Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки
Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - обеспечение измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом его поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения. Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки (ОФАР) заключается в формировании плоской электромагнитной волны в виде типов волн TE<SB POS="POST">NM</SB> и TM<SB POS="POST">NM</SB> посредством многомодового волновода, облучении этой волной фрагмента раскрыва ОФАР, измерении комплексных амплитуд падающих собственных волн типов TE<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">TE</SB> или типов TM<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">TM</SB> и отраженных от раскрыва фрагмента ОФАР электромагнитных волн типов TE<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">11</SB> и U<SB POS="POST">21</SB> и TM<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">12</SB> и U<SB POS="POST">22</SB> при различных фазовых сдвигах X<SB POS="POST">I</SB>, где I=1,2,...K,...L, L≥4, и определении матрицы коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва ОФАР. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУ БЛИН
yl)S G О1 R 29710
q* *сГ ч1с
1 .„,. . ъ . L 6ÉÉ4é
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM
ПРИ П(НТ СССР
1 (21) 4404992/24-09
1 (22) 06,04,88 (46) 15.11.90, Бюл. Р .42 (72) А.С.Батанов, В,Л.Зубков, Ю.A.Карцев, Д.М,Сазанов и H,ß.Ôðîëîâ (53) 621.317:621:396.67 (088.8) (56) Gustincic I,I. The determination of active array impedance téth
multielement жачеяи1с1е simulater, IEEE Trans on Ant. and Prop, vAP — 20, N - 9, рр. 589-595.
Методы измерения характеристик антенн СВЧ. /Под ред, Н.М,Цейтлина.
М.: Радио и связь, 1985, с, 323. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕДАЧИ РАСКРЫВА ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ФАЗИРОВАННт)Й АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений, Цель изобретения — обеспечение измерения коэффици енто в отражения и коэффициентов
Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано прч проектировании и обработке конструкции отражательной фазированной антенной решетки (ОФАР)
Цель изобретения — обеспечение измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом ега поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнит„„SU„„ f 606947 А1 передачи раскрыва отражательной ФАР с учетам его паляриэационных свойств для различных углов падения на него эл ектрамагнитнай волны при адновр еменнам сокращении затрат на измерения. Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражат ел ьнай фазир ованнай антенной решетки (ОФАР) заключается в формировании плоской электромагнитной волны в виде типов волн ТЕ „ и ТМ „ посредством многомодового валновада, облучении этой волной фрагмента раскрыва ОФАР, измерении комплексных амплитуд падающих са ственных волн типов ТЕ„„П или "èïîâ ТМ„П и отраженных от () раскрыва фрагмента ОФАР электромагнитных волн, типов ТЕ„„,П н и Ц, и
<1) ° (Ф)
ТМ U и Ц при различньс:. фазовых т О
nm S рассеяния четвертого порядка. Рассмотрим каскадное соединение восьмипалюс- each, .ника, матрица рассеяния которого совпадает с Б, с другим васьмиполюс— ником, характеризующим свойства отражательных фазовращателей (ОФВ) ;ограничительной ФАР и имеющим мат160694 7 (2) ((» К) ,7 KQ () А(к К=-п S((!) (»2) (<1<) S (гг) 30 (8) - — (<7»+ R,,) + 35 (4) (<) где Т (5) 40 (9) (б) где (10) Й I (12) ma (= arctg(— ); h I»1 пЬ рицу () = (3E рассеяния„- где (3 = -1<1(, — -е М - фазовый сдвиг Г Э ! Е. - единичная матрица. Матрица Q рассеяния по входам каскадного соединения двух этих многопслюсников имеет вид (») (а) (22) — < (12) Т Я=S+S(fE-8) S,(1) Продиф<Ьеренцируем выражение (1))-. и о Фазе: d Р (<г) R = — = — — S (F— й((d((, (271 -((2().- ((а)т S ) E(E- В ) Б ММ т. Можно заметить, что выражению (2) соответствует спектральное разложение матрицы R: R - х" > )(к х" + х "р ф < хг) = < а =((», х «(» x j (д (2) 5, с х (3) ММ где х и х()- собственные векторы, (<) и Л вЂ” собственные значения 2 матрицы R. Для матрицы R второго порядка собственные значения и собственные векторы (последние с точностью до знака) имеют вид ((2z. (7 х 1) = (1 +G;) (д ), <»; — » С помощью соотношений (2)-(5) находим: юя "г (<г) (22) - < j () S (<»E —, S ) = ТА сЖ ч 1 Ъ< << 2. ) (/2 <, „, > <-,--,- . — — (7) 50 ((2 <) +д Т 5< > < 7 А — ортогонал ьная матрица (АА = Е). Матрица Т, входящая в правую асть матричного уравнения (6), моет быть определена при различных значениях фазовых сдвигов (»(, прн этом мы получаем систему уравнений, Неизвестные матрицы S() и S» )íàõîдятся из системы двух уравнений (6), в которых правые части определены при двух значениях Ы; и (1(к фазового сдвига ОФВ. Отметим, что набор матриц Q (измеряют для числа значений фазовых сдвигов, большего двух, а "0 производные R = (— ) („, определяют (к дифференцированием. одной из интерполяционных формул, выражающих Q через измеренные значения О ) например, путем дифференцирования многочленов наилучшего среднеквадратичного приближения: где М = (»(+ 2 Л (1(; Л((, — разность соседних фазовых сдвигов 1» 1» ° ° О» и ° Из. системы матричных уравнений (1) и (6) определяют искомые коэффициенты отражения и коэффициенты передачи раскрыва в виде: (,1 -((<1т Q +j(R -т D DT ); ; )г . $ () -< 2jgj е sin — Т D+Т А, ((2) Т ) (1(, -< АD+DА, (1 1 (<1» (< г: (11» (1 » Й ((2 D+=Т -е т (,1 Л (.1 (7 К 1 1 (<1 (<1»<1 = — I(R + R ) + (К 2 (<(<2 (1) („" (1 С к — R Р < < 7 = (— ) ((,() К, к=Ы, 160694 7 (({) г + р 2а «г 8 = arcsin nm (— )г 2Ь Иатри ренную м рез нее гональну матрица 3) а и Ь вЂ” поперечные размеры прямоугольного многомодового волновода по оси х и у соответственно; — длина плоской электромагнитной волны; (1) Q — матрица измеренных коэффициентов отраженнЕ волн ТН è ТЕ„„типа и коэффициентов передачи этих волн одна в другую при фазовом сдвиге ф; вносимом каждым фазовра,ц ща тел ем, $ — матрица коэффициентов отражения от раскрыва решетки двух падающих на нее под углами (Ц„ 9„,„) взаимно ортогональных по поляризации плоских волн и коэффициентов передачи каждой из них в ортогональную отраженную волну, S — матрица коэффициентов передачи каждой из падающих на раскрыв плоских волн во взаимно ортогональные по поляризации волны, распространяющиеся в излучающих элемен тах решетки, S — матрица коэффициентов отражения от раскрыва, сфаэированного в направлении Q „, ортог онал ьных по поляризации волн, распространяющихся в и злучающих элементах решетки и коэффициентов передачи каждой из них в отраженную ортогональную волну, при этом производные R определяют дифференцированием интерпогяциойной формулы, выражающей Q через измеренные значения Q ) цы $ выражаются через изме<.Е1 I 1 атрицу Q { ), определенные чематрицы R и Т, а также ортою матрицу А. Ортогональная А имеет вид (12); А= (), где а,, а =+1.0 О а Такой вид матрицы А позволяет определить полную матрицу рассеяния раскрыва ОФАР, причем столбцы матрицы Я и н едиаг онал ьные элементы матрицы (22 } S определяются с точностью до знака, Для произвольной ортогональной матрицы А определение матрицы S было бы невозможно, Получим соотношение (12) . Для . этого предположим,,что матрица име15 ет вид: Р= (0 )) (14) и продифференцируем выражение (1) по и, и по Р el -S () (2?) {<2) -S ( (??) -1 S ) 25 л {??)- 0 0 л Р $ ) (о 1)(f S (п)т Если ввести обозначения: то 35 — = В () ЗО 10 оо ! 2 (ь„ь„ь„ я) ь, ь„ ь„ т В. = Ь =+(" ) ° (16) В = (ь ь ".,) ЬгЬ Ьг ь{г)>= (г) ьгг ь ь ь ?(ь {г) (е1 >< Ъ Используя выражения (16), запишем соотношение для R положив P -+ () p 50 gQ )Q )Q gP R- =— =(— + — ) — = о4 8p, ap,,,„ =ь>(ь +ь)(ь ) — = (17) (4 () {2) (2) М р т Ы{) ВВ Следовательно векторы Ь с точностью до множителя совпадают с собственными векторами матрицы R (3), а составленная из них матрица В с точ1606947 МО Постыл до MHOKHTeJIH (— ) совпадает с матрицей TA,ãäe А определяется выражением (l2). Таким образом, матрица Л в соотношениях (6) и (8) определяется выражением (12), что позволяет найти матрицы коэффициентов отражения и передачи раскрива S("г) по измеренному набору матриц () . 10 (1а чертежс изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит амплифазометр 1, вход которого подсоединен ь к выходу модообразующего блока 2, который размещен с торца прямоугольпого многомодовога волновода 3, с другого торца которого Ра.змещен фрагмент испытуемой отражательной ФАР 4 20 с подключенным к ней блоком 5 управления фазовращателями. Устройство работает следующим образом. Модообраэующий блок 2 поочер едно формирует в волноводе 3 собственные волны ТЕ„,.„, и ТМ („для заданных индексов и г(m, комплексные амплитуды б) () которых Б. и Ц. измеряются амплифазометром 1 для всех эаданных со- 30 стояний фазовращателей Я;, определяемых блоком 5, При этом все фаэо-вращатели фрагмента отражательной ФЛР 4 одновременно принима(от состояние х,, где i = 1, 2,... „1<,..., L (L 4) ° При каждом состоянии фаз оВращателя при возбуждении волны типа ТЕ „,„измеряют с помощью амплифазометра 1 комплексные амплитуды отраженных от Фрагмента Раскрыва . 40 ъ .(, (i) ФЛР 4 типов полн T)(1 „0 «и Т((„,П (2 при Возбуждении волны типа ТМ„„, комплексные амплитуды отражейных от фрагмента раскрыва ФАР (1) а (ц типов вол н ТМ П „a ТЬ „П чего формируют матрицу (i) (() Л„Л,2 "(«) (i) А2, Л22 ° (1 ° (it ° (). (! (\ - () где Л„= U „ /Цт; А.„= (), /U "(i) ° (-,) (;) ° (ъ) - б) " (;) Л2. U >(/U»„A 2< Uгг /U тм 1 H с использованием формул (8-13) определяют искомые коэффициенты. Таким образом, предлагаемый способ (в отличие от известных) позволяет применить методику волноводного моделирования к отражательной ФАР со всеми преимуществами этого метода. При этом исключается переделка отражательных излучающих элементов в проходные и разработка согласованных нагрузок и волноводных переходов для каждого типа излучателей. Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет получить . исчерпывающую информацию о раскрыве отражательной ФАР, исследовать не только энергетические, но и поляризационные характеристики ОФАР, что позволяет сократить трудоемкость, сроки и стоимость разработки ФАР. Формула изобретения Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки, включающий формиро-. вание плоской электромагнитной волны, облучение плоской электромагнитной волной отражательной фазированной антенной решетки (ФАР), одновременное изменение фазовых сдвигов фазовращателей отражательной ФАР, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения, плоскую электромагнитную волну формируют в виде типов волн ТЕ„и Т посредством многомодового волЬ Гп новода и облучают ею фрагмент раскрыва отражательной ФЛР, измеряют комплексные амплитуды падающих собственных волн типов ТЕ Б или ти(>) пов Tt(„„U и отраженных от. Раскры() П тЕ п ти ва фрагмента отражательной ФАР электромагнитных волн типов TP»U «a () U 2(H Т(- U 2 и U ð2 при Различных (() <() ьн фазовых сдвигах х, где i = 1,2,..., k,...,L, L 4, и определяют матрицы коэффициентов отражения и коэффициентов пер едачи р аскрыва отражательной ФАР из соотношений («) <, („(,) ()т К ((2) . Г;" -) . $ (1) -((>) 2 + Щ (и)т, ) )О 160694 7 (e} А и U « /V„„„;, А » А н« 1 I Az) A z () (i) (i1 ° (() (i) "« "те A»z Uc 7(3те «(» и) g »1) y (), (- и у (») С» иа . е ь + - (к) J2 T 1О и где S 20 («} 25 (21} 35 матрица коэффициентов отражения от раскрыва решетки двух падающих на нее под углами(»)„, 6 взаимно ортогональных по поляризации плоских волн и коэффициентов передачи каждой из них в ортогональную отраженную волну; матрица коэффициентов передачи каждой из падающих на раскрыв плоских волн во взаимно ортогональные по поляризации волны, распространяющиеся в излучающих элементах решетки; I матрица коэффициентов отражения от раскрыва, сфазированного в направлении Ц»»„<, 0 », двух ортогональных по поляризации волн, распространяющихся в излучающих элементах решетки, и коэффициентов передачи каждой из них в отраженную ортогональную волну = (к - (э, 1 Г (i} 6} С»2 2 ((Rq» + R«) (i » (° ) г(() C к — R« к = — т — R = () a=(»(;; ohq О((к, а » О A = (---- — ); а = +1 p (а с и 188 (= arctg nrem nÜ Г пЯ шЯ Q = arcsin (— ) + (— ) П»Ъ 2а 2Ь .1 ) а и Ъ вЂ” поперечные размеры прямоугольного многомодового волновода по осям хи у; Я вЂ” длина плоской электромагнитной волны; — матрица, элементы кото" рой получены ин1ерполяцией элементов матрицы Q() .
