раздела U(x), а световой пучок падает из первой среды во вторую под углом θ1 к нормали, проведенной к границе раздела сред, то поле во второй среде
U1 (у) может быть представлено в виде поля эквивалентного источника в отсутствие границы раздела V (z)
V (z) = U (z/mt)
(2)
при выполнении условий D2 = 0 и n1 sin θ1 = n2 sin θ2,
D1 - расстояние по плоскости Р (у),
D2 - расстояние от границы раздела до плоскости локализации эквивалентного источника θ2 - угол между
нормалями к плоскостям раздела и локализации эквивалентного источника, n1 и n2 - показатели преломления первой и второй сред соответственно. Причем
(3)
mt = cos θ-12,
а для спектра преобразованного поля справедливо выражение
(4)
G(ω) = Fω{U(z)},
ω=
2π
cos θ 2 sin ϕ
λ
При Λ = λ/cos θ2 наблюдается масштабное соответствие между моделирующим и моделируемым полями.
Если в качестве транспаранта используется СВЧ-голограмм, то требуемая геометрия восстановления определяется условием
cos θ2 = λ n0/ Λ
(5)
где n0 - коэффициент уменьшения голограммы при регистрации соответственно длины волн записи и восстановления.
Из проведенной оценки следует, что расположение (совмещение) транспаранта с преломляющей гранью
призмы может обеспечить преобразование масштаба изображения. Величина коэффициента преобразования
(уменьшения) масштаба при этом увеличивается при приближении угла θ1 к углу полного внутреннего отражения (θпво) и может быть увеличена по сравнению с прототипом не менее чем на порядок за счет выбора
угла преломления призмы, показателя преломления призмы, ориентации призмы.
На фиг. 2 схематически изображено предлагаемое устройство (вид сбоку).
Устройство содержит источник когерентного оптического излучения (лазер) 1, коллимирующую систему 2, образованную двумя линзами, преломляющую призму 3, кювету 4, заполненную иммерсионной жидкостью (позицией не отмечена), транспарант 5, средство для фиксации транспаранта в кювете 6, систему регистрации 7,
образованную экраном 8 со щелью 9 и фотоприемником 10. Кювета 4 выполнена на преломляющей грани призмы
3 таким образом, что грань является ее стенкой, стенки кювета плоско-параллельны, а показатель преломления
иммерсионной жидкости равен показателю преломления материала призмы. Средство для фиксации 6 обеспечивает размещение транспаранта 5 параллельно преломляющей грани и возможность его поворота в кювете. Устройство может быть оснащено системой поворота транспаранта в кювете (на фигуре не показана).
Устройство работает следующим образом. Световой пучок, излучаемый лазером 1, расширяется до необходимого поперечного сечения коллиматором 2. Световой пучок, попадая на призму 3 и проникая в кювету 4,
проходит сквозь транспарант 5, который модулирует его по интенсивности, и преломляется на границе раздела
кювета 4 - воздух. Благодаря тонкому слою иммерсионной жидкости границу раздела кювета 4 - воздух можно
считать выходной преломляющей гранью призмы 3, или наоборот считать преломляющую грань призмы 3,
совпадающей с плоскостью транспаранта 5. В силу этого для распределения поля применимо выражение 2, а
для спектра пространственных частот выражение 4. Таким образом, после прохождения пучка 3, транспаранта
5 и кювета 4, последний не только модулируется транспарантом, создавая распределение пространственных
частот (модулируемую диаграмму направленности) в соответствии с изображением на транспаранте, но и испытывает преобразование масштаба (сжимается) в соответствии с выражением 2. Диаграмма направленности, соответствующая уменьшенному транспаранту, регистрируется путем синхронного перемещения экрана и фотоприемника
10, причем последний измеряет распределение интенсивности светового поля. При необходимости транспарант 5
поворачивают на 90° в кювете 4 и снова производят измерение распределения поля (для двумерного моделирования ДН). В качестве транспаранта используется СВЧ-голограмма ближнего поля.
3
BY 2545 C1
Как следует из вышеизложенного, применение призмы с кюветой с иммерсионной жидкостью исключает
возможность формирования сферических аберраций, величина апертуры определяется лишь размерами преломляющей грани и не зависит от расстояния от транспаранта до оптического преобразователя масштаба.
Другими словами, апертурные ограничения для транспаранта отсутствуют. Благодаря сказанному увеличивается точность моделирования ДН, в частности появляется возможность исследования ДН с большим уровнем боковых лепестков. Габариты устройства также уменьшаются, поскольку определяются в основном
размерами транспаранта. Коэффициент преобразования масштаба по сравнению с прототипом может быть
увеличен не менее чем на порядок.
Фиг. 2
Cоставитель В.А. Тугбаев
Редактор Т.А. Лущаковская
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
126 Кб
Теги
02545, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа