Для второй группы, включающей большинство антенных измерений, отражения от части поверхности в ряде современных безэховых камер используются для формирования поля в безэховой зоне. Это, конечно, стало возможным лишь в связи с присущей этой группе измерений неподвижностью источника излучения и линии связи в пространстве БЭК.
Рупорная безэховая камера.Примером БЭК, у которой отражения от поверхности используются для формирования поля в безэховой зоне, является рупорная безэховая камера [8, 25, 35] (рис. 2.6), широко применяемая в последние годы в практике антенных измерений [67].
Еще раз подчеркнем, что для реализации свойств рупорной камеры облучающая антенна должна устанавливаться достаточно близко к вершине. Обозначим через hвысоту излучателя и Н высоту исследуемой антенны над плоскостью отражающей поверхности рупорной камеры, а через l0 расстояние между ними вдоль оси камеры. Тогда разность длин отраженного и прямого лучей (при h << H)
Dl » 2Hh/l0. (2.1)
Из условия малого изменения разности путей Dl £ l/2 в пределах рабочей зоны, размер которой задан DH, легко получить допустимое значение высоты излучающей антенны
(2.2)
где
g=arcsin (H/lо) (2g — угол при вершине рупора). Для рупорной камеры с g=20° h<2,54l, при DH =0,1/lо и h<1,27lпри DH=0,1/lо. Указанные оценки подтверждаются и многочисленными экспериментальными исследованиями.
С ростом рабочей частоты поместить облучающую антенну достаточно близко к вершине рупора становится все труднее. На рис. 2.8 приведено устройство, позволяющее осуществить запитку пирамидального рупора и в этом случае. При этом представляет определенные трудности измерение поляризационных характеристик антенны. Другой путь осуществления запитки заключается в подавлении в сантиметровом диапазоне волн отражений от пирамидальной части поверхности рупорной камеры [67]. Для этого используется облучающая антенна с большим коэффициентом усиления, с малым уровнем излучения в направлении бликующих частей поверхности камеры. При этом, однако, условия отражения от РПМ на пирамидальной части камеры хуже, чем у прямоугольной камеры с теми же lо и Н.
Для пирамидальной части рупорной камеры угол падения
qp = arctg(l0cosg/H), (2.3)
Для продольной части поверхности прямоугольной БЭК
qп = arctg(l0/2H). (2.4)
Если для прямоугольных БЭК qП=4О°, 50°, 60°, 70°, то для рупорной при тех же l0 и qР = 590, 67°, 74°, 79°.
Учитывая, что поглощающие материалы эффективно работают при углах падения, не превышающих 60 ¸ 65°, обеспечение безэховости пирамидальной части рупорной БЭК, в тех случаях, когда соотношение (2.2) не соблюдается, представляется затруднительным и целиком решается за счет направленных свойств передающей антенны [64]. Итак, рупорная камера может быть эффективно использована для проведения большинства антенных измерений, входящих в группу I в тех случаях, когда излучающая антенна может быть расположена достаточно близко к вершине пирамидальной части камеры. При этом габариты камеры накладывают определенное ограничение на направленность испытуемых антенных систем. Как правило, они используются для испытания антенн, у которых дальняя зона не превышает нескольких десятков метров.
Безэховые камеры с радиозеркалом. В последнее время все чаще появляются безэховые камеры, часть поверхности которых используется в качестве радиозеркала [67, 68]. В практике измерения антенн сантиметрового диапазона с излучающим раскрывом 1 ¸ 2 м применяются безэховые камеры, одна из торцевых стен поверхностей которых используется в качестве коллиматора, преобразующего поле излучающей антенны в квазиплоское. В зарубежной практике для таких камер принят термин «компактные антенные полигоны» [67].
Трудности создания зеркала качественного коллиматора известны [67]. Даже сравнительно небольшие отклонения профиля зеркала от расчетного могут привести к значительным вариациям амплитуды и фазы поля облучения на апертуре испытуемой антенны. В работе [68] показано, что отклонение поверхности зеркала-коллиматора от расчетного значения на 0,007l вызывает изменение амплитуды коллимированного поля на 0,5 дБ. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике трудности качественного изготовления, контроля и доводки поверхности зеркала-коллиматора преодолены. Другие факторы, принципиально являющиеся причиной искажения коллимированного поля в апертуре испытуемой антенны (см., например, [68]), при создании безэховых камер в значительной мере устраняются. Так, профиль поглощающих продольных поверхностей камеры в пересечении с зеркалом коллиматора образует звездообразную кромку, что резко снижает эффект влияния края.
На рис. 2.7 приведены экспериментальные кривые распределения амплитуды поля вдоль зеркала с обычной (кривая 1) и звездообразной кромкой (кривая 2). Видно, что звездообразная кромка существенно снижает уровень искажений поля за счет краевой волны.
Вынесенный (спрятанный в поглощающую полость) облучатель позволяет уменьшить влияние его поля в зоне испытуемой антенны. И, наконец, наличие поглощающих полостей позволяет уменьшить взаимодействие зеркала-коллиматора с полем, рассеянным испытуемой антенной.
На рис, 2.8 схематически показана безэховая камера для антенных измерений, торцевая часть которой используется в качестве зеркала коллиматора.
На рис. 2.9 приведены кривые распределения амплитуды поля вдоль фронта волны в рабочей зоне, измеренные на модели безэховой камеры описанного типа. Они сняты для различных расстояний по продольной оси камеры. Видно, что в рабочей зоне осцилляции амплитуды поля вдоль фронта волны не превышают 0,3 дБ.
У антенн больших размеров, излучающая апертура которых составляет несколько метров, диаграмма направленности и ее характеристики определяются расчетным путем по измерениям в ближней зоне. С точки зрения характеристик безэховости эти измерения принадлежат к группе III, что и определяет типы применяемых безэховых камер. Итак, для измерений группы I, включающих большинство измерений характеристик излучения