Bucla receptoare electric mica incarcata cu doua sarcini diametral opuse

BUCLA RECEPTOARE ELECTRIC MICA INCARCATA CU DOUA SARCINI DIAMETRAL OPUSE

In cele ce urmeaza se vor determina curentii prin - si tensiunile pe - doua impedante de sarcina sitate la interstitiile diametral opuse ale unei bucle conductoare, care se afla sub incidenta unei unde plane cu intensitatea vectorului camp electric incident , a carui valoare in centrul buclei (R = 0) este.

Daca se particularizeaza relatia (110) pentru o bucla incarcata in punctul cu impedanta de sarcina si in punctul diametral opus cu impedanta de sarcina, se obtine pentru curentul prin bucla relatia:

(151)

in care:

Valoarea lui u(f), pentru cazul buclei electric mici, a fost calculata si data de relatiile (121), (125). Ea poate fi pusa si sub forma:

(152)

unde f₀ este dat de relatia (81), iar cu f_1,f s-a notat urmatoarea expresie.

(153)

Valorile lui v(f f) si v(f p f), calculate cu relatia (127) sunt:

(154)

(155)

Curentii prin impedantele de sarcina si , conectate la interstitiile buclei din punctele (I(f )) si (I(f p)), sunt obtinuti de la relatia (151) si au forma:

(157)

Valorile functiei u(f) in cele doua puncte (f si f p) unde sunt plasate impedantele de sarcina, se obtin plecand de la relatia (152) si tinand cont de (103) si (104).

In mod similar, plecand de la relatiile (154), (155) si tinand cont de (103) si (104), se obtine si pentru functiile v o exprimare simpla.

unde Y₀ si Y₁ sunt admitantele buclei de "mod zero', respectiv "mod unu" ( 3.2.1).

Daca se inlocuiesc expresiile obtinute pentru functiile u si v, relatiile (156) si (157) devin:

(158)

De aici se determina curentii prin cele doua impedante de sarcini si situate in punctele f si respectiv f p

(159)

(160)

Mai sugestiv pentru cazul este ca si sa se inlocuiasca functie de tensiunile pe impedantele de sarcini, si , obtinandu-se relatiile:

(161)

(162)

Daca [Kanda84], atunci:

(163)

Astfel tensiunile la cele doua sarcini situate diametral opus sunt:

(165)

(166)

Din aceste expresii se observa ca:

In punctul curentul (tensiunea) datorat lui E se aduna la curentul (tensiunea) datorat lui H.

In punctul curentul (tensiunea) datorat lui E se scade din curentul (tensiunea) datorat lui H.

Pentru a avea raspuns maxim la camp magnetic, bucla trebuie sa fie orientata astfel:

, ceea ce implica

Rezulta ca f₀ nu depinde de locul de plasare al sarcinii (), iar depinde de locul de plasare al sarcinii, fata de unghiul de incidenta al undei ().

este maxim si astfel raspunsul la camp electric este maxim pentru().

Inlocuind valorile lui si in ecuatiile , considerand admitanta de mod unu (Y₁, data de relatia (104) ) pur capacitiva (Y₁ = j w C₁), si presupunand ca si , se obtine:

(167)

(168)

In fig. 17 s-a reprezentat bucla receptoare cu doua impedante de sarcina situate diametral opus.

Campul magnetic incident este perpendicular la planul buclei, deci raspunsul la camp magnetic este maxim, iar raspunsul la camp electric este dependent de relatia dintre unghiul de incidenta al campului electric f_i si cel de plasare al sarcinii f

Cu U₀ si I₀ s-au notat tensiunea si respectiv curentul datorate campului magnetic, iar cu U₁ si I₁ tensiunea si curentul datorate campului electric.

In punctul f , contributiile celor doua campuri electric si magnetic se sumeaza, iar in punctul f p , se scad.

Observatii asupra utilizarii buclei cu doua sarcini pentru masurarea simultana a campurilor electrice si magnetice:

1) Suma tensiunilor [] - care este o masura a campului magnetic - nu depinde de sarcina cu care este incarcata bucla la si .

Diferenta tensiunilor , care este o masura a campului electric, depinde de sarcina , cu care este incarcata bucla la si.

1a) Utilizand o bucla incarcata in doua puncte diametral opuse cu sarcini egale, se poate masura atat campul magnetic perpendicular pe planul buclei, cat si campul electric paralel cu tangenta la bucla in punctul unde este situata una din sarcini.

1b) Cresterea sensibilitatii la camp electric se poate face si pe seama cresterii lui (bineinteles cu respectarea conditiei ).

1c) Exista o sarcina optima pentru care sensibilitatile la E si H sunt egale. Pentru obtinerea lui se pune conditia:

=

care utilizand relatiile (167) si (168), devine:

Daca se inlocuieste C₁ conform (108), rezulta valoarea sarcinii optime:

(169)

Se observa ca nu depinde de frecventa, ci depinde numai de geometria buclei.

2) Suma tensiunilor la cele doua sarcini poate fi pusa sub forma:

(170)

Deci este egala cu tensiunea in gol indusa de acelasi camp magnetic H intr-o bucla electric foarte mica (k b <<1) de aceeasi dimensiune (raza b), dar cu o singura fanta in =.

(171)

Astfel, utilizand o bucla cu doua sarcini diametral opuse si adunand tensiunile din aceste puncte, sensibilitatea la camp magnetic poate fi crescuta foarte mult fara a avea sensibilitate parazita la camp electric. Aceasta se intampla deoarece pentru o bucla cu doua sarcini conditia limita este k b < 1 (§3.), spre deosebire de cazul unei bucle cu o singura sarcina, unde conditia limita este k b << 1 (§3.2.2.2).

3) Folosind o bucla electric mica incarcata in doua puncte diametral opuse se poate:

- sa se masoare simultan, in zona de camp apropiat, componenta perpendiculara pe bucla a vectorului Hⁱ si componenta din planul buclei a vectorului Eⁱ;

- sa se determine vectorul Poynting dependent de timp, ce descrie fluxul de energie ;

- sa se masoare impedanta de unda [Miles93]

- sa se determine "hazardul electromagnetic" - inconjuratorul electromagnetic complex.

4) O problema la bucla incarcata cu doua sarcini egale Z_L in punctele si este preluarea tensiunilor U() si U().

Pentru a nu se forma bucle suplimentare, care ar perturba masurarea, sunt doua metode de preluare a tensiunilor de la cele doua impedante de sarcina ale buclei receptoare (fig.18. a):

Utilizand un transformator de adaptare de la configuratia echilibrata la configuratia ne-echilibrata "BALUN" (balanced to unbalanced transformer) , emitator si transmisie prin fibra optica a semnalului pentru a fi prelucrat. In acest fel se izoleaza bucla de sistemul de prelucrare, iar campul electric nu poate actiona asupra liniei de transmisie si nici linia de transmisie nu modifica campul (fig.18. b).

Utilizand o configuratie asimetrica - jumatate de bucla si plan de masa pentru formarea imaginii (fig. 18. c). In acest caz planul de masa pe langa rolul de "reflector", efectueaza si o ecranare a partii de prelucrare electronica (sumarea si scaderea tensiunilor U() si U(), amplificare, detectie).

Cu trei bucle perpendiculare una pe cealalta, fiecare avand cate doua sarcini situate diametral opus si un sistem de prelucrare adecvat, se pot determina cele trei componente ale lui H (H_x, H_y, H_z) si cele trei componente ale lui E (E_x, E_y, E_z), obtinandu-se astfel un senzor izotrop pentru masurarea simultana a lui E si H.

Dintre sistemele de masurare izotropa si simultana a lui E si H realizate pe baza acestui principiu se amintesc:

5a) Un sistem de trei antene bucla (Three Loop Antenna System - TLAS) pentru masurarea in camp apropiat a lui E si H, radiate de surse electric mici. Sistemul TLAS va fi prezentat la 8.1.8. Pentru acest sistem, determinarea curentului in bucla se face ca in cazul buclei iluminate de o unda incidenta din directia (q f_i) si polarizata la un unghi y in urmatoarele conditii:

bucla receptoare ();

bucla incarcata cu doua sarcini egale, Z_L, situate in punctele: f = 0 si f p

bucla electric mica (k b <1) si deci considerarea doar a lui n = 0 si n = 1;

se exprima functie de momentele dipol electric si dipol magnetic.

5b) Un senzor izotrop pentru masurarea "hazardului electromagnetic" (campul electric si magnetic langa emitatoarele radio - TV, in locuinte). Utilizarea a trei bucle complete cu cate doua sarcini fiecare, ca in fig. 19. a), nu este posibila, deoarece la preluarea tensiunilor de la cele doua interstitii in vederea sumarii si respectiv scaderii lor, s-ar forma bucle suplimentare, care ar perturba masurarea. De aceea senzorul este alcatuit din trei semibucle, perpendiculare una pe cealalta, fiecare avand doua sarcini la capete. Cele trei semibucle sunt montate pe o sfera conductoare, care constituie "referinta de masa" - fig 19. b). Sfera conductoare, pe langa obtinerea "imaginii" (formarea buclei complete), realizeaza si ecranarea sistemului de prelucrare electronica a semnalului (multiplexare, amplificare, detectie). Dupa prelucrare, semnalul se transmite prin fibra optica la aparatele de masurare. Daca se utilizeaza un calculator, acesta poate: controla functionarea senzorului (compensarea cu temperatura, liniarizarea detectiei); calcula componentele lui E, H, E_rezultant, H_rezultant, impedanta de radiatie, vectorul Poynting [Gassman92].