Γιπλωματική Δργασία ηος θοιηηηή ηος Σμήμαηορ Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ηηρ Πολςηεσνικήρ σολήρ ηος Πανεπιζηημίος Παηπών

ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΧΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΔΚΣΡΟΛΟΓΧΝ ΜΗΥΑΝΙΚΧΝ ΚΑΙ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΤΠΟΛΟΓΙΣΧΝ ΣΟΜΔΑ: ΗΔ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟ ΤΦΗΛΧΝ ΣΑΔΧΝ Γιπλωματική Δργασία ηος θοιηηηή ηος Σμήμαηορ Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ηηρ Πολςηεσνικήρ σολήρ ηος Πανεπιζηημίος Παηπών ΔΤΣΑΘΙΟΤ ΘΔΟΓΧΡΑΚΟΠΟΤΛΟΤ τοσ ΑΘΑΝΑΙΟΤ Απιθμόρ Μηηπώος: 5633 Θέμα «ΜΔΛΔΣΗ ΘΑΛΑΜΟΤ ΗΛΔΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ ΤΜΒΑΣΟΣΗΣΑ» Επιβλέποςζα ΕΠΙΚΟΤΡΟ ΚΑΘΗΓΗΣΡΙΑ Ε.ΠΤΡΓΙΩΣΗ Αριθμός Γιπλωματικής Δργασίας: Πάηπα, Ιούλιορ 2010

ΠΙΣΟΠΟΙΗΗ Πιζηοποιείηαι όηι η Διπλωμαηική Επγαζία με θέμα «ΜΔΛΔΣΗ ΘΑΛΑΜΟΤ ΗΛΔΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ ΤΜΒΑΣΟΣΗΣΑ» Σος θοιηηηή ηος Σμήμαηορ Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ΔΤΣΑΘΙΟΤ ΘΔΟΓΧΡΑΚΟΠΟΤΛΟΤ τοσ ΑΘΑΝΑΙΟΤ Απιθμόρ Μηηπώος: 5633 Παποςζιάζηηκε δημόζια και εξεηάζηηκε ζηο Σμήμα Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ζηιρ.../../ Η Επιβλέποςζα Ο Διεςθςνηήρ ηος Σομέα Ελεςθεπία Πςπγιώηη Επίκοςπορ Καθηγήηπια Ανηώνιορ Αλεξανδπίδηρ Αναπληπωηήρ Καθηγηηήρ

Αριθμός Γιπλωματικής Δργασίας: Θέμα: «ΜΔΛΔΣΗ ΘΑΛΑΜΟΤ ΗΛΔΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ ΤΜΒΑΣΟΣΗΣΑ» ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο ςκοπόσ αυτισ τθσ εργαςίασ είναι να προωκθκεί ζνασ οδθγόσ ςχετικά με τισ καταςκευαςτικζσ προδιαγραφζσ και τθν απόδοςθ των θλεκτρομαγνθτικϊν ανθχοικϊν καλάμων και των εςωτερικϊν εγκαταςτάςεων δοκιμισ. Εντοφτοισ, απαιτείται κάποια γνϊςθ θλεκτρομαγνθτικϊν μετριςεων, για να εξαςφαλιςτεί ότι όλοι οι εφαρμόςιμοι καταςκευαςτικοί παράγοντεσ, ζχουν εφαρμοςτεί ςτισ καταςτάςεισ που κα ηθτθκοφν. Θ μζτρθςθ των θλεκτρομαγνθτικϊν κυμάτων περιλαμβάνει μεγάλο αρικμό θλεκτρονικϊν ςυςκευϊν. Αυτζσ οι ςυςκευζσ μποροφν να ταξινομθκοφν ςε άμεςουσ ι ςε ζμμεςουσ εκπομποφσ. Θ μζτρθςθ των άμεςων εκπομπϊν (όπωσ οι κεραίεσ) ι θ εκπομπι τθσ θλεκτρομαγνθτικισ ενζργειασ, όπωσ ςτθ διατομι του ραντάρ, απαιτεί εξειδικευμζνεσ εγκαταςτάςεισ. Ο κακοριςμόσ του επιπζδου ακτινοβολίασ από τουσ ζμμεςουσ εκπομποφσ όπωσ οι ψθφιακζσ ςυςκευζσ ι ο κακοριςμόσ του επιπζδου «ευαιςκθςίασ» που ζχει μια θλεκτρονικι ςυςκευι, όςον αφορά ζνα ειςερχόμενο θλεκτρομαγνθτικό κφμα περιλαμβάνει επίςθσ τθ μζτρθςθ των θλεκτρομαγνθτικϊν κυμάτων ςτισ εγκαταςτάςεισ που ςχεδιάηονται ςυγκεκριμζνα για τθ μζτρθςθ που πραγματοποιείται. Θλεκτρομαγνθτικό κφμα είναι το αποτζλεςμα από τθν επιτάχυνςθ των θλεκτρικϊν φορτίων. Σο θλεκτρικό πεδίο λόγω μιασ ανεπικφμθτθσ φόρτιςθσ (ςε κάποια δοκιμι ι ςτθν ομοιόμορφθ κίνθςθ ςε μια ευκεία γραμμι) κατευκφνεται ακτινωτά και μειϊνεται ωσ το τετράγωνο τθσ απόςταςθσ από τθ φόρτιςθ. Εντοφτοισ, θ επιτάχυνςθ τθσ φόρτιςθσ προκαλεί αφξθςθ του θλεκτρικοφ πεδίου, και μειϊνεται γραμμικά με τθν απόςταςθ. τθν πράξθ, ςχεδόν πάντα υπάρχει ενδιαφζρον για τα μακροςκοπικά αποτελζςματα. τθν μακροςκοπικι κλίμακα, θ αλλθλεξάρτθςθ μεταξφ των θλεκτρικϊν και μαγνθτικϊν πεδίων περιγράφεται από μακθματικι άποψθ από τισ εξιςϊςεισ Maxwell * 2..3 +. Σα μακθματικά των θλεκτρομαγνθτικϊν πεδίων και των ςχετικϊν μζςων χρθςιμοποιοφν τθν διανυςματικι ανάλυςθ. Θ ανάλυςθ μπορεί να αναμιχκεί πολφ, ςε πολλά προβλιματα, ειδικά εκείνα που περιλαμβάνουν τθ διάδοςθ ςτα μθ ιςοτροπικά, μθ-αμοιβαία, μθ γραμμικά, ι ανομοιογενι μζςα. Αν και οριςμζνα προβλιματα ςτισ θλεκτρομαγνθτικζσ μετριςεισ μποροφν να απαιτιςουν τθν εφαρμογι πιο λεπτομερϊν μακθματικϊν.

τουσ ανθχοικοφσ καλάμουσ πραγματοποιοφνται δφο ειδϊν δοκιμζσ, θ δοκιμι θλεκτρομαγνθτικισ παρεμβολισ (EMI) και θ δοκιμι θλεκτρομαγνθτικισ ςυμβατότθτασ (EMC). Ηλεκτρομαγνθτικι παρεμβολι (EMI) είναι κάκε ςιμα ι εκπομπι που ακτινοβολείται ςτον χϊρο ι άγεται ςε καλϊδια τροφοδοςίασ ι ςθμάτων και κζτει ςε κίνδυνο τθ λειτουργία ςυςτθμάτων αςφρματθσ πλοιγθςθσ ι άλλεσ υπθρεςίεσ αςφαλείασ ι υποβακμίηει, παρεμποδίηει ι διακόπτει επανειλθμμζνα μια αδειοδοτθμζνθ υπθρεςία αςφρματων επικοινωνιϊν. τισ υπθρεςίεσ αςυρμάτων επικοινωνιϊν περιλαμβάνονται, ενδεικτικά, οι εμπορικζσ εκπομπζσ AM/FM, θ τθλεόραςθ, θ κινθτι τθλεφωνία, τα ραντάρ, ο ζλεγχοσ εναζριασ κυκλοφορίασ, θ τθλεειδοποίθςθ και οι Τπθρεςίεσ Προςωπικισ Επικοινωνίασ (Personal Communication Services ι PCS). Αυτζσ οι αδειοδοτθμζνεσ και οι μθ αδειδοτθμζνεσ υπθρεςίεσ αςυρμάτων επικοινωνιϊν, όπωσ το WLAN ι το Bluetooth, μαηί με ακοφςιουσ πομποφσ όπωσ ψθφιακζσ ςυςκευζσ, ςυμπεριλαμβανομζνων ςυςτθμάτων υπολογιςτϊν, ςυμβάλλουν ςτο θλεκτρομαγνθτικό περιβάλλον. Η θλεκτρομαγνθτικι ςυμβατότθτα (ΗΜ) είναι θ δυνατότθτα ςτοιχείων του θλεκτρονικοφ εξοπλιςμοφ να λειτουργοφν ομαλά μαηί, μζςα ςε θλεκτρονικό περιβάλλον. Παρόλο που το ςυγκεκριμζνο ςφςτθμα υπολογιςτι ζχει ςχεδιαςτεί και ζχει προςδιοριςτεί ωσ ςυμβατό με τα όρια που κακορίηονται από το φορζα κανονιςμϊν για θλεκτρομαγνθτικζσ παρεμβολζσ, δεν παρζχεται κανενόσ είδουσ εγγφθςθ ότι δεν κα υπάρξει παρεμβολι ςε μία ςυγκεκριμζνθ εγκατάςταςθ. Σα προϊόντα τθσ EMC Corporation είναι ςχεδιαςμζνα, ελεγμζνα και κατθγοριοποιθμζνα ςφμφωνα με το ςυγκεκριμζνο θλεκτρομαγνθτικό περιβάλλον χριςθσ τουσ. Αυτζσ οι κατθγορίεσ θλεκτρομαγνθτικοφ περιβάλλοντοσ αναφζρονται γενικά ςτουσ ακόλουκουσ εναρμονιςμζνουσ οριςμοφσ: Σα προϊόντα κατθγορίασ B προορίηονται για χριςθ ςε οικιακά περιβάλλοντα, αλλά μποροφν επίςθσ να χρθςιμοποιθκοφν ςε μθ οικιακά περιβάλλοντα. θμείωςθ: Οικιακό περιβάλλον είναι ζνα περιβάλλον όπου θ χριςθ πομπϊν ραδιοςυχνοτιτων και τθλεοπτικϊν δεκτϊν μπορεί να είναι αναμενόμενθ ςε απόςταςθ 10 m από το ςθμείο που χρθςιμοποιείται το προϊόν. Σα προϊόντα κατθγορίασ A προορίηονται για χριςθ ςε μθ οικιακά περιβάλλοντα. Σα προϊόντα κατθγορίασ A μποροφν επίςθσ να χρθςιμοποιθκοφν ςε οικιακά περιβάλλοντα, αλλά ενδζχεται να προκαλζςουν παρεμβολζσ και να απαιτθκεί θ λιψθ διορκωτικϊν μζτρων από το χριςτθ. Εάν αυτόσ ο εξοπλιςμόσ προκαλζςει παρεμβολι ςε υπθρεςίεσ ραδιοεπικοινωνιϊν, θ οποία παρεμβολι διαπιςτϊνεται ενεργοποιϊντασ και απενεργοποιϊντασ τον εξοπλιςμό, επιχειριςτε να διορκϊςετε τθν παρεμβολι ενεργϊντασ ωσ εξισ: Επαναπροςανατολιςμόσ τθσ κεραίασ λιψθσ. Αλλαγι κζςθσ του υπολογιςτι ςε ςχζςθ με το δζκτθ. Μετακίνθςθ του υπολογιςτι μακριά από το δζκτθ.

φνδεςθ του υπολογιςτι ςε διαφορετικι πρίηα ζτςι ϊςτε ο υπολογιςτισ και ο δζκτθσ να βρίςκονται ςε διαφορετικά κυκλϊματα. Εάν είναι απαραίτθτο, επικοινωνιςτε με ζναν τεχνικό υποςτιριξθσ τθσ EMC Corporation ι κάποιο εξειδικευμζνο τεχνικό ραδιοφϊνων/τθλεοράςεων ι ειδικό ΘΜ για περαιτζρω υποδείξεισ. Ο εξοπλιςμόσ τεχνολογίασ πλθροφοριϊν (ITE) που περιλαμβάνει περιφερειακά όπωσ κάρτεσ επζκταςθσ, εκτυπωτζσ, ςυςκευζσ ειςόδου/εξόδου (I/O), οκόνεσ κ.λπ., και οι οποίεσ είναι ενςωματωμζνεσ μζςα ςτο ςφςτθμα ι ςυνδεδεμζνεσ ςε αυτόν, πρζπει να ςυμμορφϊνεται με τθν κατθγορία θλεκτρομαγνθτικοφ περιβάλλοντοσ του υπολογιςτι.

Paper Number: Title: ELECTROMAGNETIC ANECHOIC CHAMBERS A FUNDAMENTAL DESIGN AND SPECIFICATION GUIDE Abstract The purpose of this paper is to provide a guide on the design and performance specification of electromagnetic anechoic chambers or indoor test facilities. However, some knowledge of electromagnetic measurements is required to ensure that all applicable design factors have been applied in any given design situation. The measurement of electromagnetic waves involves a large number of electronic devices. These devices can be categorized as intentional or unintentional radiators. Measurement of intentional radiators (such as antennas) or the scattering facilities. Determining the level of radiation from unintentional radiators such as digital devices or determining the level of immunity an electronic device has with respect to an impinging electromagnetic wave also involves the measurement of electromagnetic waves in testing facilities designed specifically for the measurement to be performed. Electromagnetic waves result from the acceleration of electric charges. The electric field due to an unaccelerated charge (one at rest or in uniform motion in a straight line) is radially directed and decreases as the square of the distance from the charge. However, the acceleration of the charge gives rise to a tangential component of the electric field, and this decreases linearly with distance. This time-varying electric field has associated with it a time varying magnetic field, together, they comprise an electromagnetic field. An electromagnetic field that decreases linearly with distance represents an outward radiation. In practice, one is almost always concerned with macroscopic effects resulting from acceleration of gross numbers of charges. On the macroscopic scale, the interrelationship between electric and magnetic fields is described mathematically by Maxwell s equations. An additional set of equations called constitutive relationships specifies the characteristics of the medium in which the field exists. The mathematics of electromagnetic fields and the associated media makes use of vector and tensor analysis. The analysis can become very involved in many problems, especially those involving propagation in nonisotropic, nonreciprocal, nonlinear, or nonhomogeneous media. Although certain problems in electromagnetic measurements can require application of more detailed mathematics.

In anechoic chambers, take place two types of tests, the electromagnetic interference test (EMI) and the electromagnetic compatibility testing (EMC). Electromagnetic interference (EMI) is any signal or emission radiated in space or is induced in cables or signals and threatening the operation of wireless navigation services or other security or degrade, obstruct or repeatedly interrupts a licensed radio communications service. In wireless communications services including, without limitation, commercial broadcasting AM / FM, TV, mobile telephony, radar, air traffic control, paging and personal communications services (Personal Communication Services or PCS). These licensed and non licensed wireless communications such as WLAN or Bluetooth, along with unintentional transmitters such as digital devices, including computer systems, contribute to the electromagnetic environment. The electromagnetic compatibility (EMC) is the potential components of electronic equipment to operate seamlessly together in an electronic environment. While this computer system has been designed and determined to be compatible with the limits set by the service regulations for electromagnetic interference, there is no guarantee that interference will not occur in a particular installation. Its products are EMC Corporation is designed, tested and categorized according to the specific electromagnetic environment of use. These types of electromagnetic environment generally refers to the following harmonized definitions: Products category B for use in domestic environments, but can also be used in non-domestic environments. Note: the domestic environment is an environment where the use of RF transmitters and television receivers may be expected within 10 m from where the product is used. Class A products are intended for use in non-domestic environments. Class A products can also be used in domestic environments, but it may cause interference and require remedial action by the user. If this equipment cause interference to radio services, which insert shows activating and disabling the equipment, try to correct the interference by acting as follows: Reorient the receiving antenna. Relocating the computer to the receiver. Move the computer away from the receiver. Connect the computer into a different outlet so that computer and receiver are on different circuits. If necessary, contact technical support EMC Corporation or any qualified radio / TV technician or special EMC for further instructions. Information technology equipment (ITE), including peripherals such as expansion cards, printers, input / output (I / O), monitors, etc., which are embedded in the system or connected to it, must comply with Category electromagnetic environment of the computer.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΜΕΣΡΗΗ ΣΩΝ ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ 1 1.1 Ειςαγωγι 1 1.2 Κεραίεσ 1 1.2.1 Ειςαγωγι 1 1.2.2 Σφποι κεραιϊν 1 1.2.2.1 Απόδοςθ Κεραιϊν 3 1.2.2.2 φνκετθ αντίςταςθ κεραιϊν 4 1.2.3 Εκπομπζσ Ακτινοβολίασ 4 1.2.4 Ευαιςκθςία Ακτινοβολίασ 5 1.2.5 τρατιωτικι θλεκτρομαγνθτικι ςυμβατότθτα 5 1.2.6 Απομόνωςθ ςυςτθμάτων κεραιϊν 5 1.2.7 Διατομι ραντάρ 6 1,2ΑΠΑΙΣΗΕΙ ΔΟΚΙΜΗ Ε ΑΝΟΙΧΣΟ ΧΩΡΟ 6 1.3.1 Ειςαγωγι 6 1.3.2 Ρυκμίςεισ 7 1.3.3 Εφροσ 10 1.3.4 Πόλωςθ 11 1.3.5. Ο Σφποσ Διάδοςθσ του Friis 12 1.4 Δευτερεφουςεσ ζννοιεσ μζτρθςθσ 13 1.4.1 Ειςαγωγι 13 1.4.2 υςτιματα ςυντονιςμοφ και διάταξθ ςυςκευϊν 13 1.4.3 Ντεςιμπζλ 14 1.4.4 Αποτελζςματα τθσ Ανακλϊμενθσ Ενζργειασ 15 1.4.5 Επιδράςεισ τθσ ςφηευξθσ κεραίασ 17 1.5 Εξωτερικζσ εγκαταςτάςεισ μζτρθςθσ 18 1.5.1 Ειςαγωγι 18 1.5.2 Παράγοντεσ Θλεκτρομαγνθτικοφ Πεδίου και Κριτιρια 20 1.5.3 Ανϊτερθ Εξωτερικι Περιοχι Κεραίασ 20 1.5.4 Περιοχι Εδαφικισ Ανάκλαςθσ Κεραίασ 22 1.5.4.1 Ειςαγωγι 22 1.5.4.2 Αρχζσ 22 1.5.4.3 Ζλεγχοσ των Ανακλάςεων Επιφάνειασ με τον τρόπο Εδαφικισ Ανάκλαςθσ 24 1.5.5 Κζςεισ δοκιμϊν ανοικτοφ τφπου 24 1.5.5.1 Ειςαγωγι 24 1.5.5.2 Οι τφποι των κζςεων δοκιμϊν ανοικτοφ τφπου 25 2 ΤΛΙΚΑ ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΥΗΗ 26 2.1 Ειςαγωγι 26 2.2 Τλικά μικροκυματικισ απορρόφθςθσ 27

2.2.1 Πυραμιδοειδισ Απορροφθτισ 27 2.2.1.1 υμπαγισ αφρόσ 27 2.2.1.2 Κοίλοσ Πυραμιδοειδισ Απορροφθτισ 32 2.2.2 φθνοειδισ Απορροφθτισ 33 2.2.3 Ελικοειδισ μικροκυματικόσ απορροφθτισ 33 2.2.4 Πολυςτρωματικόσ Διθλεκτρικόσ Απορροφθτισ 34 2.2.5 Τβριδικόσ Διθλεκτρικόσ Απορροφθτισ 34 2.2.6 ΑΠΟΡΡΟΦΘΣΛΚΟ ΔΛΑΔΡΟΜΟ 35 2.3 Τλικό απορρόφθςθσ χαμθλών ςυχνοτιτων 35 2.3.1 Ειςαγωγι 35 2.3.2 Απορροφθτζσ Φερρίτθ 36 2.3.3 Τβριδικοί Απορροφθτζσ 40 2.4 Μοντζλο Απορροφθτών 40 2.5 Δοκιμζσ Απορροφθτών 41 3 ΣΑ ΣΟΙΦΩΜΑΣΑ ΣΩΝ ΘΑΛΑΜΩΝ 43 3.1 ΕΙΑΓΩΓΗ 43 3.2 ΕΛΕΓΧΟ ΣΟΤ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΣΟ 44 3.4 ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ ΘΩΡΑΚΙΗ 45 3.4.1 Ειςαγωγι 45 3.4.2 κωράκιςθ υγκόλλθςθσ 46 3.4.3 Θ ςτερεωμζνθ ραφι ι θ προκαταςκευαςμζνθ κωράκιςθ 47 3.5 ΔΙΕΙΔΤΕΙ " 49 3.6 ΕΠΑΛΗΘΕΤΗ ΑΠΟΔΟΗ 50 3.7 ΘΩΡΑΚΙΗ ΓΕΙΩΗ 50 3.8 ΠΤΡΟΠΡΟΣΑΙΑ 52 4 ΣΕΦΝΙΚΕ ΦΕΔΙΑΜΟΤ ΑΝΗΦΩΙΚΩΝ ΘΑΛΑΜΩΝ 54 4.1 Ειςαγωγι 54 4.2 Πρακτικζσ Διαδικαςίεσ χεδιαςμοφ 54 4.2.1 Ειςαγωγι 54 4.2.2 Γριγοροσ Τπολογιςμόσ τθσ απόδοςθσ του Καλάμου 55 4.2.3 Λεπτομερισ διαδικαςία ςχεδιαςμοφ ανίχνευςθσ ακτίνων 57 4.3 ΜΟΝΣΕΛΟ ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟΤ ΕΓΚΕΦΑΛΟΤ 64 4.3.1 Ειςαγωγι 64 4.3.2 Ανίχνευςθ ακτινϊν 66 4.3.3 Μοντζλο πεπεραςμζνθσ διαφοράσ ςτο πεδίο του χρόνου 67

4.4 Άλλεσ Σεχνικζσ 68 4.5 Κεραίεσ που χρθςιμοποιοφνται ςε ανθχωικοφσ καλάμουσ 68 4.5.1 Ειςαγωγι 68 4.5.2 Ορκογϊνιοι Κάλαμοι Κεραίασ 69 4.5.3 Κεραίεσ για κωνικοφσ καλάμουσ 70 4.5.4 Κάλαμοι Θλεκτρομαγνθτικισ Παρεμβολισ 70 5 Η ΤΜΠΑΓΗ ΑΠΟΣΑΗ ΘΑΛΑΜΟΤ 72 5.1 ΕΙΑΓΩΓΗ 72 5.2 ΔΟΚΙΜΕ ΚΕΡΑΙΩΝ 73 5.2.1 Πρωταρχικι ςυμπαγισ ςειρά εςτίαςθσ 73 5.2.2 Διπλι ςυμπαγισ ςειρά ανακλαςτιρων 75 5.2.3 Διαμορφωμζνθ ςυμπαγισ ςειρά ανακλαςτιρων 76 5.2.4 υμπαγζσ ςχεδιάγραμμα απορροφθτϊν ακτίνασ κεραιϊν 78 5.2.5 Δοκιμι αποδοχισ τθσ ςυμπαγοφσ ανθχοειδοφσ αίκουςασ κεραιϊν 79 5.3 ΤΜΠΑΓΕΙ ΠΕΡΙΟΧΕ RCS 80 5.3.1 Ειςαγωγι 80 5.3.2 Παράδειγμα ςχεδίου 81 5.3.3 Ζγκριςθ δοκιμϊν 82 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΥΙΑ 83 ΑΝΑΥΟΡΑ 85

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1 Μζτρθςθ των Ηλεκτρομαγνθτικών Πεδίων 1.1 Ειςαγωγι Θ ποικιλία των τεχνικϊν μζτρθςθσ θλεκτρομαγνθτικϊν πεδίων είναι αρκετά μεγάλθ. Σα ακόλουκα παραδείγματα αντιπροςωπεφουν ζνα δείγμα των πιο κοινϊν τφπων μετριςεων και παραμζτρων, οι οποίοι επθρεάηονται από το δοκιμαςτικό περιβάλλον. 1.2 Κεραίεσ 1.2.1 Ειςαγωγι Οι μετριςεισ κεραιϊν διεξάγονται εκτενϊσ ςε όλεσ τισ εγκαταςτάςεισ δοκιμϊν τθσ βιομθχανίασ. Αυτζσ οι μετριςεισ περιλαμβάνουν ουςιαςτικά δφο βαςικζσ παραμζτρουσ. Θ πρϊτθ είναι θ διανομι τθσ ακτινοβολοφςασ ενζργειασ ςτο πεδίο τθσ κεραίασ ι ο τφποσ κεραιϊν και θ ςχετικι απόδοςθ τθσ. Θ δεφτερθ παράμετροσ είναι πόςο καλά θ κεραία εναρμονίηεται με τθ γραμμι μετάδοςθσ. 1.2.2 Σφποι κεραιών Θ ενζργεια που ακτινοβολείται από μια κεραία είναι ζνα πρόβλθμα τριϊν διαςτάςεων. Θ μορφι των τφπων μπορεί να είναι ςχεδόν ςφαιρικι ι όλθ θ ενζργεια μπορεί να κατευκυνκεί ςε μια κατεφκυνςθ, όπωσ αυτι που παράγεται από μια μεγάλθ κεραία ανακλαςτιρων. Οι εγκαταςτάςεισ για τθ μζτρθςθ των κεραιϊν ποικίλλουν ανάλογα με το ςκοπό του ςυςτιματοσ κεραιϊν. Θ μικρι απόδοςθ ι οι μικρζσ κεραίεσ μπορεί να μετρθκοφν ςτουσ απλοφσ ορκογϊνιουσ καλάμουσ ςτο φάςμα ςυχνότθτασ μικροκυμάτων,

2 αλλά απαιτεί ειδικά ςχεδιαςμζνουσ καλάμουσ κάτω του 1 GHz, λόγω των ιδιοτιτων απορρόφθςθσ του ανθχοικοφ υλικοφ που πρζπει να χρθςιμοποιθκεί ςτισ χαμθλότερεσ ςυχνότθτεσ. Οι κεραίεσ υψθλισ-απόδοςθσ απαιτοφν μεγάλθ εξωτερικι εμβζλεια ι τθ χριςθ παντοκατευκυντικισ εμβζλειασ κεραίασ εςωτερικισ χριςθσ. Κάκε μια από αυτζσ τισ διαφορετικζσ εγκαταςτάςεισ προςεγγίηει το ιδανικό περιβάλλον δοκιμισ ςε διαφορετικό βακμό τθσ απόδοςθσ. Οι διαφορζσ κα ςυηθτθκοφν ςτα ακόλουκα κεφάλαια. τα παρακάτω είναι γενικζσ πλθροφορίεσ που ιςχφουν για όλεσ τισ εγκαταςτάςεισ. Σο ςχιμα 1.1 απεικονίηει ζνα γενικευμζνο ςχζδιο κεραιϊν. Φαίνεται ζνασ ςθμαντικόσ λοβόσ που ςθμειϊνει ζνα μιςισ ιςχφοσ εφροσ δζςμθσ. επίςθσ φαίνονται και τα επίπεδα των πλευρικϊν λοβϊν. Θ απόδοςθ τθσ κεραίασ φαίνεται ςτθν κορυφι του διαγράμματοσ. Θ ορκότθτα τθσ μζτρθςθσ είναι λειτουργία του επιπζδου μιασ εξωτερικισ ςυνιςτϊςασ που υπάρχει ςτθν περιοχι τθσ δοκιμισ των κεραιϊν. Εάν θ εξωτερικι ενζργεια είναι -45 db, κατόπιν ο πλευρικόσ λοβόσ 20-dB κα πάρει ±1-dB και κα παρουςιάςει μια αςτάκεια ςε ςχζςθ με τθ μζτρθςθ. χιμα 2.1 γενικευμζνο ςχζδιο κεραίασ [7]

3 1.2.2.1 Απόδοςθ Κεραιών Σο πρότυπο τθσ IEEE για τθν διαδικαςία δοκιμισ για τισ κεραίεσ, Std- 149 [5], κακορίηει το κζρδοσ δφναμθσ μιασ κεραίασ προσ μια ςυγκεκριμζνθ κατεφκυνςθ, ωσ 4π φορζσ ο λόγοσ τθσ ιςχφοσ που ακτινοβολείται ανά μονάδα ςτερεάσ γωνίασ. Αυτό περιγράφεται από G(φ,θ)= 4πΦ(φ,θ)/Po (1-1) όπου το Ρο είναι θ δφναμθ που γίνεται αποδεκτι από τθν κεραία από τθ γεννιτρια και το Φ τθσ (φ, κ) είναι θ ζνταςθ. Όπου θ (1-1) γίνεται: G (φ, θ) = Φ (φ, θ) 4π/Po (1-2) που δείχνει ότι θ απόδοςθ είναι θ αναλογία τθσ ιςχφοσ που ακτινοβολείται ανά ςτερακτίνιο ςτθ ςυγκεκριμζνθ κατεφκυνςθ (φ, κ), ςτθ δφναμθ που κα ακτινοβολοφταν ανά ςτερακτίνιο από μια χωρίσ απϊλειεσ ιςοτροπικι κεραία με τθν ίδια δφναμθ ειςαγωγισ Pο που γίνεται αποδεκτι ςτα τερματικά τθσ. Αυτι θ εξίςωςθ δίνει μια φυςικι ερμθνεία ςτθν απόδοςθ και παρουςιάηει επίςθσ τθ ςχζςθ μεταξφ τθσ απόδοςθσ και τθσ κατεφκυνςθσ από τον κακοριςμό τθσ κατευκυντικότθτασ G(φ,θ) = Φ(φ,θ)4π/Pr (1-3) όπου Ρr είναι θ δφναμθ που ακτινοβολείται από τθν κεραία. Θ εξίςωςθ (1-2) ςυναρτιςει τθσ (12-3) δίνει τθν: G(φ,θ)/D(φ,θ) = Pr/Po = η (1-4)

4 Επειδι θ αποδοτικότθτα δεν μπορεί ποτζ να είναι τόςο μεγάλθ όςο τθσ μονάδασ, θ απόδοςθ πρζπει να είναι μικρότερθ από τθν κατευκυντικότθτα. 1.2.2.2 φνκετθ αντίςταςθ κεραιών Θ ςφνκετθ αντίςταςθ ειςαγωγισ μιασ κεραίασ επθρεάηεται από το φυςικό περιβάλλον δίπλα ςτθν κεραία. Οι κεραίεσ ακτινοβολοφν ενζργεια, και αν αυτι θ ενζργεια ςυναντιςει εμπόδιο γυρίηει πίςω ςτθν κεραία. Σότε θ φαινομενικι είςοδοσ τθσ ςφνκετθσ αντίςταςθσ αλλάηει. Εάν το αντανακλϊν αντικείμενο είναι μεγαλφτερο από περίπου ζνα μικοσ κφματοσ μακριά από τθν κεραία, κατόπιν οι μετριςεισ είναι αρκετά αντιπροςωπευτικζσ τθσ πραγματικισ ειςόδου τθσ ςφνκετθσ αντίςταςθσ. Εάν θ μζτρθςθ πρόκειται να κινθκεί μζςα ςε μια μικρι RF ςυγκεκριμζνθσ απορρόφθςθσ, τότε θ ανακλαςτικότθτα του απορροφθτι πρζπει να επιλεχτεί προςεκτικά όπωσ φαίνεται ςτο κεφάλαιο 2. 1.2.3 Εκπομπζσ Ακτινοβολίασ Θ μζτρθςθ των εκπομπϊν από τισ θλεκτρονικζσ ςυςκευζσ ζχει γίνει ζνα πολφ ςθμαντικό κομμάτι ϊςτε να καταφζρει να ειςάγει μια θλεκτρονικι ςυςκευι ςτθν αγορά. ε όλο τον κόςμο, οι αντιπροςωπείεσ διευκρινίηουν τϊρα τισ μζγιςτεσ εκπομπζσ που μια θλεκτρονικι ςυςκευι ακτινοβολεί. Σα επίπεδα είναι πολφ χαμθλά ςε ςχζςθ με τισ τόςεσ πολλζσ ςυςκευζσ εκπομπισ ςε ζνα δεδομζνο περιβάλλον γραφείων. Θ προςεκτικι αξιολόγθςθ τθσ περιοχισ μζτρθςθσ είναι ουςιαςτικι επειδι τα λάκθ κα μποροφςαν να οδθγιςουν ςτθ χριςθ πολφ ακριβϊν ςυςκευϊν για τθν διευκρίνιςθ ακριβϊσ των εκπομπϊν ακτινοβολίασ. Αυτζσ οι μετριςεισ γίνονται ςε ανοιχτζσ περιοχζσ δοκιμισ (OATS) ι ςτισ εναλλακτικζσ εςωτερικζσ περιοχζσ όπωσ οι ανθχοικοί κάλαμοι. Αυτζσ οι μετριςεισ περιλαμβάνουν τθ μζτρθςθ τθσ μείωςθσ περιοχϊν δθλαδι τθν απϊλεια ακτινοβολίασ μεταξφ τθσ υπό δοκιμισ ςυςκευισ και τθσ κεραίασ μζτρθςθσ * 6 +. Γνωρίηοντασ αυτιν τθν απϊλεια και χρθςιμοποιϊντασ μια ςυςκευι ανάλυςθσ φάςματοσ, μπορεί να κακοριςτεί το επίπεδο τθσ εκπομπισ ςε μια δεδομζνθ απόςταςθ. Αυτζσ οι μετριςεισ πραγματοποιοφνται ςε απόςταςθ που ποικίλθ από 3 ζωσ 30

5 m. όπου οι ανθχοικοί κάλαμοι χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ για μικοσ 3m. Οι μεγαλφτερεσ επιχειριςεισ ζχουν χτίςει αίκουςεσ 10-m * 7 +. Επειδι θ δυνατότθτα είναι περιοριςμζνθ μζςα ςε κλειςτό χϊρο, είναι καλό να γίνεται επανάλθψθ τθσ μζτρθςθσ. Ζνα τρίτο ςτοιχείο κοινό για όλεσ τισ μετριςεισ EMI είναι τα ςφάλματα των ςυνδζςεων με τισ κεραίεσ που χρθςιμοποιοφνται ςτισ μετριςεισ και το πϊσ είναι τοποκετθμζνα τα όργανα.. 1.2.4 Ευαιςκθςία Ακτινοβολίασ Θ ακτινοβολοφςα ευαιςκθςία απαιτεί οι μετριςεισ να διεξαχκοφν ςε ζνα κωρακιςμζνο ανθχοικό κάλαμο επειδι υψθλά επίπεδα ιςχφοσ απαιτοφνται για τθν παραγωγι των απαραίτθτων τομζων για τον ζλεγχο τθσ ευαιςκθςίασ μιασ ςυςκευισ ςτα διάφορα επίπεδα των θλεκτρομαγνθτικϊν πεδίων. Ο προςεκτικόσ ςχεδιαςμόσ αυτϊν των εγκαταςτάςεων απαιτείται για να ελαχιςτοποιιςει τα ςφάλματα ςτισ μετριςεισ. Αναλυτικζσ πλθροφορίεσ δίνονται για το ςχεδιαςμό αυτϊν των εξειδικευμζνων εγκαταςτάςεων δοκιμισ. Θ ομοιομορφία του φωτεινοφ πεδίου τθσ ςυςκευι υπό δοκιμι (DUT) είναι θ κριςιμότερθ παράμετροσ ςτισ μετριςεισ ευαιςκθςίασ * 6 +. 1.2.5 τρατιωτικι θλεκτρομαγνθτικι ςυμβατότθτα Οι ςτρατιωτικζσ ακτινοβολοφςεσ θλεκτρομαγνθτικζσ μετριςεισ μεταφζρονται ςτουσ προςτατευμζνουσ ανθχοικοφ καλάμουσ χρθςιμοποιϊντασ τισ διαδικαςίεσ δοκιμισ και τισ επεξεργαςίεσ απορροφθτϊν που διευκρινίηονται ςε MIL-STD- 461E[8 ]. 1.2.6 Απομόνωςθ ςυςτθμάτων κεραιών Για να απομονωκοφν οι μετριςεισ των κεραιϊν απαιτείται χαμθλι εξωτερικι «ρφπανςθ» ςθμάτων από άλλεσ πθγζσ. Απαιτείται μεγάλθ περιοχι γφρω από το μζςο υπό

6 δοκιμι, εάν βρίςκεται ςε εξωτερικό χϊρο. Ζνασ μεγάλοσ όγκοσ δοκιμισ απαιτείται ςε ζνα ανθχοικό κάλαμο. Σο μζγεκοσ πρζπει να είναι τουλάχιςτον 6dB μεγαλφτερο από ότι απαιτείται ϊςτε να παραχκεί ζνα ςιμα για να μπορζςει να μετρθκεί. Μια ειδικι μζτρθςθ είναι θ μζτρθςθ τθσ πακθτικισ ενδοδιαμόρφωςθσ (PIM) * 9 +. 1.2.7 Διατομι ραντάρ Θ μζτρθςθ τθσ διατομισ του ραντάρ κατζχει ειδικζσ απαιτιςεισ περιβάλλοντοσ δοκιμισ. Αυτζσ περιλαμβάνουν: 1. τθν ελαχιςτοποίθςθ τθσ εμπρόςκιασ διάχυςθσ των ςθμάτων από τθ ςυςκευι αποςτολισ ςθμάτων ςτθν περιοχι δοκιμισ, 2. ελαχιςτοποιϊντασ τθν εξωτερικι ενζργεια που απεικονίηεται από τισ περιβάλλουςεσ επιφάνειεσ, 3. ομοιόμορφοσ φωτιςμόσ του ςτόχου, ςτθ φάςθ και το εφροσ, 4. θ δυνατότθτα να λειτουργιςουν πζρα από τα πολφ ευρζα φάςματα ςυχνότθτασ * 10 +. Κάκε ζνα από αυτά τα ςτοιχεία εξετάηεται με τμθματικι περιγραφι ςτουσ δοκιμαςτικοφσ καλάμουσ. 1,2ΑΠΑΙΣΗΕΙ ΔΟΚΙΜΗ Ε ΑΝΟΙΧΣΟ ΧΩΡΟ 1.3.1 Ειςαγωγι Σα χαρακτθριςτικά ακτινοβολίασ μιασ θλεκτρονικισ ςυςκευισ ςτισ ςφαιρικζσ ςυντεταγμζνεσ κάτω από ζνα δεδομζνο ςφνολο όρων μποροφν να περιγραφοφν από τθν G1(φ,θ), G2(φ,θ) δ(φ,θ) (1-5) η Ζ

7 όπου Gl και G2 είναι οι λειτουργίεσ απόδοςθσ για δφο ορκογϊνιεσ πολϊςεισ, το δ είναι θ ρφκμιςθ γωνίασ μεταξφ των ςθμάτων παραγωγισ για τισ δφο πολϊςεισ, θ είναι θ αποδοτικότθτα τθσ ςυςκευισ που κακορίηεται από τισ ωμικζσ απϊλειζσ τθσ, και Η είναι θ ςφνκετθ αντίςταςθ που θ ςυςκευι παρουςιάηει ςτα τερματικά ειςαγωγισ τθσ. Αυτζσ οι ςχζςεισ φαίνονται ςτο ςχιμα 1.3. Μόνο ςτθν περίπτωςθ ενόσ ςκόπιμου εκπομποφ, όπωσ μια κεραία, αυτζσ οι παράμετροι κακορίηονται εφκολα. Επιπλζον, οι περιβαλλοντικοί παράγοντεσ πρζπει να εξεταςτοφν ςε οποιοδιποτε θλεκτρομαγνθτικό πρόβλθμα μζτρθςθσ, και πρζπει να λθφκεί κατάλλθλθ μζριμνα για τα αποτελζςματά τουσ. χιμα 1.3 ςυμβολικι ςχζςθ μεταξφ μετροφμενων ποςοτιτων [11] Πριν προχωριςουμε ςτισ λεπτομζρειεσ τθσ θλεκτρομαγνθτικισ δοκιμισ που πραγματοποιείτε ςτουσ ανθχοικοφσ καλάμουσ, καλό είναι να ανακεωρθκοφν οριςμζνοι κεμελιϊδεισ όροι και ςχζςεισ που είναι βαςικοί ςτισ θλεκτρομαγνθτικζσ μετριςεισ. 1.3.2 Ρυκμίςεισ Ζνα ςυνθκιςμζνο κριτιριο για τον κακοριςμό του ελάχιςτου επιτρεπόμενου κενοφ μεταξφ τθσ κεραίασ πθγισ και τθσ κεραίασ υπό δοκιμι είναι να περιοριςτεί θ παραλλαγι ρφκμιςθσ ϊςτε να είναι μικρότερο από τθ μζγιςτθ ακτίνα του π/8, ι 22,5 μοίρεσ [ 11 ].

8 Πάρτε υπόψθ μια πθγι ςφαιρικϊν κυμάτων και μιασ κεραίασ υπό δοκιμι (AUT) που βρίςκεται ςε απόςταςθ R όπωσ φαίνεται ι ςτο ςχιμα 1.4. χιμα 1.4 δοκιμι κεραίασ από πθγι ςφαιρικϊν κυμάτων *11+ Θ μεγαλφτερθ ρφκμιςθ μεταξφ του ςφαιρικοφ κφματοσ και του ιδανικοφ επίπεδου κφματοσ φαίνεται ςτισ άκρεσ του AUT, που αντιςτοιχεί ςτθ διαφορά τθσ πορείασ ςτα μικθ κυμάτων, δ. τισ κοινζσ περιπτϊςεισ, το κδ δίνει τθν εξίςωςθ κδ π/8 (1-6) Οι διαφορζσ μεταξφ των διαδρομϊν των κυμάτων δ φαίνονται ςτθν (1-7) Θ μόνθ λφςθ τθν δευτερεφουςασ εξίςωςθσ για το δ είναι δ = - R (1-8) Σο παραπάνω είναι θ ςτρογγυλοποίθςθ χρθςιμοποιϊντασ τθ διανυςματικι επζκταςθ για τα δυο πρϊτα τμιματα μόνο ςαν

9 δ= R[1+ (1-9) Θ μικρότερθ απόςταςθ από τθν πθγι του ςφαιρικοφ κφματοσ ζχει τϊρα υπολογιςτεί ςε ςυνδυαςμό με τθν 1-6 /4R = (2π/λ) max/4r) π/8 (1-10) Κάτω υπό αυτζσ τισ ςυνκικεσ: Rmin = 2 max / λ (1-11) Εάν οι μετριςεισ κεραιϊν γίνονται ςε αυτό το μικοσ, κα υπάρξει μια δευτερεφουςα εκκίνθςθ που αχρθςτεφει το ςχζδιο τθσ ακτινοβολίασ και τθσ κζςθσ των επιπζδων των δευτερευόντων λοβϊν από τισ τιμζσ άπειρθσ-ςειράσ τουσ. Θ εξίςωςθ (1-11) ζγινε οδθγόσ για τθν οργάνωςθ μιασ ςειράσ μζτρθςθσ κεραιϊν, για να μετριςει ακριβϊσ τα ςχζδια ακτινοβολίασ των κεραιϊν. Κατά τθ διεξαγωγι των μετριςεων διατομισ ραντάρ (RCS), αυτό που μασ ανθςυχεί δεν είναι το δείγμα τθσ πθγισ και τθσ κεραίασ που δζχεται το ςιμα, αλλά ο φωτιςμόσ του ςτόχου. Θ πρωταρχικι απαίτθςθ είναι ότι θ κεραία πθγισ ζχει τα ςχετικά ςτακερά χαρακτθριςτικά εφρουσ και φάςθσ, όπωσ φαίνεται ςτο ςτόχο. Αυτά μποροφν να επιτευχκοφν με τθ ςτόχευςθ πιο κοντά ςτισ κεραίεσ κάτι που φαίνεται από τθν εξίςωςθ (1-11). Από καμία γνωςτι δθμοςίευςθ δεν ζχουμε πλθροφορίεσ ϊςτε να μποροφμε να κακορίςουμε ακριβϊσ το πόςο κοντά ο ςτόχοσ πρζπει να είναι ςτθν κεραία. Κάποιεσ οδθγίεσ δόκθκαν από τθ Hu* 12 +, όπου θ φάςθ μζςα ςτο εφροσ δζςμθσ 3dB είναι ουςιαςτικά θ ίδια όπωσ ςτο άπειρο για μία απόςταςθ R/4 ι 0.5D 2 /λ. Θ εξίςωςθ (1-11) μπορεί να γενικευτεί

10 R = K / λ (1-12) Όταν θ ακρίβεια ςτόχων 1 db απαιτείται, θ Knott * 13 + ζχει δείξει ότι θ Κ πρζπει να είναι μεταξφ 2 και 10, ανάλογα με τα χαρακτθριςτικά των ςτόχων. Οι τφποι των ςτόχων που απαιτοφν μεγάλθ τιμι Κ είναι εκείνοι ςτουσ οποίουσ θ διαςπορά ακρϊν είναι ςυγκρίςιμθ με τθν ςυμβολι τθσ διαςκόρπιςθσ του κατόπτρου Δίνεται το ανάλογο διάγραμμα για τον κακοριςμό του μεγζκουσ ςτόχων τθσ λειτουργίασ Κ ςτο ςχιμα 1.5. Θ εκπομπι ακτινοβολίασ και οι μετριςεισ ευαιςκθςίασ διεξάγονται ςυνικωσ και για τουσ κοντινοφσ και μακρινοφσ τομείσ λόγω τθσ ευρείασ κάλυψθσ ςυχνότθτασ και των αποςτάςεων που φαίνονται από τισ εξζταςθσ * 14..15 +. 1.3.3 Εφροσ Για τθν ακρίβεια ςτισ πλαςτζσ μακρινζσ μετριςεισ ηϊνθσ, το φωτεινό πεδίο πρζπει να είναι αρκετά ςτακερό και ορατό από μακριά και ςτθν απλι ορατι κανονικι γραμμι. Εάν θ ομοιομορφία τομζων δεν είναι ικανοποιθτικι κατά μικοσ του άξονα, τότε λάκθ μζτρθςθσ κα εμφανιςτοφν, ειδικά ςτουσ δευτερεφοντεσ λοβοφσ. Εάν θ κωνικότθτα του πεδίου πζρα από το άνοιγμα είναι πάρα πολφ μεγάλθ, τότε τα μετρθμζνα μοτίβα κα ποικίλουν ςθμαντικά από τον ελεφκερο χϊρο. Για τισ υψθλισ απόδοςθσ εμβζλειασ κεραιϊν θ ςταδιακι μείωςθ κρατιζται κάτω από 0,25 DB, και ζχει ςαν αποτζλεςμα καταγραμμζνο λάκοσ λιγότερο από 0,1 DB * 11 +. Για ζνα μικοσ ςειράσ R = KD 2 /λ. * δεσ τθν εξίςωςθ (1-12) +, θ διάμετροσ πθγισ κα περιοριηόταν ςε d 0.37 KD (1-13) όπου το d είναι θ διάμετροσ τθσ πθγισ τθσ κεραίασ, Κ είναι μια ςτακερά, και το D είναι θ διάμετροσ του AUT.

11 χιμα 1.5 διάγραμμα για τον κακοριςμό του μεγζκουσ ςτόχων Κ *11+ τισ περιςςότερεσ μετριςεισ κεραιϊν, εάν θ παρζκκλιςθ εφρουσ παραμζνει ςε λιγότερο από 1 1B, τότε το λάκοσ είναι ςυνικωσ αποδεκτό. 1.3.4 Πόλωςθ ε μια μεγάλθ απόςταςθ από τθν ακτινοβολοφςα κεραία, τα θλεκτρικά (E) και μαγνθτικά (H) διανφςματα του ακτινοβολοφμενου πεδίου βρίςκονται ςτισ ςωςτζσ γωνίεσ το ζνα από το άλλο και ςτθν κατεφκυνςθ τθσ διάδοςθσ. Σα δφο πεδία ταλαντεφονται ςτο χρόνο φάςθσ και ο λόγοσ τθσ κορυφισ τουσ (E/H) είναι μια ςτακερά η, θ πραγματικι αντίςταςθ ελεφκερου χϊρου και ζχει μια τιμι περίπου 120π ohms. Θ πόλωςθ ενόσ θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου περιγράφεται αναφορικά με τθν κατεφκυνςθ ςτο χϊρο του θλεκτρικοφ πεδίου. Εάν το διάνυςμα, το οποίο περιγράφει το θλεκτρικό πεδίο ςε ζνα ςθμείο ςτο χϊρο, κατευκφνεται πάντα κατά μικοσ μιασ γραμμισ, θ οποία είναι υποχρεωτικά κάκετθ ςτθν κατεφκυνςθ τθσ πόλωςθσ, το πεδίο λζγεται ότι είναι γραμμικά πολωμζνο. Γενικά, εντοφτοισ, το τελικό ςθμείο του θλεκτρικοφ διανφςματοσ διαγράφει μια ζλλειψθ και το πεδίο λζγεται ότι είναι ελλειπτικά πολωμζνο. Ακτινοβολοφςεσ ςυςκευζσ εμφανίηουν ιδιότθτεσ πόλωςθσ ςε ςχζςθ με τα πεδία που ακτινοβολοφν ι τα πεδία που λαμβάνουν. Εάν μια κεραία λειτουργεί με ρυκμό λιψθσ, δεν κα είναι γενικά πολωτικά προςαρμοςμζνο με το προςπίπτον πεδίο. Εάν είναι πολωτικά

12 προςαρμοςμζνο, κα εξάγει τθ μζγιςτθ ιςχφ από το πεδίο και θ αποδοτικότθτα τθσ πόλωςθσ λζγεται ότι είναι μονάδα. Εάν θ πόλωςι του είναι ορκογϊνια ςτο πεδίο, κα εξάγει μθδενικι δφναμθ και αποδοτικότθτα τθσ πόλωςθσ είναι ςυνεπϊσ μθδζν. Οι ιδιότθτεσ τθσ πόλωςθσ των πεδίων και των κεραιϊν είναι πρωταρχικισ ςθμαςίασ ςε όλα τα προβλιματα που αφοροφν τθν επικοινωνία μεταξφ των κεραιϊν. 1.3.5. Ο Σφποσ Διάδοςθσ του Friis Εάν ιταν απαραίτθτο να κακοριςτεί θ δφναμθ μεταφοράσ μεταξφ δφο κεραιϊν προςφεφγοντασ ςτισ βαςικζσ διαδικαςίεσ που ζχουν οριςτεί από τισ εξιςϊςεισ πεδίων και τθ κεωρία διάκλαςθσ, οι υπολογιςμοί κα ιταν ςχεδόν αδφνατοι για όλεσ εκτόσ από τθν απλοφςτερθ κεραία. Ο τφποσ διάδοςθσ του Friis επιτρζπει ςτο να κακοριςτεί θ διάδοςθ ιςχφοσ από τθ γνϊςθ των υπολογιςμζνων κατευκυντιριων ιδιοτιτων και από τθ ςκεδαςτικι εξαςκζνθςθ των κεραιϊν, ανεξάρτθτα από το λεπτομερζσ ςχζδιο. P r = P o G(φ, κ) G(φϋ,κϋ)(λ/4πR) 2 Γ (1-14) P r = η ληφθείςα ιςχφσ P o = η μεταδιδόμενη ιςχφσ G(φ, θ) = η αφξηςη ιςχφοσ μετάδοςησ τησ κεραίασ προσ την κατεφθυνςη τησ άλλησ κεραίασ G(φϋ,θϋ) = η αφξηςη ιςχφοσ λήψησ τησ κεραίασ ςε άλλη κεραία λ= ενεργό μήκοσ κφματοσ ςτην ζκταςη του R R= μήκοσ τησ περιοχήσ ςε μζτρα ή πόδια ή ίντςεσ Γ= απόδοςη τησ πόλωςησ, ζνα μζτρο για το πόςο καλά είναι οι κεραίεσ προςαρμοςμζνεσ ςτην πόλωςη

13 1.4 Δευτερεφουςεσ ζννοιεσ μζτρθςθσ 1.4.1 Ειςαγωγι Όταν διεξάγονται θλεκτρομαγνθτικζσ μετριςεισ, ςυχνά απαιτείται να εγκαταςτακεί ζνα ςφςτθμα ςυντονιςμοφ, γιατί οι μετριςεισ γενικά διεξάγονται ςε τρεισ διαςτάςεισ. Επίςθσ, οι περιςςότερεσ θλεκτρομαγνθτικζσ μετριςεισ διεξάγονται ςε ντεςιμπζλ (db), γιατί θ δυναμικι ςειρά των μετριςεων ςυχνά υπερβαίνει το λόγο ιςχφοσ εκατομμφρια φορζσ ι 60 db. Ζνα άλλο πρόβλθμα είναι ότι οι μετριςεισ διεξάγονται κοντά ςτθ γθ ι ςε κλειςτό χϊρο και ζτςι πρζπει να αντιμετωπιςτεί το πρόβλθμα τθσ ανακλϊμενθσ ενζργειασ. Αυτζσ οι τρεισ γενικζσ ζννοιεσ ςυηθτοφνται ςτα επόμενα υποκεφάλαια. 1.4.2 υςτιματα ςυντονιςμοφ και διάταξθ ςυςκευών χεδόν όλεσ οι μετριςεισ θλεκτρομαγνθτικισ ακτινοβολίασ περιλαμβάνουν κακοριςμό, με τον ζναν ι τον άλλο τρόπο, των επιπζδων ςθμάτων ςαν μια λειτουργία κζςθσ ι κατεφκυνςθσ ςτο χϊρο, ςυνικωσ το τελευταίο. Εξαιτίασ τθσ φφςθσ τθσ ακτινοβολίασ, το ςφαιρικό ςφςτθμα ςυντονιςμοφ είναι το ςφςτθμα που πολφ ςυχνά χρθςιμοποιείται ςε προβλιματα θλεκτρομαγνθτικισ μζτρθςθσ. υχνά, θ μζτρθςθ τθσ κατεφκυνςθσ πρζπει να γίνει με μεγάλο βακμό ακρίβειασ εξαιτίασ των απαιτιςεων του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ του οποίου είναι μζροσ θ ακτινοβολοφςα ςυςκευι. Εξαιτίασ των ςχετικά μεγάλων αποςτάςεων που ςυχνά απαιτοφνται μεταξφ τθσ ςυςκευισ υπό δοκιμι και τθσ κεραίασ εκπομπισ ι τθσ δοκιμαςτικισ κεραίασ (που εξαρτάται από το εάν θ ςυςκευι ζχει δοκιμαςτεί ςτθ λιψθ ι ςτθ μετάδοςθ), δεν είναι ςυχνά λειτουργικό να ερευνιςει κανείσ τον τφπο ακτινοβολίασ τθσ ςυςκευισ με τθν κίνθςθ τθσ ςυςκευισ ι τθσ κεραίασ πάνω από μια ςφαιρικι επιφάνεια. Αντίκετα, θ γραμμι οπτικισ επαφισ μεταξφ τθσ διάταξθσ υπό δοκιμι και τθσ μετρθτικισ κεραίασ διατθρείται ςτακερι ςτο χϊρο, ενϊ θ διάταξθ υπό δοκιμι αλλάηει προςανατολιςμό για να εξομοιϊςει τθν κίνθςθ τθσ γραμμισ οπτικισ επαφισ πάνω ςτο χϊρο. Αυτι θ απαίτθςθ ζχει οδθγιςει ςτθν ανάπτυξθ των διατάξεων ειδικοφ ςκοποφ, οι οποίεσ περιγράφονται για κάκε περίπτωςθ δοκιμισ.

14 1.4.3 Ντεςιμπζλ Θ χριςθ των ντεςιμπζλ ςτουσ υπολογιςμοφσ των μετριςεων ακτινοβολίασ είναι ουςιαςτικι, εξαιτίασ τθσ μεγάλθσ δυναμικισ περιοχισ των μεγεκϊν που περιγράφονται. Σο ντεςιμπζλ (db) είναι μια λογαρικμικι μονάδα και χρθςιμοποιείται για να μετριςει το λόγο μεταξφ δφο μεγεκϊν ιςχφοσ. Εξ οριςμοφ Αρικμόσ db = 10 log P1/P2 (1-15) Όπου P1/P2 είναι ο λόγοσ ιςχφοσ. Όταν P1/P2 είναι μεγαλφτεροσ τθσ μονάδασ, ο αρικμόσ των db που ςυμβολίηουν τον λόγο P1/P2 είναι κετικόσ. Όταν P1/P2 είναι μικρότεροσ τθσ μονάδασ, ο αρικμόσ των db που ςυμβολίηουν τον λόγο P1/P2 είναι αρνθτικόσ. Όταν ο λόγοσ ιςχφοσ είναι μικρότεροσ τθσ μονάδασ, το κλάςμα ςυχνά αντιςτρζφεται και ο λόγοσ εκφράηεται ςαν απϊλεια ντεςιμπζλ. Επειδι θ ιςχφσ, θ τάςθ και θ ζνταςθ του ρεφματοσ ςχετίηονται με τον τφπο ζχουμε P= V 2 /R= I 2 R (1-16) Αρικμόσ db =20 log V 1 /V 2 =20 log I 1 /I 2 Θ αξία τθσ χριςθσ των ντεςιμπζλ ςτθν θλεκτρομαγνθτικι βαςίηεται κατά κφριο λόγο ςε δφο παράγοντεσ. Πρϊτον, εάν n 1 και n 2 είναι λόγοι ιςχφοσ των οποίων οι τιμζσ ςε db είναι Ν 1 και Ν 2, το γινόμενο n 1 n 2 ςυμβολίηεται από το N 1 +N 2 db και n 1 /n 2 ςυμβολίηεται από το N 1 -N 2 db. Αυτό επιτρζπει τον χειριςμό των γινομζνων και των δεικτϊν μεγάλων λόγων ιςχφοσ απλά με τθ χριςθ τθσ πρόςκεςθσ και τθσ αφαίρεςθσ. Δεφτερον, θ κλίμακα ντεςιμπζλ ςυμβολίηει μια ςφμπτυξθ τθσ κλίμακασ του λόγου ιςχφοσ, θ οποία επιτρζπει τθ διάταξθ των λόγων μεγάλθσ ιςχφοσ ςε ζνα μόνο γράφθμα, με ίςθ ανάλυςθ ςε όλα τα επίπεδα ιςχφοσ. Είναι βολικό να μετατρζψει κανείσ τον τφπο διάδοςθσ του Friis ςε ντεςιμπζλ ζτςι ϊςτε να απλοποιιςει τθν εφαρμογι του: L r = L o +g (φ, κ) +gϋ(φ,κ) 20jog (4πR/λ) (1-17) Όπου

15 L r είναι το επίπεδο του ςιματοσ ςτο τελικό ςθμείο τθσ εξόδου τθσ κεραίασ λιψθσ ςε dbm, L o είναι το επίπεδο του ςιματοσ ςτο τελικό ςθμείο τθσ ειςόδου τθσ κεραίασ μετάδοςθσ ςε dbm, g είναι θ αφξθςθ τθσ ιςχφοσ τθσ κεραίασ λιψθσ, gϋ είναι θ αφξθςθ τθσ ιςχφοσ τθσ κεραίασ μετάδοςθσ, g (φ, κ) =10 log G (f, u), gϋ(φ,κ) =10 log Gϋ(φ, κ) και R είναι ο διαχωριςμόσ μεταδότθ λιπτθ και λ= το μικοσ κφματοσ θμείωςθ : R και λ πρζπει να είναι ςτισ ίδιεσ μονάδεσ μζτρθςθσ (ςυνικωσ μζτρα) dbm είναι το επίπεδο του ςιματοσ ςε ιςχφ που παραπζμπεται ςε 1 mw 1.4.4 Αποτελζςματα τθσ Ανακλώμενθσ Ενζργειασ Όταν δφο ι περιςςότερα ςυνθμμζνα θλεκτρομαγνθτικά ςφμβολα ςυνδυάηονται ςτθν περιοχι δοκιμισ ςε μια εγκατάςταςθ θλεκτρομαγνθτικισ δοκιμισ, τα πεδία που φωτίηουν τθ διάταξθ υπό δοκιμι είναι διαςτρεβλωμζνα και θ ακρίβεια τθσ μζτρθςθσ αλλοιϊνεται. Θ ςυηιτθςθ εδϊ προχποκζτει ζνα διαχωριςμό, R, μεταξφ των κεραιϊν εκπομπισ και λιψθσ ίςο ι μεγαλφτερο του 2D 2 /λ, όπου D είναι το μεγαλφτερο μζγεκοσ τθσ διαμζτρου λιψθσ. Κεωρείται ότι ο λόγοσ D/R είναι μικρόσ ςε ςχζςθ με τθ μιςι ιςχφ του εφρουσ δζςμθσ του πρότυπου τθσ κεραίασ εκπομπισ, ϊςτε οι προςεγγίςεισ του επίπεδου κφματοσ είναι ςθμαντικζσ. Ο μθχανιςμόσ με τον οποίο ζνα ανακλϊμενο ςιμα παρεμβαίνει ςτθν επικυμθτι άμεςθ διαδρομι και διαςτρεβλϊνει το πεδίο πρόςπτωςθσ παρουςιάηεται ακολοφκωσ. κεφτείτε τθν περίπτωςθ μιασ άμεςθσ διαδρομισ του πλάτουσ ενόσ επίπεδου κφματοσ E D, το οποίο προςπίπτει κάκετα ςε ζνα δοκιμαςτικό άνοιγμα. Ασ ειςχωριςει ζνα ανακλϊμενο επίπεδο κφμα πλάτουσ E R ςτο άνοιγμα ςε μια γωνία κ από τθν κάκετο. Θ ακτινικι γραμμι που ορίηεται από τθ μονάδα διανφςματοσ u είναι θ τομι του επιπζδου που περιζχει τισ

16 φορζσ τθσ διάδοςθσ τθσ άμεςθσ διαδρομισ και των ανακλϊμενων ςθμάτων και του επιπζδου που περιζχει το άνοιγμα. Θ γραμμι που ζχει τθ μονάδα διανφςματοσ v είναι ςε μια αόριςτθ γωνία a από τθ u ςτο επίπεδο του δοκιμαςτικοφ ανοίγματοσ. ε μια δεδομζνθ ςτιγμι t, θ φάςθ του άμεςου κφματοσ είναι ςτακερι ςε όλο το άνοιγμα και το μζγεκοσ του πεδίου τθσ άμεςθσ διαδρομισ μπορεί να εκφραςτεί με τθν παράςταςθ του δείκτθ φάςθσ E D = E D e j (Φ+ωt) (1-18) Θ φάςθ του δεδομζνου ανακλϊμενου επίπεδου κφματοσ κα ποικίλει ςε όλο το άνοιγμα ζτςι ϊςτε το μζγεκοσ του ανακλϊμενου πεδίου κατά μικουσ τθσ γραμμισ v ι οποιαςδιποτε γραμμισ παράλλθλθσ ςτθ v δίνεται με τον τφπο E R = E R e j(φ+αχ+2π/λ/sin κ cos ) (1-19) Σο φ και φ είναι ςτακερζσ, το λ είναι το μικοσ κφματοσ και το l είναι θ απόςταςθ που υπολογίηεται κατά μικοσ τθσ ακτινικισ γραμμισ v ι κατά μικοσ άλλων γραμμϊν παράλλθλων ςτθ v. Σο μζγεκοσ του ςυνολικοφ πεδίου που υπολογίηεται ωσ το κλάςμα τθσ απόςταςθσ κατά μικοσ τθσ κα είναι ανάλογο του E (v) =E D + E R sin (2π /λ / sin cos α (1-20) πεδίου είναι Θ απόςταςθ μεταξφ διαδοχικϊν κορυφϊν των ςυνιςταμζνων του θμιτονοειδοφσ P = λ / (sin κ cos α) (1-21) Αυτι θ χωρικι φάςθ ι θ απόςταςθ ζχει τθν ελάχιςτθ τιμι Προσ τθν κατεφκυνςθ u. P min = λ/(sin κ) (1-22) Ενϊ οι χωρικζσ φάςεισ των μετροφμενων διακυμάνςεων του πεδίου είναι ςυναρτιςεισ τθσ κζςθσ τθσ ακτινικισ γραμμισ ςτο άνοιγμα για το οποίο γίνεται θ καταγραφι του πεδίου με τθ χριςθ ςθματολιπτθ πεδίου, το πλάτοσ από κορυφι ςε κορυφι αυτϊν των διακυμάνςεων είναι μια ςτακερά ανάλογθ ςε (E D + E R ) (E D E R ) =2E R (1-23) Για τυπικά λογαρικμικά πρότυπα, ο λόγοσ του E R και E D κα είναι E R /E D (db)=20log[(-1 +10 (ς/20) /(1 +10 (ς/20) )] (1-24)

17 όπου ς είναι θ διαφορά ςε ντεςιμπζλ μεταξφ του μζγιςτου και του ελάχιςτου από το μετροφμενο πρότυπο. Ζνα ςχεδιάγραμμα του E R /E D ζναντι του ς δίνεται ςτο χιμα 1.6 Σο προθγοφμενο παράδειγμα παρουςιάηει τον τρόπο με τον οποίο τα ανακλϊμενα ςιματα κα διαςτρεβλϊςουν ζνα διαφορετικό μζτωπο επίπεδου κφματοσ. ε μια πιο ρεαλιςτικι περίπτωςθ, οφτε το άμεςο κφμα οφτε το ανακλϊμενο κφμα κα ιταν ακριβϊσ επίπεδα και κα υπιρχαν πολλζσ πθγζσ επείςακτων ςθμάτων που κα μποροφςαν να ςυμβάλλουν ςτο ςυνολικό πεδίο ανοίγματοσ. Εντοφτοισ, το απλό μοντζλο που παρουςιάςτθκε παραπάνω είναι αρκετά χριςιμο ςτθν ερμθνεία δεδομζνων ςθματολθπτικϊν πεδίων για τθν τυπικι περίπτωςθ όπου ζνα ανακλϊμενο ςιμα είναι κάπωσ ιςχυρότερο από άλλα ςιματα που μπορεί να παρουςιαςτοφν. 1.4.5 Επιδράςεισ τθσ ςφηευξθσ κεραίασ τισ χαμθλότερεσ ςυχνότθτεσ, πρζπει να λθφκοφν υπόψθ οι επιδράςεισ τθσ επαγωγικισ ςφηευξθσ μεταξφ τθσ κεραίασ εκπομπισ και τθσ δοκιμαςτικισ κεραίασ. Ο λόγοσ του πλάτουσ του επαγωγικοφ πεδίου προσ το πεδίο ακτινοβολίασ δίνεται ωσ Ρ ε = λ/(2πr) (1-25) Εάν κάποιοσ υποκζςει ότι R> 10λ, τότε 20 log (ρ ε ) είναι <-36 db Πρζπει να λθφκεί επίςθσ υπόψθ θ αμοιβαία ςφηευξθ που οφείλεται ςτθ διάχυςθ και ςτθν επανακτινοβόλθςθ τθσ ενζργειασ από τισ δοκιμαςτικζσ κεραίεσ και τισ κεραίεσ εκπομπισ. Εάν όντωσ υπάρχει ςφηευξθ, θ ζλξθ ςυχνότθτασ και οι αλλαγζσ επιπζδου ιςχφοσ μποροφν να μειωκοφν με τθν παρεμβολι ενόσ απομονωτι ι εξαςκενθτι μεταξφ τθσ πθγισ και τθσ κεραίασ τθσ.

18 χιμα 1.6 ςχεδιάγραμμα του E R /E D ζναντι του ς [7] 1.5 Εξωτερικζσ εγκαταςτάςεισ μζτρθςθσ 1.5.1 Ειςαγωγι Πριν προχωριςουμε ςτθ διάταξθ των ανθχωικϊν καλάμων, απαιτείται μια ςφντομθ αναςκόπθςθ των περιοχϊν εξωτερικϊν δοκιμϊν για να κακορίςουμε το πλαίςιο.

19 Σο ιδανικό περιβάλλον δοκιμϊν για τον κακοριςμό τθσ απόδοςθσ τθσ μακρινισ ηϊνθσ κα διαςφάλιηε ζνα επίπεδο κφμα ομοιόμορφου πλάτουσ για να φωτίςει το δοκιμαςτικό άνοιγμα. Ποικίλεσ προςεγγίςεισ ςε προςομοίωςθ αυτοφ του ιδανικοφ θλεκτρομαγνθτικοφ περιβάλλοντοσ ζχουν οδθγιςει ςτθν εξζλιξθ δφο βαςικϊν τφπων κεραιϊν δοκιμαςτικϊν περιοχϊν : (1) περιοχζσ ελεφκερου χϊρου και (2) περιοχζσ ανάκλαςθσ. Οι περιοχζσ ελεφκερου χϊρου είναι εκείνεσ ςτισ οποίεσ γίνεται μια προςπάκεια να καταςταλοφν ι να εξαλειφκοφν οι επιδράςεισ του περιβάλλοντοσ, ςυμπεριλαμβανομζνου τθσ επιφάνειασ κατά μικοσ του μετϊπου κφματοσ που φωτίηει τθ δοκιμαςτικι κεραία. Αυτι θ καταςτολι διακρίνεται μζςα από ζναν ι περιςςότερουσ παράγοντεσ όπωσ 1. Κατευκυντικότθτα και καταςτολι του πλευρικοφ λοβοφ τθσ δοκιμαςτικισ κεραίασ και τθσ κεραίασ εκπομπισ 2. Διάκενο τθσ γραμμισ οπτικισ επαφισ από τθν περιοχι επιφάνειασ 3. Αναδρομολόγθςθ ι απορρόφθςθ τθσ ενζργειασ που φκάνει ςτθν περιοχι τθσ επιφάνειασ 4. Ειδικζσ τεχνικζσ μετάβαςθσ του ςιματοσ όπωσ ςφνδεςθ με διαμόρφωςθ του επικυμθτοφ ςιματοσ, ζλεγχοσ των ςθμάτων και τεχνικζσ πεδίου του χρόνου ι με τθ χριςθ βραχζων παλμϊν. Οι τυπικζσ γεωμετρίεσ που ςυνδζονται με τθν προςζγγιςθ του ελεφκερου χϊρου περιλαμβάνουν τθν ανϊτερθ περιοχι, τθν απευκείασ απόςταςθ, τον ορκογϊνιο ανθχωικό κάλαμο, τθ ςυμπαγι περιοχι και πάνω από ςυγκεκριμζνεσ οριακζσ ςυχνότθτεσ, τον κωνικό ανθχωικό κάλαμο. Οι περιοχζσ ανάκλαςθσ είναι ςχεδιαςμζνεσ να κάνουν χριςθ τθσ ενζργειασ που επανακτινοβολείται από τθν περιοχι τθσ επιφάνειασ για να δθμιουργιςουν εποικοδομθτικι παρεμβολι με το ςιμα άμεςθσ διαδρομισ ςτθν περιοχι γφρω από το δοκιμαςτικό άνοιγμα. Θ γεωμετρία ελζγχεται ζτςι ϊςτε να παράγεται ζνα ςυμμετρικό μικρό κωνικό πλάτοσ ςτο φωτίηων πεδίο. Οι δφο βαςικοί τφποι των περιοχϊν ανάκλαςθσ ςε χριςθ είναι θ περιοχι εδαφικισ ανάκλαςθσ και για χαμθλζσ ςυχνότθτεσ ο κωνικόσ ανθχωικόσ κάλαμοσ και ο πεντάπλευροσ θλεκτρομαγνθτικισ ςυμβατότθτασ κάλαμοσ εκπομπισ.

20 1.5.2 Παράγοντεσ Ηλεκτρομαγνθτικοφ Πεδίου και Κριτιρια Για κάκε βαςικό τφπο περιοχισ, τα κεμελιϊδθ κριτιρια του θλεκτρομαγνθτικοφ τφπου αςχολοφνται με το ζλεγχο 1. Επαγωγικι ςφηευξθ μεταξφ των κεραιϊν 2. Καμπυλότθτα φάςθσ του φωτίηοντοσ μετϊπου κφματοσ 3. Κωνικό πλάτοσ του φωτίηοντοσ μετϊπου κφματοσ 4. Χωρικζσ περιοδικζσ μεταβολζσ ςτο φωτίηον μζτωπο κφματοσ που προκαλοφνται από ανακλάςεισ 5. Παρεμβολι από παραςιτικζσ πθγζσ ακτινοβολίασ Σα ςτοιχεία 1 ζωσ 4 αρχικά εδραιϊνουν τισ διαςτατζσ απαιτιςεισ ςτθν περιοχι του ςχεδίου όπωσ και τθ μείωςθ τθσ κατευκυντικότθτασ τθσ κεραίασ εκπομπισ. Σο ςτοιχείο 5 πρζπει να λθφκεί υπόψθ ςτο ςυνολικό ςχζδιο. 1.5.3 Ανώτερθ Εξωτερικι Περιοχι Κεραίασ Ο τφποσ τθσ ανϊτερθσ περιοχισ κεραίασ ενεργεί ωσ εξισ: 1. Κακορίηει το ελάχιςτο μικοσ περιοχισ από τθν εξίςωςθ τθσ περιοχισ, R =2D 2 /λ (1-26) 2. Κακορίηει τθ μζγιςτθ διάμετρο τθσ κεραίασ λιψθσ όπου το κωνικό πλάτοσ περιορίηεται ςε 0.25 db, όπου d 0.37 λr/d ( 1-27) d = διάμετροσ πηγήσ D= δοκιμαςτικό άνοιγμα R=μήκοσ περιοχήσ Λ= λειτουργικό μήκοσ κφματοσ

21 χιμα 1.7 εφροσ κεραίασ *11+ Γενικότερα, για ζνα μικοσ περιοχισ R= KD 2 /λ, θ διάμετροσ τθσ πθγισ κα περιορίηεται ςε d 0.37 KD (1-28) Άλλο κριτιριο για τον τφπο ανϊτερθσ περιοχισ δίνεται ςτθν παραπομπι 11, όπου h R 4D Για να εξαςφαλίςει κανείσ μια καλι ςυγκλίνουςα ακτινοβόλθςθ και ελάχιςτεσ ανακλάςεισ περιοχισ, πρζπει να ελεγχτεί να μθν πζφτει το πρϊτο μθδζν του διαγράμματοσ τθσ κεραίασ εκπομπισ χαμθλότερα από τθ βάςθ του πφργου τθσ κεραίασ δοκιμισ. Εάν απαιτείται περαιτζρω μείωςθ των ανακλάςεων περιοχισ, αυτό μπορεί να επιτευχκεί χρθςιμοποιϊντασ φραγμοφσ περιοχισ.[11]

22 1.5.4 Περιοχι Εδαφικισ Ανάκλαςθσ Κεραίασ 1.5.4.1 Ειςαγωγι Ο τφποσ τθσ περιοχισ εδαφικισ ανάκλαςθσ κεωρεί δεδομζνο ότι θ ενζργεια από τθν κεραία εκπομπισ δεν μπορεί να αποτραπεί από το να φκάςει τθν επιφάνεια τθσ δοκιμαςτικισ περιοχισ και να ανακλαςτεί ςτο δοκιμαςτικό άνοιγμα. ε μια αμετάβλθτθ ςυχνότθτα οι παράμετροι τθσ περιοχισ μποροφν να τροποποιθκοφν ζτςι ϊςτε θ ανακλϊμενθ ενζργεια να κλιμακϊνεται ϊςτε να δθμιουργιςει εποικοδομθτικι παρεμβολι με το ςιμα άμεςθσ διαδρομισ ςτθν περιοχι του δοκιμαςτικοφ ανοίγματοσ. 1.5.4.2 Αρχζσ Σο κωνικό πλάτοσ του φωτίηοντοσ πεδίου κατά μικουσ μιασ οριηόντιασ γραμμισ μζςα από το δοκιμαςτικό άνοιγμα, κάκετα ςτθ γραμμι οπτικισ επαφισ, κα κακοριςτεί ςχεδόν εξολοκλιρου από τθν κατευκυντικότθτα τθσ πθγισ, το εφροσ του ανοίγματοσ και το μικοσ τθσ περιοχισ, ακριβϊσ όπωσ ςτισ ανϊτερεσ περιοχζσ. Ο κϊνοσ κατά μικοσ τθσ κάκετθσ γραμμισ μζςα από το δοκιμαςτικό άνοιγμα, εντοφτοισ, είναι ουςιαςτικά ανεξάρτθτοσ από τθν κατευκυντικότθτα τθσ κεραίασ εκπομπισ και εξαρτάται ςχεδόν εξολοκλιρου από το φψοσ του κζντρου του δοκιμαςτικοφ ανοίγματοσ πάνω από τθν επιφάνεια τθσ περιοχισ. Αυτό κα παρουςιαςτεί κακϊσ κα ςυηθτθκεί ςτισ ακόλουκεσ παραγράφουσ. Μελετιςτε τθ γεωμετρία τθσ περιοχισ δοκιμϊν όπωσ ςχεδιάηεται ςτο χιμα 1.8. Σοποκετιςτε τθν αναφορά φάςθσ ςτο μθδζν για το κφμα άμεςθσ διαδρομισ ςτθν κεραία λιψθσ και παραλείψτε τθ μικρι διαφορά απϊλειασ εξαιτίασ τθσ διαςποράσ ςτο μικοσ τθσ διαδρομισ για τα άμεςα και ανακλϊμενα κφματα. Ο δείκτθσ φάςθσ που ςυμβολίηει το πλάτοσ του πεδίου ςτα ςθμεία κατά μικοσ μιασ κάκετθσ ςτο δοκιμαςτικό άνοιγμα μπορεί να γραφτεί ωσ E E D e jβrd = ke D e -j(φ=βrr) (1-29) όπου θ εξάρτθςθ του χρόνου καταςτζλλεται. ε αυτι τθ διατφπωςθ

23 β= 2π/λ R D =[R 2 +(h-h t ) 2 ] 1/2 R R =[R 2 +(h-h t ) 2 ] 1/2 χιμα 1.8 Εφροσ ανακλάςεων[11] E D =το πλάτοσ του πεδίου τησ άμεςησ διαδρομήσ Ke jφ = ζνασ ςυντελεςτήσ αποδοτικήσ ανάκλαςησ για την περιοχή τησ επιφάνειασ R D =μήκοσ τησ άμεςησ διαδρομήσ R R =μήκοσ τησ διαδρομήσ ανάκλαςησ R= μήκοσ περιοχήσ H t =μήκοσ τησ κεραίασ μετάδοςησ h r =μήκοσ τησ κεραίασ λήψησ

24 1.5.4.3 Ζλεγχοσ των Ανακλάςεων Επιφάνειασ με τον τρόπο Εδαφικισ Ανάκλαςθσ Οι ανακλάςεισ από τθν περιοχι τθσ επιφάνειασ μποροφν να ταξινομθκοφν ςε δφο γενικζσ κατθγορίεσ, διάχυτθ διάδοςθ και γεωμετρικι ανάκλαςθ. Θ μετάβαςθ από τισ καταςτάςεισ που προκαλοφν διάχυτθ διάδοςθ ςε αυτζσ που παράγουν ουςιαςτικά γεωμετρικι ανάκλαςθ είναι βακμιαία. Άρα, τα κριτιρια για τον προςδιοριςμό των ορίων και των ανοχϊν για τισ ανακλϊμενεσ επιφάνειεσ και άλλεσ ελεγχόμενεσ περιοχζσ ςτο ςχεδιαςμό των περιοχϊν τθσ εδαφικισ ανάκλαςθσ είναι εμπειρικζσ κατά κφριο λόγο. Για τισ μεταβολζσ τθσ περιοχισ τθσ επιφάνειασ, προτείνεται θ μεταβολι τθσ επιφάνειασ από κορυφι ςε κορυφι να γίνεται μεταξφ *11+ (1-33) Όπου λ είναι το λειτουργικό μήκοσ κφματοσ ςτην υψηλότερη ςυχνότητα του ενδιαφζροντοσ Μ είναι ζνασ παράγοντασ ομαλότητασ μεταξφ 8 και 32 Φ arctan [h r +h t )/R 1.5.5 Θζςεισ δοκιμών ανοικτοφ τφπου 1.5.5.1 Ειςαγωγι Θ Ομοςπονδιακι Επιτροπι Επικοινωνιϊν (ΟΕΕ) είχε τθν εξουςία να επιβάλλει κανόνεσ και κανονιςμοφσ ςε βιομθχανικζσ, εμπορικζσ και καταναλωτικζσ ςυςκευζσ που μπορεί να εκπζμπουν θλεκτρομαγνθτικι ενζργεια υπό τθ Δράςθ Επικοινωνίασ του 1934. Θ επιτροπι εφάρμοςε τθ κζςθ δοκιμϊν ανοικτοφ τφπου (OATS), μια ςυγκεκριμζνθ μορφι περιοχισ εδαφικισ ανάκλαςθσ, ωσ μια βολικι μζκοδο για να ςτακεροποιιςει τισ μετριςεισ εκπομπισ *17+. Θ αρχικι προδιαγραφι κακόριηε ότι οι εκπομπζσ ακτινοβολίασ ζπρεπε να διεξάγονται ςε μια πλάκα γείωςθσ χρθςιμοποιϊντασ τρία μικθ περιοχϊν : 3m, 10m, και

25 30m. Μια κατάλλθλθ τοποκεςία απαιτοφςε ότι δεν κα είχε εμπόδια όπωσ δζντρα, κάμνουσ ι μεταλλικοφσ φράκτεσ ςε ζνα ελλειπτικό όριο. Θ τοποκεςία κα ζπρεπε επίςθσ να είναι αρκετά μακριά από κτίρια, παρκαριςμζνα αυτοκίνθτα και τα ςυναφι. Θ καταλλθλότθτα τθσ περιοχισ κακορίηεται από τθ μζτρθςθ τθσ εξαςκζνθςθσ τθσ περιοχισ *14+. 1.5.5.2 Οι τφποι των κζςεων δοκιμών ανοικτοφ τφπου Οι κζςεισ δοκιμϊν ανοικτοφ τφπου είναι περιοχζσ εδαφικισ ανάκλαςθσ με κακοριςμζνα μικθ περιοχϊν και κακοριςμζνα φψθ περιοχϊν για τισ κεραίεσ εξερευνθτικισ ςάρωςθσ που χρθςιμοποιοφνται για να μετριςουν τισ εκπομπζσ ακτινοβολίασ. Σο αποτζλεςμα είναι ότι οι κζςεισ ζχουν επαναλαμβανόμενα χαρακτθριςτικά. Ασ ςθμειωκεί ότι θ εξαςκζνθςθ τθσ περιοχισ, θ οποία ορίηεται ωσ απϊλεια διάδοςθσ μεταξφ του ςτοιχείου υπό δοκιμι και τθν κεραία μζτρθςθσ, γίνεται μια ςθμαντικι παράμετροσ. Όταν μασ δίνεται θ εξαςκζνθςθ τθσ περιοχισ, μπορεί να υπολογιςτεί το επίπεδο των εκπομπϊν ακτινοβολίασ από μια ςυςκευι υπό δοκιμι. Αυτό αλθκεφει επίςθσ για τισ κζςεισ δοκιμϊν ελεφκερου χϊρου και ανθχωικοφ καλάμου. Ο τφποσ των κζςεων δοκιμϊν ανοικτοφ τφπου κακορίηεται από μζτρθςθ τθσ εξαςκζνθςθσ τθσ περιοχισ όπωσ περιγράφεται ςτο ANSI C63.4 [14].

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2 Τλικά Ηλεκτρομαγνθτικισ Απορρόφθςθσ 2.1 Ειςαγωγι Σο υλικό θλεκτρομαγνθτικισ απορρόφθςθσ που χρθςιμοποιείται ςε εγκαταςτάςεισ ανθχωικϊν δοκιμϊν παίρνει πολλζσ μορφζσ και εξαρτάται από τον ςκοπό τθσ εγκατάςταςθσ και τθν ςυχνότθτα τθσ λειτουργίασ. Οι δυο πιο κοινοί είναι οι διθλεκτρικοί απορροφθτζσ που χρθςιμοποιοφνται ςτθν περιοχι μικροκυματικισ ςυχνότθτασ και οι απορροφθτζσ φερρίτθ που χρθςιμοποιοφνται ςτθν περιοχι χαμθλότερθσ ςυχνότθτασ. Οι διθλεκτρικοί απορροφθτζσ προζκυψαν νωρίσ ςτθν ανάπτυξθ των ανθχωικϊν καλάμων κατά τθ διάρκεια τθσ δεκαετίασ του 40 όταν αρχικά αναπτφχκθκαν οι εςωτερικζσ εγκαταςτάςεισ δοκιμϊν. Αυτοί οι πρϊτοι κάλαμοι ιταν από λεπτό ςχοινί που ιταν διαποτιςμζνο με ζνα αγϊγιμο διάλυμα άνκρακα. Σο 1950, βρζκθκε ότι ο αφρόσ ουρεκάνθσ είναι καλόσ φορζασ για το αγϊγιμο διάλυμα και ο πυραμιδοειδισ απορροφθτισ ζγινε πραγματικότθτα. Ζτςι λοιπόν ςτα μζςα τθσ δεκαετίασ του 70, αυτόσ ο αφρϊδθσ διθλεκτρικόσ απορροφθτισ ιταν το πρϊτο προϊόν, διακζςιμο για εφαρμογζσ ανθχωικϊν καλάμων. Ζπειτα ςυνζβθςαν μια ςειρά από ςοβαρζσ φωτιζσ ςτουσ καλάμουσ που οδιγθςε τθν κυβζρνθςθ να ερευνιςει τισ φλογοεπιβραδυντικζσ ιδιότθτεσ των απορροφθτϊν και να αναπτφξει ζνα καινοφργιο πρότυπο πυραςφάλειασ. Οι αφρϊδεισ απορροφθτζσ που τϊρα εμπορεφονται πρζπει να ανταποκρίνονται ςτισ απαιτιςεισ του Εργαςτθρίου Ερευνϊν Naval 8093 *1+. Αυτό το ζγγραφο κακορίηει μια ςειρά εργαςτθριακϊν δοκιμϊν που πρζπει να πραγματοποιθκοφν για να παρζχουν μια ποιότθτα ςτον απορροφθτι που κα είναι αρκετά ανκεκτικόσ ςτθν φωτιά. τα τζλθ του 80, θ αγορά επεκτάκθκε προσ δοκιμζσ χαμθλισ ςυχνότθτασ μζςα ςε ζναν εςωτερικό κάλαμο. Οι πρϊτεσ από αυτζσ τισ εγκαταςτάςεισ χρθςιμοποίθςαν το τότε διακζςιμο υλικό, το οποίο ιταν μεγάλοι απορροφθτζσ-πυραμίδεσ που ιταν εγκατεςτθμζνοι μζςα ςε περιβλιματα για να εδραιϊςουν ζνα περιβάλλον αποδεκτό για δοκιμζσ. Αυτζσ οι εγκαταςτάςεισ ιταν πολφ ακριβζσ και μόνο οι μεγαλφτερεσ εταιρίεσ μποροφςαν να αντζξουν το κόςτοσ. Κακϊσ μεγάλωνε θ ανάγκθ για εγκαταςτάςεισ, αναπτφχκθκαν άλλεσ λφςεισ και εμφανίςτθκε ο κάλαμοσ φερρίτθ για εμπορικι χριςθ. ιμερα υπάρχουν αρκετζσ πθγζσ για το υλικό του φερρίτθ. Οι περιςςότεροι προμθκευτζσ των ανθχωικϊν

27 εγκαταςτάςεων προςφζρουν ςχζδια για μια πλιρθ ςειρά υλικϊν. Τπάρχουν χιλιάδεσ από αυτοφσ τουσ καλάμουσ παγκοςμίωσ. Σο 1990, οι κάλαμοι για τθ δοκιμι αςφρματων ςυςκευϊν ζγιναν μόδα και αναπτφχκθκε μια ποικιλία νζων ςχεδίων καλάμων *5+. Όλα τα είδθ των απορροφθτικϊν υλικϊν που χρθςιμοποιοφνται ςτουσ ανθχωικοφσ καλάμουσ επανεξετάηονται ςε αυτό το κεφάλαιο. Για τθν ευκολία τθσ παρουςίαςθσ, το υποκεφάλαιο χωρίηεται ςε υλικά δφο ομάδων, αυτά που χρθςιμοποιοφνται πάνω από 1 GHz (μικροκφματα) και εκείνα που χρθςιμοποιοφνται κάτω από 1 GHz (χαμθλι ςυχνότθτα). 2.2 Τλικά μικροκυματικισ απορρόφθςθσ 2.2.1 Πυραμιδοειδισ Απορροφθτισ 2.2.1.1 υμπαγισ αφρόσ Οι περιςςότεροι καταςκευαςτζσ θλεκτρομαγνθτικϊν ανθχωικϊν καλάμων προςφζρουν ζνα πρότυπο μικροκυματικοφ απορροφθτι που είναι ςε μορφι πυραμίδασ. Σο προϊόν είναι ζνασ ςυμπαγισ αφρϊδθσ απορροφθτισ ουρεκάνθσ. Για να ανταποκρικεί ςτισ ιςχφουςεσ απαιτιςεισ φλογοεπιβράδυνςθσ, είναι γεμιςμζνο με φλογοεπιβραδυντικά χθμικά που είτε ανακατεφονται με το διάλυμα άνκρακα είτε προςκζτονται ςαν δεφτερθ επεξεργαςία. Θ πρωταρχικι εφαρμογι αυτοφ του υλικοφ είναι ςτθν καταςκευι των ανθχωικϊν καλάμων ι για τθν κάλυψθ του εξοπλιςμοφ δοκιμϊν μζςα ςτουσ καλάμουσ. Από όλουσ τουσ γνωςτοφσ απορροφθτζσ, παρζχει τθν υψθλότερθ ευρυηωνικι απόδοςθ τόςο ςτθν κάκετθ πρόςπτωςθ όςο και ςτισ ευρείεσ γωνίεσ πρόςπτωςθσ. Αρχικά χρθςιμοποιείται για τθ μείωςθ τθσ πρόςκιασ ςκζδαςθσ, αλλά προςφζρει επίςθσ κατάλλθλεσ ιδιότθτεσ οπιςκοςκζδαςθσ, κακιςτϊντασ το κατάλλθλο για χριςθ ςε όλεσ τισ κζςεισ μζςα ςε ζνα ανθχωικό κάλαμο. Είναι διακζςιμο ςε μια ποικιλία πυκνοτιτων. Προςφζρει ςτουσ ςχεδιαςτζσ του καλάμου τθν ευκαιρία να επιλζξουν το κατάλλθλο προϊόν για ςυγκεκριμζνεσ ςυχνότθτεσ και γωνίεσ πρόςπτωςθσ. Θ βιομθχανία παρζχει υλικό τόςο μικρό 5.1 εκ. (2 ίντςεσ) φψοσ και πάχουσ 3.7 μ (12 πόδια). Σο προϊόν γενικά παράγεται ςε ςτακερζσ πυκνότθτεσ. Ειδικζσ τομζσ γίνονται ςυχνά για ςυγκεκριμζνεσ εφαρμογζσ. Ο πίνακασ 2.1 ςυνοψίηει κοινά πυραμιδοειδι υλικά διακζςιμα από τθ βιομθχανία των μικροκυματικϊν υλικϊν. Είναι διακζςιμεσ δφο