Способ измерения поляризационных характеристик антенны

 

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для измерения поляризационных характеристик антенныо Цель изобретения - повышение точности. Способ измерения поляризационных хар-к антенн включает облучение исследуемой антенны (ИА) электромагнитной волновой линейной поляризации, многократные повороты ИА по азимуту v и углу места U относительно направления на источник электромагнитной волны, измерение всякий раз амплитуды принятого ИА сигнала и углов v и U, причем поворот ИА выполняют в локационной системе координат по азимуту Ц) и углу места 0 и дополнительно вокруг ее продольной оси по углу и в соответствии с заданными соотношениями. Указанные операции выполняют не менее чем для трех значений угла 0 , например О, 45 и 90°. По результатам измерения амплитуд принятого сигнала для трех значений угла i в каждом направлении U, v определяется коэффициент эллиптичности и угол наклона большой оси поляризационного эллипса. Угол d является углом наклона плоскости поляризации электромагнитной волны к выбранной оси ИА при неизменной ориентации плоскости в пространстве. Повышение точности обусловлено неизменностью ориентации плоскости в поляризации электромагнитной волны,и, соответственно, неизменностью отражений от подстилающей поверхности и местных предметов. 2 ил. § сь 00 4 ОЭ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 .G 01 R 29/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4382043/09 (22) 22.02.88 (46) 28.02.91. Бюл. N - 8 (72) Б.В.Тимошин и Ю.И.Прохоренко (53) 621.317:621.396.67 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1146609, кл. (01 Б. 29/08, 1982.

Методы измерения характеристик антенн СВЧ/Под. ред. Н.M.Öåéòëèíà, М.: Радио и связь, 1985, с.110. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫ (57) Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для измерения поляризационных характеристик антенны. Цель изобретения— повышение точности. Способ измерения поляризационных хар-к антенн включает облучение исследуемой антенны (ИА) электромагнитной волновой линейной поляризации, многократные. повороти

ИА по азимуту i и углу места U относительно направления на источник электромагнитной волны, измерение

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для измерения поляризационных характеристик антенны (коэффициент эллиптичности, угол наклона большой оси поляризационного эллипса)„

Цель изобретения — повышение точности в условиях отражений от местных предметов.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ измере2 всякий раз амплитуды принятого ИА сигнала и углов v и U, причем поворот

ИА выполняют в локационной системе координат по азимуту (и углу места () и дополнительно вокруг ее продольной оси по углу Р в соответствии с заданными соотношениями. Указанные операции выполняют не менее чем для трех значений угла 1, например О, 45 и 90 ° По результатам измерения о амплитуд принятого сигнала для трех значений угла 3 в каждом направлении

U v определяется коэффициент эллиптичности и угол наклона большой оси поляризационного эллипса. Угол g является углом наклона плоскости поляризации электромагнитной волны к выбранной оси ИА при неизменной ориентации плоскости в пространстве.

Повышение точности обусловлено неизменностью ориентации плоскости в по.ляризации электромагнитной волны,и, соответственно, неизменностью отражений от подстилающей поверхности и ме стных предметов. 2 ил. ния поляризационных характеристик антенны; на фиг.2 — схема, поясняющая выполнение способа с обозначением углов поворота исследуемой антенны относительно осей системы координат.

Устройство, реализующее способ измерения поляризационных характеристик включает измеряемую антенну 1, установленную на площадке поворота по углу поляризации поворотного механизма 2, поворачивающего измеряемую антенну 1 по углам азимута (, места

1631460

9, поляризации P . .Вспомогательная антенна 3 линейной поляризации соединена с генератором 4. К поворотному устройству 2 подключен пульт 5 управления, коммутирующии сигналы уп5 равления механизмами поворота по углам(, 9, Р сигналы датчика углов роворота и сигнал измеряемой антенны между соединенными с ним приемником

6, блокс.м 7 управления и блоком 8 регистрации результатов.

Способ измерения поляризационных характеристик антенны реализуют следующим образом. 15

Измеряемая антенна 1 сканируется поворотным устройством 2, поворачивающим каждую точку М (v,, U, fK) пространства обзора на направление оси ОХ для каждого из трех положений плоскости поляризации (например

О, 6 /4, Ф/2).

Для пояснения изобретения введено определение угла наклона плоскос-. ти поляризации, угла поворота плос- 25 кости поляризации и опорной плоскости отсчета угла наклона плоскости поляризации.

Углом наклона плоскости поляризации линейно поляризованной электромагнитной волны, распространяющейся на наблюдателя, называется угол ( между опорной плоскостью и плоскостью поляризации, отсчитываемой в плоскости фронта этой волны по часовой стрелке от опорного направления, лежащего в опорной плоскости, до направления вектора Е.

Опорной плоскостью отсчета угла наклона плоскости поляризации линейно поляризованной электромагнитной волны называется плоскость, проходящая через направление распространения и опорное направление, выбранное в плоскости фронта волны.

Углом поворота плоскости поляризации линейно поляризованной электро магнитной волны называется угол b равный разности между конечными и начальными значениями углов наклона 50 плоскости поляризации к опорной плоскости и который отсчитывется в плоскости фронта электромагнитной волны либо между конечным и начальным направлением вектора Е при повороте источника относительно неподвижной опорной плоскости, либо между конечным и начальным положением опорного направления опорной плоскости при повороте приемника со связанной с ним опорной плоскостью относительно неподвижного источника.

Задача измерения поляризационных характеристик в данном случае сводится к поиску таких углов Ц1, 8 ф поворота исследуемой антенны 1 поворотным механизмом 2 относительно вспомогательной антенны, при которых измеряемая антенна направлена на падающую электромагнитную волну одной и той же точкой M (v,, U ), ориентированной под разными углами наклона !О + 3 к плоскости поляризации вспомогательной антенны 3, где М

0 фиксированный угол наклона плоскости поляризации вспомогательной антенны

3; а — угол поворота плоскости поляризации исследуемой антенны 1 (К ь 3).

Измеряемую антенну 1 окружим неподвижной относительно осей Х 0 Yа Z а сферой с центром в точке О начала координат. Обозначим пересечение оси ОЕа с этой сферой точкой Р, так что радиус сферы равен ОР. Произвольное направление в системе координат измеряемой антенны 1 обозначим точкой M (v,, U, / )на сфере а, где

v — угол азймута, отсчитываемый от оси ОХ в плоскости Х ОУ между наа а» правлением ОХ и проекцией плоскости

const на плоскость ХаО, U угол места, отсчитываемый от оси Oi между 02а и ОМ (v,, U, ); f угол наклона плоскостй поляризации электромагнитной волны, падающей на измеряемую антенну в направлении M (v U ) относительно опорной плоскости, заданной для каждой точки

M(v,, U ), лежащей на сфере а измеряемой антенны как плоскости v (= const а опорное направление задано для каждой точки M(v U5) единичным вектором, лежащим в опорной плоскости v = const, перпендикулярно I

0M(v U >), направленным в сторону уменьшения углов UI . В точке P(v = О, U = О) опорной является плоскость ч=О.

Как видно, при изменении угла v опорная плоскость измеряемой антенны поворачивается относительно оси 07а.

Окружим точку О .начала координат

Х, Y Z неподвижной относительно осей сферой Ь. Электромагнитная вол- .на вспомогательной антенны 3 закрепленной неподвижно, распространяется в направлении ХО. Опорная плоскость

16314бО для отсчета угла наклона плоскости поляризации вспомогательной антенны в системе X Y Z задана вертикальной плоскостью Z О Х, опорное направление — единичным вектором, перпендикулярным ОХ и направленным в положи-тельном направлении оси OZ. Угол / наклона плоскости поляризации вспо;.огательной антенны отсчитывается в плоскости ZOY или параллельной ей.

Измеряемая антенна 1 закреплена на площадке поворота поворотного усI тройства по оси поляризации ÎZ . За ось OZ измеряемой антенны принимается ( ось 07. поворота антенны по углу поляризации.

При повороте поворотного устройства по углу азимута угол Ц поворота отсчитывается между осями OY u OY (При повороте поворотного устройства по углу места угол 9 поворота отсчиf тывается между осями ÎZ и OZ . При повороте поворотного устройства по углу поляризации угол (3 поворота от( считывается между осью ОУ поворотного устройства и осью ОУ< измеряемой антенны.

B исходном положении поворотного устройства все оси координат совмещены, т.е. ОХ, и ОХ совмещены с ОХ; (OZ (OZ ) совмещены с OZ; OY и OY совмещены с OY.

Для установки угла наклона плоскости поляризации измеряемой антенны в точке М(ч, U)) равным У (фиг.2) нужно опорную плоскость vf = const измеряемой антенны в т. М(Б, v ) сов1 местить с опорной плоскостью вспомогательной антенны и направление

ON (v; U ) совместить с направлением

ОХ. Такое совмещение производится поворотом поворотного устройства по углу поляризации из исходного положения на угол Po= — v, при котором плоскость POM(v °, U. ), совпадающая с опорной плоскостью v = .", = const,,ровместится с опорной плоскостью

ZOX, и поворотом угломестного пово1

I( ротного устройства на угол 6 = --—

2 — U, после чего направление OM(v,,, U ) совместится с направлением ОХ, точка P сферы а займет положение Ро

:на сфере Ь и точка M(v U ) сферы а займет положение точки M на направлении оси ОХ сферы Ь.

Теперь угол наклона плоскости поляризации электромагнитной волны, принятой измеряемой антенной в точке M(v;, Б ), равен/, Для установки угла наклона плоскости поляризации

11»= О+ (1)

10 нужно опорную плоскость v = v °

= const совмещенную с ОХ для установленного угла / поляризации, повернуть вместе с измеряемой антенной относительно направления ОХ на угол

При таком повороте точка Р сферы а опишет дугу Р Р1 окружности на сфере Ь, плоскость которой лежит в плоскости фронта падающей волны, а угол 1 согласно определению отсчиты20 вается в этой плоскости между конечным положением опорного направления

P С опорной плоскости РОМ(ч,, U ), совпадающей с плоскостью РООМ, и начальным направлением Р С опорной

25 плоскости POM(v U ), совпадающей с плоскостью Р<ОМ, совпадающими с

IIoBopoToM onopHoII nJIocKocTH v = v ь

= const вместе с антенной на угол 6» °

Такой поворот мож.;о сделать, если

3р повернуть поворотное. устройство на углы g, g f3, определяемые через заданные углы v,, Uj, Из фиг.2 можно получить: я = агстд(дБ sin 3»1; (2)

Q = arccos(sinU cos 3»); (3)

При повороте поворотного устройства на углы (f и О точка перемещается в положение Р1, опорная плоскость POM(v,, U,,/ ) измеряемой ан40 тенны совпадает с плоскостью Р,ОМ . и точка M(v, U,g ) перемещается в .положение М, так что дуга РцМ равна дуге Р< М,. Для возврата точки М(тт,, U,(< ) из положения М на направление

45. ОХ в положение M необходимо ось OZg поляризационного устройства повернуть на < $ (= < ВР D, после чего опорная плоскость POM(v U, о), ранее совмещенная с РООМ, зайимает положение, 50 совмещенное с P OM. Из фиг.2 можно получить — arccos P crg u ctg f arccos x х (з1пц. cos 8 ))j, (4)

Таким образом, для поворота плос55 КосТН поляризации электромагнитнои волны, принятой измеряемой антенной в точке М на заданный угол о = — О»

ОО необходимо поворотное утсройство повернуть на углы:

1631460

К,(v,, U,;) =

A»/2 причем для не ла 1, где v, P atctg(tgU.sin()

9 = arccos(sinU.cos1);

P = — v — arecos (etgUctg(arccos х

x (sin U cos О ))) при этом угол наклона плоскости поляризации волны, падающей на измеряемую антенну, равен = / + I5.

Обзор пространства ведется одним иэ известных способов (например, при фиксированном положении угла

V угол v поворотом оси Р от 0 до

3600 с дискретом gv или при фиксированном положении vI угол U изменяется

2A »(+ — Ао— (v Ю) = 0 5 arctg = — - — — —-(y ) j

С»

А — А (2 где А, А », А - — квадраты измерен4 ных амплитуд напряжений, пропорциональные мощности сигналов, принятых измеряемой антенной 1 для каждой точки М (v U ) и запи У санных в память 30 блока 7 управления.

Результаты измерений и вычислений преобразуются в памяти микроЭВМ и выводятся на блок регистрации одним из известных способов.

Данный способ измерения поляризационных характеристик антенн с помощью одной неподвижной вспомогательной антенны 3, излучающей элект- 40 ромагнитную волну линейной поляризации, и трехкоординатного поворотного механизма 2 с вынесенной за пределы конструкции фиксированной в пространстве точкой начала координат по 45 сравнению с известными способами обеспечивает повышение точности измерений за счет постоянства ориентации плоскости поляризации электромагнитной волны, что в свою очередь приводит к неизменности амплитуды поля в точке измерений за счет неизменности искажений падающего на исследуемую антенну поля.

Формула изобретения

Способ измерения поляризационных характеристик антенны, включающий обповоротом осей ()) и 0 от О до 180 с дискретом gU.

Измеренные приемником 6 три значения амплитуды Л (i, j, О), А (i, РII

-) и А (х, j, - -) для каждой точки

М (v,, Б ) при трех углах наклона плоскостй поляризации, записываются в память блока 7 управления и для каждой точки М (v,, U ) вычисляется коэффициент эллиптичности k и угол

1 наклона главной оси эллипса поляризации по формулам лучение измеряемой антенны электромагнитной волной линейной поляризации, многократные повороты исследуемой антенны относительно направления прихода электромагнитной волны, измерение при этом амплитуды принятого исследуемой антенной сигнала и определение искомых параметров, о т— л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности в условиях отражения от местных предметов, повороты измеряемой антенны по азимуту и углу места 9 выполняют в соответствии с соотношениями:

P = arctg(tg U-sin 3 )

Q = arccos(sin U.cos 1 ) и дополнительно по углу поляризации в соответствии с соотношением

= -v — arccos fctg U x

II ctg (arccos (sin U cos F ) )1

Л Ф

I указанные операции выполняют менее чем трех значений угU — азимут и угол места направления измеряемой антенны на источник электромагнитной волны, отсчитываемые в системе координат измеряемой антенны относительно оси, совпадающей с осью поворота измеряемой антенны по уг1лу поляризации 8; — уг ол между пл о ско стью и олярнзации электромагнитной волны, принятой изме1631460

ioиг. ряемой антенной, относительно фиксированного положения плоскости поляриэации электромагнитной волны, отсчитываемый в плоско сти фронта в оп ны.

1631460

Составитель П.Савельев

Техред М.Дидык Корректор А.Осауленко

Редактор. М.Петрова

Заказ 543 Тираж 409 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101