Способ измерения диаграммы направленности приемной антенны

 

Изобретение относится к технике антенных измерений, в частности к облетным способам антенных измерений приемных антенн. Цель изобретения - повышение точности при измерении в диапазоне метровых и декаметровых волн. Цель достигается тем, что излучают измерительные сигналы бортовым источником на частоте fo и опорные сигналы вспомогательной бортовой антенной , принимают их исследуемой и опорной антеннами соответственно, измеряют координаты летательною аппарата, излучают опорной антенной в направлении на летательный аппарат первый СВЧ-сигнал высокой стабильности частоты f 1 принимают его опорный сигнал частоты fi вспомогательной бортовой антенной на борту летательного аппарата, формируют из измерительного сигнала fo и первого СВЧ- сигнала fi второй СВЧ-сигнал частоты f2 fi+fo, излучают его в сторону опорной антенны , принимают его опорной антенной, формируют из первого СВЧ-сигнала fi и принятого второго СВЧ-опорного сигнала частоты fa сигнал опорного канала частоты fo f2-fi. 2 ил. (/ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИС1 ИЧ Е СКИХ ,РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 В 29/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ФгgЩ (21) 4879831/09 (22) 02.11,90 (46) 30.11.92. Бюл. М 44 (72) А.Ф.Страхов, В,M.Áîíäàðåíêî и О,А,Страхов (56) Фрадин А.3. и Рыжков Е.В. Измерения параметров антенно-фидерных устройств..

М.: Связь, 1972, с. 256 — 259.

2. Страхов А,Ф. Автоматизированные антенные измерения. M.: Радио и связь, 1985, с. 72 — 75. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГРАММЫ

НАПРАВЛЕННОСТИ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений, в частности к облетным способам антенных измерений приемных антенн. Цель изобретения — повышение точности при измерении в диапазоне метровых и декаметровых волн, Цель достигается

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к облетным способам антенных измерений приемных антенн и ФАР.

Известны облетные способы измерений, основанные на перемещении измерительной аппаратуры в пространстве относительно исследуемой антенны с помощью пилотируемых и непилотируемых летательных аппаратов. Примером могут служить способы, описанные в книгах: Фрадин А.3., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. М.:

Связь, 1972, с. 256-259; Методы измерения характеристик антенн СВЧ. Под ред, Н,M.Öåéòëèíà. М,: Радио и связь, 1985, с.

128 — 135.

„„ Ц „„1778714 А1 тем, что излучают измерительные сигналы бортовым источником на частоте fo и опорные сигналы вспомогательной бортовой антенной, принимают их исследуемой и опорной антеннами соответственно. измеряют координаты летательного аппарата, излучают опорной антенной в направлении на летательный аппарат первый СВЧ-сигнал высокой стабильности частоты f> принимают его опорный сигнал частоты вспомогательной бортовой антенной на бортулетательного аппарата, формируют из измерительного сигнала fo и первого СВЧсигнала f> второй СВЧ-сигнал частоты

fz=f<+fo, излучают его в сторону опорной антенны, принимают его опорной антенной, формируют из первого СВЧ-сигнала f> и принятого второго СВЧ-опорного сигнала частоты f2 сигнал опорного канала частоты

fr=f2 f1. 2 ил.

Общим недостатком известных спосо- . бов является недостаточная точность измерения диаграммы направленности антенны в диапазоне метровых и декаметровых волн

4 из-за нестабильности пространственных характеристик опорной антенны в этом частотном диапазоне вследствие влияния подстилающей поверхности.

Наиболее близким по сущности к заяв- д ленному способу является способ измерения диаграммы направленности приемной антенны, включающий излучение измерительного сигнала частоты fp с борта летательного аппарата, перемещающегося в дальней зоне исследуемой антенны, прием излученного измерительного сигнала исследуемой антенной и опорного сигнала опор1778714 ной антенной, измерение отношения амплитуд принятого измерительного и опорного сигналов с одновременным измерением координат летательного аппарата относительно исследуемой антенны, при этом ось опорной антенны постоянно ориентируют в направлении на летательный аппарат (см.

Страхов А.Ф. Автоматизированные антенные измерения. M. Радио и связь, 1985, стр.

73-75. Вариант реализации способа приведен на рис. 4.1 данного источника), Этот способ принимается за прототип.

Способ-прототип основан на использовании бортового источника излучений, перемещаемого в пространстве относительно исследуемой антенны с помощью летательного аппарата, наземной опорной антенны, работающей на частоте исследуемой антенны, средств измерения координат летательного аппарата и включает в себя излучение измерительных сигналов бортовым источником, прием излученных сигналов исследуемой антенной и опорной антенной, измерение отношения амплитуд принятых измерительного и опорного сигналов, измерение текущих угловых координат летательного аппарата, ориентирование оси опорной антенны на летательный аппарат в процессе измерений. При этом согласуют ва времени измеренные отношения амплитуд сигналов от исследуемой и опорной антенн с измеренными координатами летательного аппарата и по известным апгоритмам определяют диаграмму направленности исследуемой приемной антенны.

Вариант реализации способа-прототипа приведен на фиг. 1. устройство содержит последовательно соединенные бортовой генератор 1 и бортовую измерительную антенну 2, исследуемую стационарную приемную антенну 3, следящую опорную антенну 4, измеритель отношения амплитуд сигналов 5, подключенный первым и вторым входами к выходам исследуемой антенны 3 и следящей опорной антенны 4 соответственно, пеленгатор координат 6, наземную Э ВМ 7, информационные входы которой подключены к выходам измерителя 5, пеленгатора координат 6 и опорно-поворотного устройства опорной антенны 4, управляющие выходы

ЭВМ 7 подключены к входам управления исследуемой антенны 3, опорно-поворотного устройства опорной антенны 4 и измерителя 5, а информационный выход ЗВМ 7 является выходом устройства, причем бортовой генератор 1 и .бортовая антенна 2 перемещаются относительно измеряемой антенны 3 с помощью летательного аппарата 8, 10

Работа устройства, фиг. 1, реализующего способ-прототип, состоит в следующем.

Бортовой генератор 1 с бортовой антенной

2 с помощью летательного аппарата 8 вводятся в зону измерений, которая обычно находится в пределах главного и боковых лепестков ДН исследуемой антенны 3 на расстоянии, удовлетворяющем условиям дальней зоны. Генератор 1 через бортовую антенну 2 излучает измерительные сигналы частоты fo, которые принимаются исследуемой антенной 3 и опорной антенной 4 и поступают на первый и второй информационные входы измерителя 5, в котором производится измерение отношения амплитуд принятых измерительного и опорного сигналов. Прецизионный пеленгатор координат 6 постоянно направлен на летательный аппарат 8 и выдает его координаты (ppK, Опк, R qK ) на вход ЭВМ 7, куда также вводятся текущие угловые координаты положения опорной антенны 4. (фAOK 0AOK) . ЗВМ 7 сравнивает

pqK и @AOK, дпк и Одок, вырабатывая поправки АрАоК и Лддок, которые подаются на опорно-поворотное устройство опорной антенны 4, обеспечивая ее постоянную ориентацию на летательный аппарат

30 8. Одновременное с приемом текущих координат с пеленгатора 6 ЭВМ также производит отсчет значений отношения амплитуд сигналов с выхода измерителя 5, привязывая их к текущим координатам летательного

35 аппарата 8, и формирует массив первичной измерительной информации о параметрах

ДН исследуемой антенны 3, а также вырабатывает сигналы управления режимом работы исследуемой антенны 3 и измерителя 5.

40 Поскольку следящая опорная антенна 4 постоянно наводится на летательный аппарат

8, параметры ее предварительно известны и не зависят от ориентации в пространстве, то в результате учета известных параметров

45 опорной антенны 4, взаимного расположения антенн 3 и.4, а также пеленгатора координат 6, в ЭВМ 7 производят обработку полученного массива первичной измерительной информации на основе известных

50 соотношений и получают значения ДН исследуемой антенны 3. Отличительной особенностью устройства, реализующего способ-прототип, является то, что исследуемая антенна 3 и опорная антенна 4 работа55 ют на одной и той же частоте 1î, принимая сигналы, излучаемые генератором 1 через бортовую антенну 2.

Точность измерения ДН исследуемой стационарной приемной антенны 3 с помощью устройства, фиг. 1, реализующего

1778714

20

30

45

50 способ-прототип, в значительной степени зависит от точности априорной информации о действительных параметрах опорной антенны 4, т.е. от постоянства характеристик этой антенны. В диапазоне сантиметровых и более коротких длин волн это условие обычно обеспечивается в пределах приемлемых погрешностей. Диаграмма направленности и другие важные характеристики следящей опорной антенны 4 остаются практически неизменными в широких пределах углов сканирования (за исключением малых углов места, когда происходит искажение ДН опорной антенны за счет влияния подстилающей поверхности).

При переходе к измерениям ДН исследуемых антенн, работающих в метровом и декаметровом диапазонах, реализовать требуемое постоянство характеристик следящей опорной антенны 4 в диапазоне углов сканирования практически невозможно. За счет переменного характера влияния подстилающей поверхности и сложного рельефа местности ДН такой следящей опорной антенны при ее сканировании по азимуту и углу места будет меняться в значительных пределах и непредсказуемым образом. B результате не только снижается точность измерения ДН исследуемой приемной антенны на основе способа-прототипа, но и теряет смысл организация антенных измерений с помощью опорной антенны.

Таким образом, недостатком способапрототипа является невозможность обеспечения требуемой точности измерения ДН исследуемой приемной антенны, работающей в метровом и декаметровом диапазонах длин волн.

Целью способа является устранение недостатков прототипа, а именно повышение точности при измерениях ДН приемных стационарных антенн, работающих в диапазоне метровых и декаметровых волн.

Цель достигается тем, что в способе измерения диаграммы направленности приемной антенны, включающем излучение измерительного сигнала частоты fp с борта летательного аппарата, перемещающегося в дальней зоне исследуемой антенны, прием излученного измерительного сигнала исследуемой антенной и опорного сигнала опорной антенной, измерение отношения амплитуд принятого измерительного и опорного сигналов с одновременным измерением координат летательного аппарата относительно исследуемой антенны, при этом ось опорной антенны постоянно ориентируют в направлении на летательный anпарат, дополнительно излучают опорной антенной в направлении на летательный аппарат высокостабильный первый СВЧсигнал частоты f>, принимают его на работу летательного аппарата вспомогательной антенной. формируют иэ принятого первого

СВЧ-сигнала и излучаемого измерительного сигнала второй СВЧ-сигнал частоты 12=-f>+fo, который излучают вспсмогательной антенной и который является опорным сигналом, принимают его опорной антенной и формируют иэ него и первого СВЧ- сигнала сигнал частоты fr=f2 — ft. Другими словами, цель достигается тем, что при измерениях ДН исследуемых антенн метрового и более длинноволнового диапазона работа опорной антенны организуется в диапазоне

СВЧ, где обеспечивается постоянство характеристик этой опорной антенны в секторе измерений. Заявленный положительный эффект предложенного технического решения достигается эа счет исключения влияния нестабильности характеристик направленности опорной антенны в диапазоне метровых и декаметровых волн.

Вариант реализации заявленного способа с потлощью устройства для измерения

ДН стационарной приемной антенны, работающей в метровом и декаметровом диапазоне, приведен на фиг. 2. Устройство содержит последовательно соединен н ые бортовой генератор 1 частоты fo и бортовую измерительную антенну 2, исследуемую стационарнчю приемную антенну 3, воспринимающую измерительные сигналы частоты

fp излученные.бортовой антенной 2, следящую двухчастотную приемопередэющую опорную антенну 4, взаимодействующую с бортовой вспомогательной приемопередающей антенной 9, измеритель отношений амплитуд сигналов 5, подключенный первым и вторым входами к выходу исследуемой антенны 3 и выходу преобразователя частоты 13 соответственно, пеленгатор координат 6, наземную 38М 7, информационные входы которой подключены к выходам опорно-поворотного устройства опорной антенны 4, измерителя отношений 5, пеленгатора координат 6, управляющие выходы подключены к входам управления исследуемой антенны 3, опорно-поворотного устройства опорной антенны 4, измерителя отношений 5 и высокостабильного СВЧ- генератора 12 частоты fi, а информационный выход ЗBM является выходом устройства, летательный аппарат 8 для размещения бортовой аппаратуры, смесителя 10, входами соединенный с выходами бортового генератор- 1 частоты fo u усилителя-ограничителя 14 СВЧ- сигнала ча1778714 стоты f1, а выходом через фильтр 11 СВЧсигнала частоты f2 — входом бортовой вспомогательной антенны 9, выход которой подключен к входу усилителя-ограничителя 14, высокостабильный СВЧ-генератор 12 частоты f>, выходами подключенный к входу опорной антенны 4 и первому входу преобразователя частоты 13, второй вход которого соединен с выходом опорной антенны 4.

Обозначения блоков в составе устройства фиг. 2, выполняющих идентичные функции по отношению к блокам устройства фиг. 1, имеют одинаковую нумерацию.

Устройство фиг. 2, реализующее заявленный способ, работает следующим абразом.

Перед началом измерений бортовая аппаратура вводится в пространство измерений с помощью летательного àïïàрата 8, ко о р д и н э т ы и о л о ж е н и я к ото р,о rа (pnK Оп K R n K) измеряются пеленгатором 6, передаются на вход ЭВМ 7 и на их основе по командам от ЭВМ 7 опорная антенна 4 наводится на летательный аппарат 8 (как и при реализации способапрототипа с помощью устройства фиг. 1).

Измерительные сигналы с выхода бортового генератора 1 через бортовую измерительную антенну 2 излучаются на частоте fo u принимаются исследуемой приемной антенной 3. Первый СВЧ-сигнал с выхода высокостабильного генератора 12 на частоте f< поступает на вход опорной антенны 4. Ответвленный первый СВЧ-сигнал частоты f< с дополнительного выхода генератора 12 поступает на первый вход преобразователя частоты 13, Этот сигнал играет роль гетеродинного сигнала для работы преобразователя частоты 13. Первый СВЧ-сигнал частоты

f>, излученный опорной антенной 4, поступает на вход бортовой вспомогательной антенны 9. С выхода вспомогательной антенны 9 сигнал частоты f1 через усилитель-ограничитель 14 поступает на первый вход смесителя 10, на второй вход которого поступает измерительный сигнал частоты fo с дополнительного выхода бортового генератора 1. В ведение усилителя-ограничителя

14 обеспечивает независимость амплитуды первого СВЧ-сигнала, подаваемого на вход смесителя 10, от вариаций расстояние между антеннами 4 и 9 при перемещении летательного аппарата 8 по траекториям. На выходе смесителя 10 выделяется второй

СВЧ-сигнал частоты 12, представляющей собой сумму (fo+f >) частот первичных сигналов.

Второй СВЧ-сигнал частоты fz c выхода смесителя 10 через паласовой фильтр 11 подается на вход бортовой вспомогательной антенны 9, излучается ею и принимается опорной антенной 4. Сигнал частоты fz c выхода антенны 4 поступает на второй вход преобразователя частоты 13, на выходе которого выделяется опорный сигнал частоты

fo с параметрами, пропорциональными параметрам измерительных сигналов частоты

fo бортового генератора 1, Опорный сигнал частоты fo с выхода преобразователя 13 поступает на опорный вход измерителя отношений 5 и аналогичен по своей сущности опорному сигналу в устройстве фиг. 1. На второй информационный вход измерителя 5 поступает измерительный сигнал частоты fo с выхода антенны 3. Измеритель 5 производит измерение отношения амплитуд изме10

20 го аппарата 8 с выхода пеленгатора 6, теку25 щие координаты положения опорной

35

55 рительного и опорного сигналов. Далее, как и в устройстве фиг. 1, реализующем способпрототип, величины измеренных отношений амплитуд сигналов с выхода блока 5 подаются на информационный вход ЭВМ 7, на другие информационные входы которой поступают текущие координаты летательноантенны 4 с выхода ее опорно-поворотного устройства. С управляющих выходов ЭВМ 7 поступают сигналы управления режимов работы исследуемой антенны 3, измерителя отношений 5 и высакостабильного СВЧ-генератора 12 частоты f>. Наведение опорной антенны 4 на летательный аппарат 8, обработка первичной измерительной информации и определение ДН исследуемой антенны производятся так же, как в техническом решении, принятом за прототип. Отличительной особенностью устройства, реализующего предложенный способ, является то, что исследуемая и опорная антенны работают в разных частотных диапазонах, а не на одной частоте, как в устройстве фиг. 1 (исследуемая антенна — в метровом и декаметровом диапазоне, опорная антенна — в сантиметровом или более коротковолновом диапазоне).

Как показано ранее; первый СВЧ-сигнал излучается на частоте f<, второй СВЧсигнал — на частоте f2, представляющей сумму (fo+f>) частот. С этими двумя СВЧ-сигналами работает опорная антенна 4.

Определяющим условием при выборе значений частот fi u f2 является независимость характеристик направленности опорной антенны от влияния подстилающей поверхности при ее сканировании по азимуту и углу места в процессе измерения ДН исследуемой антенны. Например, при измерении приемных антенн на частоте (fo=10 Гц) опорная антенна может работать на частотах(11=10 Гц) и(f2=1,001 10 Гц), на кото10 в1 ог.1

ua euewu, рых характеристики направленности этой опорной антенны (при углах места более 3 угловых градусов от уровня подстилающей поверхности) можно считать практически стабильными.

Общественно-полезный эффект от заявленного технического решения заключается в повышении точности измерений характеристик стационарных приемных антенн, работающих в метровом диапазоне и более длинноволновых диапазонах. Например, реализуемые погрешности ДН антенн метрового диапазона в пределах ширины главного луча составляет около 2,5 ДБ. При реализации предложенного способа эти погрешности можно снизить до 0,5 ДБ — как это достигается при измерениях антенн

СВЧ-диапазона.

Экономический эффект может быть обусловлен сокращением затрат на создание антенных систем с заданными значениями пространственных характеристик.

Оценку ожидаемого эффекта можно произвести только после внедрения заявленного способа применительно к конкретному объекту измерений.

Формула изобретения

Способ измерения диаграммы направленности приемной антенны, включающий излучение измерительного сигнала fo с борта летательного аппарата, перемещающегося в дальней зоне исследуемой антенны, прием излученного измерительного сигнала

5 исследуемой антенной и опорного сигнала опорной антенной, измерение отношения амплитуд принятого измерительного и опорного сигналов с одновременным измерением координат летательного аппарата

10 относительно исследуемой антенны, при этом ось опорной антенны постоянно ориентируют в направлении на летательный аппарат, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности при измерениях в диа15 пазоне метровых и декаметровых волн, дополнительно излучают опорной антенной в направлении на лета1ельный аппарат высокостабильный первый СВЧ-сигнал частоты f<, принимают его на борту лета20 тельного аппарата вспомогательной антенной, формируют иэ принятого первого СВЧ-сигнала и излучаемого измерительного сигнала второй СВЧ-сигнал частоты 12=11+то, который излучают

25 вспомогательной антенной и который является опорным сигналом, принимают его опорной антенной и формируют из него и первого СВЧ-сигнала сигнал частоты fp=-fg f).

1778714 /3//ЦИНУО

Фиг. г

Составитель В. Бондаренко

Техред М.Моргентал Корректор А. Козориэ

Редактор Т. Полионова

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

Заказ 4192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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