---

     

    

    

     В.2.1.2.2 Градуировка с использованием аналитических полей (волноводов)

    

     Данный метод применяется в испытательной установке, если параметры поля могут быть рассчитаны аналитическими методами на основе результатов измерения других физических величин (например, входной мощности). Этот метод соответствует методу опорного поля, применяемому для градуировки зонда в воздухе; однако стандартизованного метода, регламентирующего порядок измерения параметров поля в жидкостях, рассеивающих энергию, не существует.

    

     Если для градуировки зонда и оценки неопределенности измерений используются параметры поля, рассчитанные в жидкостях, рассеивающих энергию, должны быть учтены несколько важных моментов:

    

     - испытательная установка должна обеспечивать точное измерение мощности падающей волны;

    

     - точность рассчитанной напряженности поля зависит от оценки диэлектрических свойств жидкости;

    

     - из-за малой длины волны в жидкостях с высокой диэлектрической проницаемостью даже небольшие установки с малыми физическими размерами могут иметь частоты выше предельных частот резонансной моды; распределение поля в испытательной установке должно быть тщательно проверено на соответствие теоретическому распределению поля.

    

     Прямоугольные волноводы - это замкнутые системы, в которых поперечные распределения полей не зависят от отражений. Волноводы могут использоваться для генерирования в тканеэквивалентных жидкостях аналитических полей, как это предусмотрено в установке, представленной в [52]. В этой установке (см. рисунок В.1) верхняя часть установленного в вертикальное положение волновода с открытым концом заполнена жидкостью. Диэлектрическая пластина, находящаяся на расстоянии > от питающего ответвителя, обеспечивает согласование полного сопротивления (потери при отражении >10 дБ) между воздухом и жидкостью. Симметричность конструкции и высокий коэффициент потерь тканеэквивалентной жидкости гарантируют распределение поля в жидкости в соответствии с типом волны в волноводе , хотя теоретически могут существовать и типы волны более высокого порядка. В случае, описанном в [51], отсутствие типов волны более высокого порядка тщательно проверено путем полного сканирования объема в жидкости, по результатам которого отклонение от теоретической структуры моды  составило <±1% - 2%.

    

    

    

     , ,  - оси декартовой системы координат;

    

       - глубина жидкости (> трех глубин проникновения поля);

    

       - ширина поперечного сечения волновода;

    

       - высота поперечного сечения волновода;

    

       - мощность падающей волны;

    

       - отраженная мощность.

    

Рисунок В.1 - Экспериментальная установка, предназначенная для измерения чувствительности (коэффициента преобразования) с помощью вертикального волновода с прямоугольным сечением

    

    

     Внутри жидкости поле распространяется почти так же, как поперечная электромагнитная волна, из-за низкой предельной частоты. Глубина жидкости (более трех глубин проникания поля) выбрана так, чтобы отражения на верхней поверхности жидкости были принебрежимо малыми. Мощность, поглощаемую жидкостью, оценивают измерением мощности прямой и отраженной волны внутри волновода:

    

,

    

где  - продольная координата центров диполей в месте расположения зонда;

    

       - площадь поперечного сечения волновода;

    

       - мощность прямой волны в волноводе;

    

       - мощность отраженной волны в заполнителе волновода и жидкости;

    

       - плотность жидкости;

    

       - глубина проникания волны в жидкости, рассеивающей энергию;

    

       - основание натурального логарифма.

    

     Примечание - В соответствии с требованиями настоящего стандарта значение  принято равным 1000 кг/м.

    

    

     Данный метод обеспечивает наивысшую точность - суммарная стандартная неопределенность составляет менее ±3,6% в зависимости от частоты и среды. Вся градуировка сводится к измерениям мощности, которые могут быть проведены в рамках стандартной процедуры градуировки. Практическое ограничение полосы частот 800-2500 МГц, обусловленное размерами волновода, не является критическим в контексте проверки на соответствие, так как большая часть рабочих частот, используемых средствами мобильной связи, находится в пределах этой полосы частот. Для частот ниже 800 МГц самым лучшим средством минимизации погрешности градуировки является сравнительная калибровка с использованием температурных датчиков. При анализе погрешности градуировки с помощью аналитических полей должны быть учтены все параметры, перечисленные в таблице В.2.

    

    

Таблица В.2 - Анализ неопределенности измерений на основе распределения аналитического поля в волноводе (шаблон)

     

    

    

     В.2.2 Процедура градуировки в один этап

    

     Процедура, предусмотренная В.2.1, может быть объединена в один этап посредством применения опорных антенн.

    

     Общее значение напряженности поля , В/м, рассчитывают по формуле

    

,

    

где  - абсолютная чувствительность дипольных датчиков в жидкости.

    

     Опорные антенны - небольшие антенны, предназначенные для применения в соответствующей тканеэквивалентной жидкости. Примеры антенн, рассчитанных на полосы частот 900 и 1800 МГц, приведены в [48] и [49]. Для оценки коэффициента усиления антенны для главного лепестка, предназначенного для использования в целях градуировки зонда, требуется, как минимум, две одинаковые антенны.

    

    

    

 - расстояние между антеннами

Рисунок В.2 - Схема установки для измерения коэффициента усиления антенны

    

    

     а) Коэффициент усиления опорных антенн измеряют в следующем порядке:

    

     1) размещают антенны в жидкости так, чтобы оси их основных лепестков находились на одной линии, на четко определенном расстоянии , где ,  - наибольший размер опорной антенны, a  - длина волны в жидкости. Антенны должны быть удалены от каждой из стенок контейнера с жидкостью не менее чем на 10 см;

    

     2) измеряют коэффициенты отражения  и  на входах каждой антенны;

    

     3) измеряют коэффициент передачи  между двумя антеннами на одних и тех же портах;

    

     4) рассчитывают коэффициент усиления  по формуле

    

,

    

где коэффициент затухания выражен как

    

.

    

     При расчете неопределенности измерений, вводимой коэффициентом усиления опорных антенн, должны быть учтены параметры, перечисленные в таблице В.3.

    

    

Таблица В.3 - Анализ неопределенности измерений, вводимой коэффициентом усиления опорной антенны

     

    

    

     б) Коэффициенты чувствительности зонда измеряют в следующей последовательности:

    

     1) размещают одну антенну в тканеэквивалентную жидкость. Антенна должна быть удалена от каждой из стенок контейнера с жидкостью не менее чем на 10 см;

    

     2) подключают источник питания к входу опорной антенны. Расчетное значение напряженности электрического поля  на расстоянии  от антенны может быть выражено как

    

,

    

где  - расстояние до антенны, где ;

    

       - коэффициент усиления антенны;

    

       - наибольший размер опорной антенны;

    

       - входная мощность;