14.Основные методы измерения поля. Индикаторы поля. Измерители напряженности поля и измерительные приемники.

Интенсивность электромагнитно­го поля характеризуется векторами:

– плотность потока энергии

– напряженность электрического поля

– напряженность магнитного поля

Напряженности электрического и маг­нитного полей совпадают по фазе и в любой момент времени про­порциональны друг другу, причем коэффициент пропорционально­сти между ними (волновое сопротивление среды) зависит от свойств среды, в которой распространяется электромагнитная вол­на, и равен: . Для свободного пространства

Все три вектора перпендикулярны друг другу и численно свя­заны между собой следующими соотношениями:

Мощность потока энер­гии (Р), проходящего через некоторую поверхность площади S, равная: Р=ПS. Для измерения интенсивности элек­тромагнитного поля можно измерять любой вектор. Важной характеристикой поля является его поляризация. Раз­личают:

• Линейную поляризацию – вектор Е сохраняет свое направление вдоль определенной прямой (горизонтальная и вертикальная).

• Эллиптическая поляризация – характеризуется непрерывным вращением вектора Е в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, с одновременным изменением его длины.

• При круговой поляризации длина вектора не меняется.

Основные методами измерения напряженности электрическо­го поля:

Эталонной антенны – используется антенна известных размеров и формы, которая располагается в электромагнитном поле в пло­скости, параллельной плоскости поляризации электромагнитной волны. В антенне индуктируется ЭДС , где – действующая высота эталонной антенны, определяется расчетным путем для любой конструкции антенны. Е – измеряется вольтметром или амперметром.

В диапазоне длинных, средних и коротких волн напряженность электрического поля лучше определять по напряжению на выходе эталонной антенны, в метровом или деци­метровом диапазонах (до 30 см) — по току в антенне, а на вол­нах короче 30 см — по мощности.

Удобен для изме­рения сильных полей вблизи источника излучения.

Метод сравнения (способ эталонного поля) - осуществляется способами замещения и ка­либровки. При замещении напряжения, индуктированное в произ­вольной антенне измеряемым электромагнитным полем, сравни­вается с напряжением, индуктированным в той же антенне заме­щающим полем эталонного генератора. При калибровке из­мерительное устройство перед каждым измерением калибруется по эталонному генератору, входящему в состав этого устройства.

Удобен для измерения слабых полей.

На основе метода эталонной антенны созданы простые измерители поля:

Измерители поля состоят из эталонной антенны и прибора для измерения в ней напряжения, тока или мощности. В качестве эта­лонной можно использовать любую антенну, характеристики ко­торой известны. При измерениях в диапазоне длинных, средних и коротких волн применяются рамочные антенны, в диапазоне ме­тровых и дециметровых волн — полуволновые вибраторы, а в ди­апазоне сантиметровых волн — рупорные антенны. Иногда поль­зуются и простыми штыревыми антеннами.

Измеритель поля для сантиметровых волн состоит из рупорной антенны, волнового аттенюатора поглощающего типа и измерительного устройства (может быть детектором со стрелочным индикатором (а) или термисторный измеритель мощности (б)). Измеритель с детектором позволя­ет выполнять только относитель­ные измерения, причем показание стрелочного прибора поддержива­ется постоянным, а интенсивность поля определяется по показаниям шкалы аттенюатора. Измеритель с термисторным измерителем мощности позволяет определять относитель­ное и абсолютное значение напряженности поля.

Измерителями определяются интенсивности полей, напряжен­ность которых превышает десятки милливольт на метр. Погреш­ность измерений составляет 30..40%. Основными причинами погрешностей измерителей:

рамочными антеннами являются нали­чие антенного эффекта рамки за счет емкости ее на Землю и не­точность ее ориентировки и настройки.

измерителей с вибраторами — влияние близости к вибраторам земной поверхности и опе­ратора, а также неточность ориентировки вибратора.

рупорными антеннами — неточность измерения мощности, не­полное согласование и погрешность определения эффективной площади или коэффициента усиления рупорной антенны.

У СВЧ измерений погрешности: неполное согласование с внешней средой; погрешность определения эффективной площади самой антенны; коэффициент усиления антенны.

Измерительные приемники разработаны для измерения малых напряженностей поля. Эти устройства представляют собой чувствительные супергетеродинные радиоприемники с вольтметром на выходе, делителем напряжения в тракте промежуточной частоты и аттенюатором на входе. Для уменьшения погрешности перед каждым измерением шкалу выходного прибора калибруют по на­пряжению внутреннего калибровочного генератора. Если такой приемник укомплектован измерительными эталонными антеннами, то он является измерителем напряженности поля, без антенн — по существу, выполняет роль селективного вольтметра и называется измерительным приемником.

Процесс измерения делится на три этапа:

1. предварительную настройку (на частоту источника измерения)

2. калибровку (на вход усилителя высокой ча­стоты подают известное напряжение калибровочного генератора и, регулируя усиление по высокой частоте)

3. измерение

Пределы измерения напряженности поля такими приборами — ст долей микровольта до 105 мкВ/м, а измерителями плотности потока мощности — от 0,07 мкВт/см2 до 30 мВт/см2. Погрешность измерения достигает ±30%. Причины ее возникновения те же, что и в измерителях поля.