Гурло Ю. Є., Дзісяк А. Б., Бєльський А. Я., Гусинський А. В., Кострикін А. М. Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки Мінськ – 220013, Республіка Білорусь Тел.: +375-17-2398496 , e-mail: gusin@cit.org.by, http://www.mwmlab.com

Анотація – Наведено основні етапи методики виконання вимірювань антенних потужності випромінювання індустріальних радіоперешкод з використанням розробленого аналізатора спектра, який призначений для дослідження спектрів періодичних радіосигналів в діапазоні частот 0,01 ГГц – 178,40 ГГц, і перекривається вісьма зовнішніми змішувачами в 13-ти піддіапазонах.

I. Вступ

Антенні пристрої грають в радіотехніці важливу роль, так як будь-яка установка, призначена для випромінювання або прийому радіохвиль, містить антену. Широке застосування в техніці антенних вимірювань і вимірювань характеристик електромагнітного поля знаходять рупорні антени завдяки їх великий діапазон і простоті конструкції, так як це визначає суттєві переваги даного типу антен СВЧ. Рупорні антени також широко застосовуються як опромінювачів більш складних антенних пристроїв.

Як відомо, рупорні антени належать до класу апертурних антен, тобто антен, випромінювальних з деякої поверхні (розкриву), через яку відбувається випромінювання електромагнітного поля. Для розрахунку поля випромінювання апертурних антен найбільш простим є так званий апертурний метод, для якого необхідно знати: 1) значення поля в будь-якій точці розкриву антени (тобто закон розподілу поля по розкриву), 2) напруженість поля випромінювання, створюваного гюйгенсовскім джерелом (елементарна площадка).

Для визначення потужності та частотних параметрів випромінювання, напруженості

електромагнітного поля радіоперешкод, а також для вирішення практичних задач спектрального та часового аналізу, був розроблений аналізатор спектру з діапазоном частот від 0,01 ГГц до 178,40 ГГц, який дозволяє проводити аналіз електричних сигналів НВЧ, що генеруються і підсилюються електричними приладами, що дає можливість отримати інформацію про форму модульованих сигналів, стабільності їх порушення, наявності амплітудних і частотних флуктуацій, про викривлення при посиленні та ін

Аналізатор спектра дозволяє проводити наступні вимірювання:

• вимірювання параметрів спектра безперервних коливань складної форми;

• вимірювання параметрів модульованих коливань;

• вимірювання параметрів паразитних і побічних коливань;

• вимір смуги випромінювання та позасмугових випромінювань;

• вимір інтермодуляційних спотворень третього порядку чотириполюсників;

• дослідження спектрів повторюваних радіоімпульсів.

II. Основна частина

Аналізатор спектра, призначений для дослідження спектрів періодичних радіосигналів в діапазоні частот 0,01 ГГц – 178,40 ГГц, який перекривається вісьма зовнішніми змішувачами в 13-ти піддіапазонах (0,01-1,45;

1.45-             3,45;           3,45-7,45; 7,45-12,0; 12,0-19,45; 19,45— 39,6; 37,50-39,40; 39,40-43,40; 43,40-47,70; 47,70- 53,57; 53,57-78,33; 78,33-118,10; 118,10-178,4), смуга огляду може встановлюватися від 0,05 МГц до 2000 МГц; основна похибка вимірювання частоти вхідного синусоїдального сигналу ± (10 ‘2f +2) (в діапазоні 0,01-1,45 ГГц) і ± 10 ‘2f (в діапазоні

1.45-178,4 ГГц).

Робота аналізатора спектра заснована на методі послідовного аналізу сигналу. Прилад являє собою автоматично перебудовується супергетеродина приймач з багаторазовим перетворенням частоти.

Аналізатор спектра складається з трьох частин: перетворювач 0,01 – 39,6 ГГц з вбудованим комп’ютером і перетворювач 37,5 – 178,4 ГГц. Комп’ютер дозволяє здійснювати цифрове управління аналізатором, цифрову обробку інформації, автоматизовану калібрування, протоколювання (масштабування) результатів вимірювання та їх збереження, істотно спрощує роботу з графіками спектра: точне знаходження максимуму і мінімуму частот, подання повної інформації про форму модульованих сигналів, стабільності амплітудних і частотних флуктуацій. Зв’язок аналізатора спектра з зовнішніми пристроями проводитися з комп’ютерних інтерфейсів типу RS232, USB, IEEE-1284 (LPT), ETHERNET і КОП.

Для визначення потужності та напруженості електромагнітного поля була розроблена методика виконання вимірювання потужності випромінювання індустріальних радіоперешкод. Методика включає в себе:

-вимоги до апаратури, обладнання та вимірювальних антен;

– умови проведення вимірювань,

– методики перевірки і калібрування вимірювальної площадки;

– проведення вимірювань методом заміщення випробуваної установки випромінюючої антеною, підключеної до генератора синусоїдальних сигналів;

– проведення вимірювань методом безпосереднього вимірювання щільності потоку потужності за допомогою вимірювальної антени.

За допомогою аналізатора спектра були проведені антенні вимірювання з комплектом вимірювальних антен, технічні характеристики яких наведені в методиці.

Наведемо основні етапи аналізу та оцінювання результатів вимірювання потужності випромінювання індустріальних радіоперешкод, квазіпіковий значення напруженості і напруженості поля радіозавад.

Виходячи з геометричних розмірів антен, розраховувалися їхні параметри (ближня і дальня зони вимірювання).

Схема вимірювання потужності випромінювання радіоперешкод методом заміщення в діапазоні частот 78,33 – 118,1 ГГц представлена ​​на малюнку 1.

Рис. 1. Схема вимірювання потужності випромінювання радіоперешкод в діапазоні частот 78,33 – 118,1 ГГц.

1 – аналізатор спектру, 2 – переносник частоти, 3 – змішувач, 4 – вимірювальна антена (РЗ), 5

– випромінююча антена (РЗ), 6 – аттенюатор, 7 –

генератор (джерело сигналу).

Fig. 1. Measurement pattern of the radio interference radiation power in the frequency range of 78.33- 118.1 GHz.

1 – spectrum analyzer; 2 – frequency carrier; 3 – mixer; 4

–  measuring antenna (P3); 5 – radiating antenna (P3), 6

– attenuator; 7 – generator (signal source)

На аналізаторі спектра фіксуємо значення вихідний потужності Р0 в дБВт. Визначаємо значення потужності випромінювання радіоперешкод Ро (у Вт) за формулою:

де Ро – потужність, яка визначається за формулою (2), Вт; Sn – Ефективна площа випромінюючої антени, використовуваної при калібруванні, на частоті виміру, м2; F – частота вимірювання, ГГц; к – коефіцієнт калібрування майданчика; а – загасання кабелю вимірювальної антени і зовнішнього аттенюатора, в разах.

Щільність потоку електромагнітної енергії визначається за наступною формулою:

де Р – потужність на виході вимірювальної антени, мкВт; ЕЕф – ефективна поверхня антени, см2.

Результати вимірювань та розрахунків наведені в таблицях 1.

Таблиця 1

F, ГГц

S

CM

K*10′4,

рази

Po,

мкВт

P,

дБпВт

П,

Вт / с

м2

78,33

1,331

6,3

1,89

113,19

0,16

92,5

1,3

4,0

1,19

114,50

0,22

118,1

1.267

5,1

1,53

116,54

0,36

1. Проведені антенні вимірювання з використанням аналізатора спектра в діапазоні частот 78,33-118,1 ГГц показали, що розроблену методику антенних вимірів можна застосовувати при оцінці потужності випромінювання індустріальних радіоперешкод.

2. В даний час ведуться вимірювання в інших діапазонах частот за допомогою аналізатора спектра.

IV. Список літератури

[1] Мартинов В. А, Селіхов Ю. І. Панорамні

приймачі та аналізатори спектра – Вид. “Сов. радіо “,

М, 1964.

[2] Драбкин А. П., Зузенко В. П., Кисле А. Г. Антеннофідерние пристрої – Вид. “Сов. радіо “, М, 1974.

THE ANTENNA MEASUREMENT METHODS OF THE RADIATION POWER OF THE INDUSTRIAL RADIO INTERFERENCES USING THE SPECTRUM ANALYZER OF 0.01 -178.4 GHz

Hurlo Y. E., BelskyA. Y., DzisiakA. B.

Gusinskiy A. V., Kostrikin A. M.

Byelorussian State University of Informatics and

Radioelectronics Minsk – 220013, Republic of Belarus Tel.: +375-17-239-84-96 E-mail: gusin@cit.org.by, http://www.mwmlab.com

Abstract – The basic stages of the antenna methods for measurement of the industrial radio interference radiation power using the developed spectrum analyzer, which intended for research of harmonic radio signals’ spectrum in the frequency range of 0.01-178.4 GHz covered by 8 external mixer in 13 sub-bands.

I.  Introduction

The spectrum analyzer allows carrying out the following measurements: measurement of the spectrum parameters of continuous oscillations of the complex form, measurement of the parameters of the modulated oscillations, measurement of parameters of parasitic and accessory oscillations, measurement of an emission band and out-of-band radiation, measurement of intermediate third-order distortions of four-terminal networks; research of spectrums of oft-recurring radio pulses.

II.  Main part

Measurement methods includes: the requirement to the machinery, the equipment and measuring antennas, the measurements condition, platform testing and calibration technique for the measurement, conducting of measurements by the direct measurement method of the power flow density by means of the measuring antenna, conducting of measurements by the substitution method of the installation under test by the radiating antenna, connected to the sinusoidal signals generator.

III.  Conclusion

The antenna measurements using the spectrum analyzer in the frequency range of 78.33-118.1 GHz have shown that the developed measurement methods can be applied at rating of the radiation power of the industrial radio interferences. Now measurements are carried out in other frequency ranges by means of the spectrum analyzer.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»