Способ измерения комплексного коэффициента отражения материалов в ближней зоне

Изобретение относится к техникеизмерений на сверхвысоких частотах иможет быть использовано при создании установок для измерений парамет 5ров материалов в свободном пространстве.Использование методов измеренийкоэффициента отражения (КО) в свободном пространстве позволяет осуществлять неразрушающий контроль приразработке и производстве материалов,исследовать крупноструктурные материалы и т.д,1Целью изобретения является повышение точности измерений.На чертеже изображено устройстводля осуществления способа измерениякомплексного коэффициента отраженияматериалов в ближней зоне, 20Устройство содержит СВЧ-генератор1, направленный ответвитель 2, приемно-передающую антенну 3, механизм 4перемещения, исследуемый образец 5,амплифазометр 6, ЭВИ 7,Измерение комплексного коэффициента отражения состоит из следующей последовательности операций: перемещение вдоль оптической оси антенны нарасстояние, большее половины длины 30волны, меры КО и измерение в равноотстоящих точках, расстояние междукоторыми не превышает четверти длиныволны, комплексных отсчетов Б. амплитуды и фазы волны; перемещение вдоль 35оптической оси антенны исследуемогообразца и измерение в тех же точках,что и меры КО, комплексных отсчетовБ амплитуды и фазы волны,1 ОПод комплексными отсчетами амплитуды и фазы волны подразумевается1;0=11 О .ефЦ =Фе 11 мм м ф45где 1 Н;1,Бм 1- модули отсчета амплитуды волны в измерительном канале;ф, ,- фазы, волны.Комплексный коэффициент отражения50исследуемого образца вычисляется поформуле4 Нм 3 - ,й;Е Н;,е 1(1)Кы;" л" щ) где Г - комплексный коэффициент от- М ражения меры КО; и - число отсчетов;К - расстояние от меры КО илиисследуемого образца доапертуры антенны;- длина волны в свободном про.странстве;У - весовая функция .Согласно концепции парциальных волн поле между антенной и образцом может быть представлено в виде суммы парциальных плоских падающих и отраженных волн, распространяющихся под различными углами к оптической оси антенны. Структура поля в ближней зоне антенны не является плоской ТЕМ-волной. Амплитуды всех падающих на антенну парциальных волн суммируются с весовыми коэффициентами. Коэффициент отражения является функцией расстояния от апертуры антенны до образца КВыполнив по аналогии с частотным методом анализа в радиотехнических цепях преобразование Фурье с интегрированием по параметру К сигнала, можно найти спектральную плотность, величина которой пропорциональна амплитуде соответствующей парциальной волны, Коэффициент отражения при нормальном падении электромагнитной волны связан с парциальной волной, распространяющейся вдоль оптической оси антенны, Для этой волны пространственная частота равна4 П11 11( знак - связан с выбором усйловно-положительных направлений и имеет размерность м "), Так как падающие на антенну парциальные волны пропорциональны коэффициентам отражениямеры КО и исследуемого образца, то(2)ГМгде ЯО,Я м - спектральные плотности приперемещении меры КО и исследуемого образца,При измерениях определяется конечное число отсчетов на выбранном интервале изменения К, поэтому спектральные плотности должны вычислятьсяна основе дискретного преобразованияФурье (ДПФ) с весовой функцией М(1.),называемой корреляционным окном, которая вводится для уменьшения влияния конечности интервала наблюдения,25 30 35 Ь, дб Весовые О, 35875 0,48829 0,14128 0,01168 0,423230,497550,079220 0,40217 0,49703 0,09392 0,00183 а )аа 45 50 55 Выбор конкретного окна не играет существенной роли при измерении энергии спектральных гармоник с помощьюДПФ. Критерием выбора соответствующейфункции И может быть требованиеминимизации смещения оценки спектральной плотности Этому требованию внаибольшей степени удовлетворяют окно Кайзера-Бесселя) в модифицированная функцияБесселя первого рода нулевого порядка;параметр, задающий полосу пропускания корреляционного окна; 20число отсчетов; Окно Блэкмана-Хэрриса 2 Г . 47/И(1)=а -а . соз( - . 1)+а сов( - 1.)- о6 Г,-а сов( - )Мгде а а - весовые коэффициенты,оопределяемые в зависимости от уровня боковыхлепестков из таблицы:1=0,1,2 Н,коэффициенты -67 -74 -92 При реализации способа измерения комплексного коэффициента отражения материалов в ближней зоне применялось корреляционное окно Блэкмана-Хэрисса с уровнем боковых лепестков -67 дБ,При внесении спектральных плотнос"4 Гтей на частоте -- в виде дискретноЬго преобразования Фурье ДПФ с весовой функцией М(д) выражение (2) приводит,ся к выражению (1), Для более точно-го определения спектральных плотностей интервал наблюдения должен соответствовать нескольким периодам исследуемой частоты, а частота дискретизации превышать ее не менее, чемв два раза. Поэтому перемещение мерыКО и исследуемого образца осуществляют на расстояние, большее половиныдлины волны, а амплитуду и фазу волны регистрируют при положении мерыКО и исследуемого образца в точках,расстояние между которыми не превышает четверти длины волны,Полученные данные позволяют вычислить спектральные плотности плоскихпарциальных волн, распространяющихся по нормали к поверхности меры КОи Исследуемого образца, и тем самымисключить влияние искажений поля вближней зоне в связи с отличиемструктуры поля от ТЕМ-волны на результаты измерения комплексного коэффициента отражения,Устройство для осуществления способа измерения комплексного коэффициента отражения материалов в ближнейзоне работает следующим образом.С генератора 1 СВЧ сигнал поступает на направленный ответвитель 2 идалее через приемно-передающую антенну 3 излучается в свободное пространство, В ближней зоне антенны на механизме 4 перемещения располагаетсямера КО или исследуемый образец 5,Отраженный от меры КО или исследуемого образца сигнал поступает сновав приемно-передающую антенну 3, выделяется направленным ответвителем 2 и подается на амплифазометр 6,Информация об амплитуде и фазе отраженной волны с амплифазометра 6поступает на ЭВМ 7. Иа нее же поступают данные о положении меры КС илиисследуемого образца, Производя обработку данных согласно (1), ЭВМ вычисляет комплексный коэффициент отражения исследуемого образца. Формула изобретения Способ измерения комплексного коэффициента отражения материалов в ближней зоне, заключающийся в поочередном облучении антенной меры коэффициента отражения и исследуемого образца и их перемещении вдоль оптической оси антенны и регистрации амплитуды волны на выходе антенны, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, перемещение меры коэффициента отражения и исследуемого образца осуществляют на1569744 и Л 1 ОН.,Ю1 о 1 м Корректор Н. Король Заказ 1446 Тираж 555 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, 1 агарина,101 расстояние, большее половины длины волны, дополнительно регистрируют фазу волны на выходе антенны при расстояниях между апертурой антенны и5 мерой коэффициента отражения и исследуемым образцом не больше четверти длины волны, а комплексный коэффицнент отражения вычисляют по формуле3 ч1 Мха;т Б. еЩ 1)мгде Г- комплексный коэффициент отражения меры коэффициентаотражения; Составитель А,МихайловаРедактор И,йулла Техред М.Ходанич число отсчетов;длина волны в свободном пространстве;расстояние от апертуры антенны до меры коэффициентаотражения исследуемого образца, при котором производится отсчет;весовая функция;комплексные отсчеты амплитуды и фазы волны при перемещении исследуемого образца и меры коэффициента отражения соответственно.