Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны

 

Изобретение относится ктехнике антенных измерений и может быть использовано для определения пространственных характеристик направленности излучающих устройств и рассеивающих объектов в полном телесном угле. Цель изобретения - расширение сектора углов определения диаграммы направленности исследуемой антенны. Указанная цель достигается тем, что в способе процесса измерений диаграммы направленности антенны радиоголографическим способом осуществляется дополнительное дискретное изменение ориентации электрической оси антенны относительно плоскости измерений и реализуется выбор определенных углов поворота оси антенны, при котором сектора определения диаграммы направленности сшиваются между собой так, что их совокупность образует полный телесный угол. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 29/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ ОО

С)

С) ф

С)

С) (21) 4808219/09 (22) 30.03.90 (46) 07.03.93. Бюл, М 9 (71) Нижегородский научно-исследовательский радиофизический институт и Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт (72) Л.А.Пасманик и В.И.Турчин (56) Авторское свидетельство СССР

М 476522, кл, G 01 R 29/10, 1973.

Захарьев Л,Н. и др. Методы измерения характеристик антенн. — M.: Радио и связь, 1985, с,146. (54) РАДИОГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ (57) Изобретение относится ктехнике антенных измерений и может быть использовано

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения пространственных характеристик направленности излучающих устройств и рассеивающих объектов в полном телесном угле.

Целью изобретения является расширение сектора определения диаграммы направленности.

Поставленная цель достигается тем, что в радиоголографическом способе определения диаграммы направленности антенны, включающем формирование электромагнитного поля в ближней зоне исследуемой антенны, выполнение измерительного цикла, вкл.-зчающего измерение электромагнитного поля в ближней зоне испытуемой антенны при перемещении точки приема по плоскости, для каждого положения точки

„„ Ц „„1800400 À1 для определения пространственных характеристик направленности излучающих устройств и рассеивающих объектов в полном телесном угле. Цель изобретения — расширение сектора углов определения диаграммы направленности исследуемой антенны. Указанная цель достигается тем, что в способе процесса измерений диаграммы направленности антенны радиоголографическим способом осуществляется дополнительное дискретное изменение ориентации электрической оси антенны относительно плоскости измерений и реализуется выбор определенных углов поворота оси антенны, при котором сектора определения диаграммы направленности "сшиваются" между собой так, что их совокупность образует полный телесный угол. 1 ил. приема с одновременным измерением ее координат, выполнение двумерного преобразования Фурье результатов измерений и определение диаграммы направленности исследуемой антенны в интервалах углов """ р < " ", ф""" <: Р Рм " дополнительно ориентируют исследуемую антенну последовательно в направлениях Чп, 64 (n

= О, 1... N; m = 0,1...M) относительно нормали к плоскости перемещения точки приема, измерительный цикл выполняют для каждого из направлений Ч,, С4, а диаграмму направленности во всем секторе углов рассчитывают по результатам определения диаграммы направленности для каждого из направлений V>, (=4, При этом для каждого из направлений V, (=4 должны выполняться соотношения

1800400 мо с 8A ) 4tì»» (4 »\(ъО»»0 (мпкс (8 ) (ом»» (8,) с п»с (8 ) (»»m» (8п)) и Сс)0 ((4 )5 с

Am»»ñ

jl к » 2 м»» (к „) . - 4»» a»ct1 к где (.)х, Dz — Х и 2 координаты гранич1,г 1,г ных точек раскрыва испытуемой антенны;

Ах""",Ах" " — координаты граничных точек сектора измерений по оси ОХ; у, д — числовые параметры, определяемые необходимой точностью измерения диаграммы направленности; с — скорость света;

Ф вЂ” минимальная частота в спектре электромагнитного поля, сформированного в ближней зоне антенны;

8" " (Е). м»»(Рм, " (8 ), ()," " (8) ); (о"""(em) мокс((",""(8ml, f5 (em)5) мокс a (a>i

"А

Ъ о ((",, "(em)+ere)I

Рсо (8„) =-8 «-с-с)

«сс

Эк с" м»» (1» )8)со»(q »д" (em) em)l (),,, (В.) =-8 .с(1

Dr.

Dy,Dz — Y u Z координаты гранич1,г ных точек раскрыва;

А "", A MGKc — координаты граничных точек области измерений по оси О (, В предлагаемом способе осуществлено дополнительное дискретное изменение ориентации электрической оси антенны относительно плоскости измерений, реализован выбор определенных углов поворота антенны, при котором сектора определения диаграммы направленности "сшиваются" между собой таким образом, что их совокупность образует полный телесный угол. За счет этого обеспечивается положительный эффект — расширение сектора определения диаграммы направленности антенны.

Плоскость XOY прямоугольной системы координат совмещена с плоскостью перемещения точки приема, ось 02 перпендикулярна ей.

На чертеже приведена схема устройства для реализации способа определения диаграмм направленности антенн, Устройство, реализующее способ, содержит испытуемую антенну 1, установленную на опорно-поворотное устройство 2, амплифазометрический приемник 3, изме5

55 рительные антенны-зонды 4, 5 ортогональных поляризаций, установленные на координатно-измерительном устройстве 6, переключатель 7 поляризаций, направленный ответвитель 8, генератор 9 СВЧ-сигнала и устройство 10 управления, обработки и регистрации.

Изобретение осуществляется следующим образом, В режиме приема антенну 1 устанавливают на опорно-поворотное устройство 2, азимутальная ось которого параллельна оси

Y,так, чтобы при показанияхдатчиков углов, входящих в состав опорно-поворотного устройства 2: азимута Ч = 0 и угла места О=

=0; электрическая ось антенны 1 была перпендикуля рна плоскости измерений.

Формируют и измеряют электрическое поле в ближней зоне испытуемой антенны с помощью антенн-зондов 4, 5 и генератора 9

СВЧ-сигнала. Для этого антенны 4, 5 с помощью координатно-измерительного устройства 6 устанавливают в заданную точку х,у. Антенны 4,5, Е-плоскости которых соответственно параллельны осям Х,У плоскости измерений, с помощью переключателя 7 последовательно подключаются к первому выходу направленного ответвителя 8, на вход которого подается сигнал с генератора

9.

В ыполняют измерительный цикл, включающий измерение электромагнитного поля в ближней зоне испытуемой антенны при перемещении точки приема по плоскости.

Для этого с помощью амплифазометрического приемника 3, на вход которого подается сигнал с выхода испытуемой антенны

1, а на опорный вход — сигнал со второго выхода направленного ответвителя 8, измеряют комплексные амплитуды сигналов, соответствующие двум ортогональным электрическим составляющим поля для заданной точки поверхности измерений

Х(, Y(: В,-(Х(Y(), Ry-(X(Ó().

В режиме передачи измерения осуществляют аналогичным образом с той лишь разницей, что первый выход направленного ответвителя 8 подключают ко входу испытуемой антенны 1, а измерение сигнала осуществляют последовательно на выходах антенн-зондов 4, 5, подключаемых через переключатель 7 к измерительному входу амплифазометрического приемника 3.

Далее с помощью координатного устройства 6 зонды 4, 5 перемещаются в следующую заданную точку измерительной поверхности с координатами Х(+1, Y(+1 и аналогично изложенному измеряют комплексные амплитуды Кх (X)+1 У(+1), Ку (Х(+1,У(+1).

1800400

35 с.))

Су

Cz /

nm с3 пп

У с3 t)m

ls" "(е.)- "(р"," (е.), (s," " (е.)3 ) (а "м)" (Е ) = ма-((а",""(Ем), )г мм (Ем) 3) 40

55 с. -, „„,+

) Oct!lot Ol)l Cc c(C, „, C>,))j, cm, ) саа )га lto)c — со5с)ае (С

<ае „..coco

С>, (4..

По окончании обхода всей измерительной поверхности Ax" < Х

Думин (у (Ду, в памяти устройства 1Q управления, обработки и регистрации накапливаются два массива комплексных амплитуд Rx, Rv, соответствующие двум ортогональным электрическим составляющим поля испытуемой антенны на участке плоской поверхности в ближней зоне.

Цикл измерений повторяют для дискретного набора ориентаций антенны 1 по азимуту и углу места. При этом ориентации выбирают следующим образом. При

О = ЯЬ = 0 антенну устанавливают в положения Ч40, V1 и так далее до Ч(), где% определяют из условий

)С)м (4)п)-сс" ()сам) масс (4) ) Чм"" (tt) ))ъ а60 ма c(()) „пп(с) ",а" (t)„), с("" (ct„)3) мп" ())„)масс()Е)мм)(гсп) ) с) г (М ) сг масс )Х св, c(" (o - о с4 )соа (Ч.г (г)п! с)п )

) 4) -Е„ -а г

„мпп l,t св

l, )!сое) (ц",,"" )))и! )t)Ä)(it г

Dx Dz — X u Z координаты гранич1,2 ных точек раскрыва (ось Z перпендикулярна плоскости измерений МУ); у — числовой параметр, определяющий точность измерений диаграммы направленности.

Эти же операции повторяют для значений угла места О1, 92 и т.д. до 64, Углы

8) определяют из условий р"„ " -в „ - Б ! .г (е ) *-е сг

t! t мпп )х с пм сг ) t)Icos)((S,""(Е) Е)! р, (е.) -g„)a,ctq

")г

Dti

Dv, Dz — Y u Z координаты гранич1,2 ных по у точек раскрыва;

Avм ", Аум " — координаты граничных точек сектора измерений по оси Y.

Накопленные в памяти устройства 10 управления, обработки и регистрации массивы R " Ву, соответствующие ориентациям V„,Я)П,Q (m (M, 0:-n SN, умножают на аподизирующую функцию, например

exp(ln а((Х/Ax) + (Y/Ay) 1), где! — целое число; а< 1 — уровень аподизирующей функции в граничных точках области измерений;

20 макс д мин A A макс A мин х=х =-х, y v = — v последующим двумер!ым преобразованием Фурье, в результате которого формируются массивы спектральных компонент вектора поля Ях" (С,Су) и Яу" (С,Су), где

Cx, Cy — компоненты единичного вектора с, ориентация которого задана углами ((Ъ, Р> в системе координат X Y Z на плоскости измерений. Далее с целью сшивания секторов определения диаграммы направленности спектральные компоненты

S " (Сх,cy), S„" (С,Су) линейно преобразуют в спектральные компоненты Sx " (Сх,Cy ), Sy "m(Сх,Cy ), ЯвлЯющиесЯ фУнкциЯми единичного вектора с (Cx, Су, С ), ориентация которого задана углами ра, Д в системе координат Х, У, 2, в которой плоскость х у совпадает с плоскостью раскрыва испытуемой антенны 1. Так как базис х, у, z для каждой ориентации испытуемой антенны 1 повернут относительно базиса х,у)г на углы

V!), 64 преобразование описывается матрицами поворотов на угол Vt) вокруг оси Y и угол 8))) вокруг оси Х и имеет вид дх ах ау = % (Ч,и) À1 (C)m) ау

Bz а где а,, ау, az и ах, ау, az — проекции произвольного вектора а на оси Х, Y, Z и

Х, У, 2 соответственно; матрицы А2 и А1 описывают вращение системы координат. Используя это же преобразование для векторов где Sz = (Sx Cx+Sy Су)/Cz, Cz =

=у1-Сх -Су

Ч/ 2 2 для каждой пары углов Ч,, (:4 получают массивы спектральных компонент вектора поля, Sx (Сх, Су ) и Sy (Сх, Су ) в координатном базисе х, у, z, связанном с испытуемой антенной 1.

Вычисляют соответствующие диаграммы направленности Р"у, (pа,/3а), l=P. (pà,/За), нд интервале углов p " (Ч(„) (с/)а (pм"с(Ч „) которые совместно образуют диаграмму направленности испытуемой антенны в полном телесном угле

1800400 8

45

55

Эти массивы рассчитывают в интервалах уг p MMH()cg кс pMM (Q ср а макс (e

Формула изобретения 5

Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны, включающий излучение или прием электромагнитного поля исследуемой антенной, выполнение измерительного цикла, 10 включающего прием или излучение электромагнитного поля в ближней зоне исследуемой антенны при перемещении точки приема или излучения по плоскости, измерение амплитуды и фазы принятого сигнала 15 для каждого положения точки приема или излучения с одновременным измерением ее координат, выполнение двумерного преобразования Фурье результатов измерений и определение диаграммы направленности 20 исследуемой антенны в интервалах углов ф""" а р афчакс фмин (р афмакс отличаю шийся тем, что, с целью расширения сектора углов определения диаграммы направленности исследуемой антенны, допол- 25 нительно ориентируют исследуемую антенну последовательно в направлениях

Ч, С4, и = 0,1,...N, в=0,1,...М относительно нормали к плоскости перемещения точки приема, измерительный цикл выполняют для каждого из направлений Ч, 64, а диаграмму направленности исследуемой антенны во всем секторе углов рассчитывают по результатам определения диаграммы направленности для каждого из направлений

Vn, C4, при этом для каждого из направлений V>, 84 должны выполняться соотношения: )М

» I

»»» Л СР

l,a

12 12 где Ох и Dz — координаты граничных точек раскрыва испытуемой антенны по осям Х и 2;

Ахм"", Ахм " — координаты граничных точек сектора измерений по оси ОХ; у, д — числовые параметры, определяемые необходимой точностью измерений диаграммы направленности; с — скорость света; м- минимальная частота в спектре электромагнитного поля, сформированного в ближней зоне антенны, р" "(е ° w(p", " (в,, р", " (е 1 ;

°,1 а»с а СР» мокс» " !Мсо» ф „ " le i»ew(l (b, (e„,, *-е .с 1

I еа

М» »

»»» 3 с l>laos (ь»»" (е:»",9»:е

Ъ »» (," » (e ) - 9 а»Ну

r. где Dy и Dz — координаты гРаничных

12 12 точек раскрыва по осям Y и Z; дтм"", д " " — координаты граничных точек сектора измерений по оси ОУ, плоскость XOY прямоугольной системы координат совмещена с плоскостью перемещения точки приема, ось OZ перпендикулярна ей.

1800400

Составитель Э.Дубова

Техред М.Моргентал

Редактор Т,Иванова

Корректор M,Ñàìáoðñêàÿ

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

Заказ 1163 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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