Способ определения аплитудно-фазового распределения поля антенны
Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при измерении амплитудно-фазового распределения поля антенны, Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что выполняют прием сигналов с первой и второй точек из ряда точек, находящихся на поверхности измерений, расположенных на расстоянии шага измерений , и последующий прием сигналов со следующих точек, причем прием ведут по двум каналам (поляризациям шестнадцать раз суммируют сигнал, внося в сигнал, снимаемый с первой точки, дополнительный фазовый сдвиг, измеряют и фиксируют ампИзобретение относится к антенной технике и может быть использовано при антенных измерениях. Цель изобретения - повышение точности определения амплитудно-фазового распределения поля антенны. Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу определения фазового распределения поля антенны, заключающемуся в излучении электромагнитного литуды полученных сигналов, при этом первый сигнал получают, суммируя сигналы с точек 1 и 2 по одной и той же поляризации, второй, третий и четвертый сигналы получают , изменяя поляризацию в точке 2 последовательно на ортогональную, на первоначальную, но с дополнительным фазовым сдвигом на п , на ортогональную с дополнительным фазовым сдвигом на ж, сигналы с пятого по восьмой получают повторяя четыре указанные операции, изменив поляризацию в точке 1 на ортогональную, а сигналы с девятого по шестнадцатый получают повторяя восемь указанных операций, внося каждый раз в сигнал, снимаемый со второй точки, дополнительный фазовый сдвиг (90° - а ), а в сигнал, снимаемый с первой точки, не вносят дополнительного фазового сдвига, значение комплексного вектора в первой точке по одной из поляризаций выбирают произвольно , а значение комплексного вектора поля в этой точке по другой поляризации и во второй точке по обеим поляризациям определяют из приведенных соотношений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. поля исследуемой антенной, приеме исследуемого поля в точках измерительной траектории, расположенной на прямой, измерении параметров принятого сигнала последовательно для каждой пары соседних точек, причем первая точка i-й пары точек является второй точкой (Ы)-мпары, а вторая точка i-й пары является первой точкой (1+1)-й пары, прием осуществляют по основной и ортогональной поляризациям, сумми00 о о 4 О CJ
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я>s G 01 R29/10
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
k (21) 4844659/09 (22) 27.06.90 (46) 07,03,93, Бюл. ¹ 9 (71) Московский энергетический институт (72) Д.M.Ñàçoíoâ и С.Ю,Борисов (56) Авторское свидетельство СССР
N 1223170, кл. G 01 R 29/10, 1985, Авторское свидетельство СССР
N. 1753430, кл, G 01 R 29/10, 1990. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ
АНТЕННЫ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при измерении амплитудно-фазового распределения поля антенны, Цель изобретения — повышение точности. Указанная цель достигается тем, что выполняют прием сигналов с первой и второй точек из ряда точек, находящихся на поверхности измерений, расположенных на расстоянии шага измерений, и последующий прием сигналов со следующих точек, причем прием ведут по двум каналам (поляризациям), шестнадцать раз суммируют сигнал, внося в сигнал, снимаемый с первой точки, дополнительный фазовый сдвиг, измеряют и фиксируют ампИзобретение относится к антенной технике и может быть использовано при антенных измерениях.
Цель изобретения — повышение точности определения амплитудно-фазового распределения поля антенны.
Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу определения фазового распределения поля антенны, заключающемуся в излучении электромагнитного
„„5UÄÄ 1800403А1 литуды полученных сигналов, при этом первый сигнал получают, суммируя сигналы с точек 1 и 2 по одной и той же поляризации, второй, третий и четвертый сигналы получают, изменяя поляризацию в точке 2 последовательно на ортогональную, на первоначальную, но с дополнительным фазовым сдвигом на л, на ортогональную с дополнительным фазовым сдвигом на л., сигналы с пятого по восьмой получают повторяя четыре указанные операции, изменив поляризацию в точке 1 на ортогональную, а сигналы с девятого по шестнадцатый получают повторяя восемь указанных операций, внося каждый раз в сигнал, снимаемый со второй точки, дополнительный фазовый сдвиг (90 — гк ), а в сигнал, снимаемый с первой точки, не вносят дополнительного фазового сдвига, значение комплексного вектора в первой точке по одной из поляризаций выбирают произвольно, а значение комплексного вектора поля в этой точке по другой поляризации и во второй точке по обеим поляризациям определяют из приведенных соотношений. 2 з.п, ф-лы, 1 ил. поля исследуемой антенной, приеме исследуемого поля в точках измерительной траектории, расположенной на прямой. измерении параметров принятого сигнала последовательно для каждой пары соседних точек. причем первая точка i-й пары точек является второй точкой (i — 1)-опары, а вторая точка i-й пары является первой точкой (i+1)-й пары, прием осуществляют по основной и ортогональной поляризациям, сумми1800403
<)<и2=, а .Ол)
2 2<12
<<2
Х Х2-(ал ае)
<2202 ссс, (<< <<л ровании всякий раз принятых двух сигналов с выбранными комплексными коэффициентами передачи и измерения мощностей принятых сигналов и определении амплитудно-фазового распределения поля антенны по результатам измерений, причем суммирование сигналов, принятых в двух точках приема, выполняют шестнадцать раз, при этом первый суммарный сигнал формируют суммированием принятых сигналов с первой и второй точек приема по основной поляризации, второй, третий и четвертый суммарные сигналы формируют изменяя поляризацию принятого сигнала во второй точке последовательно на ортогональную, на основную с фазовым сдвигом г и ортогональную с фазовым сдвигом 7г, суммарные сигналы с пятого по восьмой формируют повторяя указанные четыре операции с изменением поляризации в первой точке на ортогональную, а суммарные сигналы с девятого по шестнадцатый формируют повторяя восемь указанных операций, вносят в сигнал, принятый во второй точке, фазовый сдвиг 90р- а и определяют амплитуду и фазу поля во второй точке по основной и ортогональной поляризациям,а также амплитуду и фазу поля в первой точке по ортогональной поляризации по формулам асс<<) (Ол/а, ), если а, > p Л 222 г4
Саге.<2 (сл/а<) «, О"се (ал,ае),если ае>0 -(- .,, а"с" «aл.<02 <+ «, если aл<0 ()) Гагст> (ат/ал), если а >р Огс "22 (aò /Ол)+ л,если a,<0 (a< ctg (ае/аи), если а<<>р Vi -<<2+ <4 (a« - ) (a«/ал)<и, если Ое«р с где xj =xj(exp(j ф, у; =у;ехр() , +Q). (i=1,2)— комплексные вектора поля в местах расположения двух антенн для вертикальной "уи и горизонтальной их" поляризаций соответственно: а = 0,25(dk — ®), k =i+2(() -1), (i=1 — 8), i+1 Ц вЂ” целая часть; — амплитуды суммарного сигнала, где k— номер измерения (k=1 — 16); знак "+" — берется для k=k ; знак "-" — берется для l<=l< +2; y), <+ — берутся для k=1-4,9-12; х1. 55 функция cos — берется для k=1 â€, функция sin — берется для k=9 16; причем для определения амплитуды и фазы поля в следующей точке по обеим поляризациям используют параметры поля по одной из поляризаций в точке, участвующей в предыдущем измерении, а для первой точки они выбираются произвольно. Способ иллюстрируется чертежами, где изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения амплитудно-фазового распределения поля антенны. Рассмотрим предлагаемый способ на примере его реализации с помощью устройства, содержащего измерительный зонд 1. состоящий из антенн 2 — 4 с управляемым положением плоскости поляризации, фазовращателей 5 — 7 и сумматора 8, амплитуд ный приемник 9, состоящий, из амплитудного детектора 10 и низкочастотного приемного устройства 11, блок вычислений 12; блок коммутаций 13 и механический сканер 14. При помощи механического сканера 14 устанавливают измерительный зонд 1 в исходное положение, Затем при помощи блока коммутаций 13 устанавливают антенну 2(4) в поло>кение "Выключено", а антенны 3,4(2,3) в поло>кение, при котором во включенном состоянии находятся лишь по одному р-i-и диоду в каждой антенне. Затем при помощи блока коммутаций 13 устанавливают фазовращатель 6 в такое положение, при котором вносимый им дополнительный фазовый сдвиг равен а, фазовращатель 5(7) в такое положение, при котором вносимый им дополнительный фазовый сдвиг равен 0 . В этом поло>кении сигналы от антенн 3.4(2.3) суммируют при помощи сумматора 8, измеряютамплитудусуммарногосигнала при помощи амплитудного приемника 9 и запоминают ее в блоке вычислений 10. Затем производят еще три измерения, включая в антенне 3(2) по очереди остальные р-i-rj диоды при включенном в антенне 4(3) том же р-i-n диоде, что и на предыдущем этапе. После этого повторяют описанную выше процедуру еще четыре раза при включенном в антенне 4(3) р-i-n диоде, соответствующем другой поляризации. И, наконец, измеряют еще 8 сигналов, производя аналогичную процедуру для положения фазовращателя 6 0, а фазовращателя 5(7) 90 -/4 . Полученные таким образом 16 сигналов обрабатывают в блоке 10 вычислений по алгоритму, приведенному ниже. Для получения 32 сигйалов (см,п.2 формулы изобретения) описанную выше процедуру производят для 1800403 >(=у+у -2у,у sos(jp ">(>+й) ) d,==у ix -2у х oos(ql + +a) > д,,=х,+у,*+2х,у,оов(>у,-q> +a) 3 д =y*+y*+2y у sin(qj < -й) ° =y+x+2y х,в (Р.->у,-f)(d „,=у*,+х*,-гу,x ein($,- у,-f) >1 =у*+х -2у,х sin(q> -qj -1); 6.,... „=х ty 42z,ó sin(q> ->У -f ); =x*+x*,+2x,õ sin( d =х +х -2х x sin( у -f ); >ы2а>> ! 2 2 >(,!„,, =У,+у,+2у,у сов(>в,-rp +а), =у +х +2у z,oos (qj -q> +g) >(!ювао> у>+у "2У у оов(ф я) +>х) >(!о "у,+у -2у х оов (jp,-(р +a) xasm > ya xq 2yiх в(п(ср ->» -f),,=У,+х -2у х в(п((р - у - ) .,=х,+х +2x,x sin(qj -qj - ) всех четырех р-i-n диодов в антенне 4(3), включая их по очереди. Коммутация осуществляется по командам с блока 13 коммутаций. В результате определяют искомые амплитуду и фазу поля в одной из двух точек по обеим поляризациям через произвольно выбранные амплитуду и фазу поля в другой точке по одной поляризации. Затем при помощи механического сканера 14 перемещают измерительный зонд 1 вдоль линии, соединяющей точки расположения антенн 4(3) и 3(2), на величину шага измерений, который равен расстоянию между антеннами 4(3) и 3(2), В этом положении повторяют описанную выше процедуру, причем для определения амплитуды и фазы поля в новой точке используют параметры поля, вычисленные на предыдущем шаге и т,д. Итоговое амплитудно-фазовое распределение определяют как совокупность вычисленных амплитуд и фаз поля после перемещения измерительного зонда 1 по всей поверхности измерений. Тридцать два измерения производят для того, чтобы компенсировать ошибку, вызванную возможной несимметрией плеч антенн, входящих в состав измерительного зонда,или вычислить величину этой несимметрии. Антенна 4 (2), входящая в состав измерительного зонда, используется для усреднения вычисляемого на каждом шаге значения и для "привязки" соседних линеек при строчно-столбцевом способе сканирования, Для этого последовательно производят вычисления сначала с использованием ;;нтенны 4(3) в качестве опорной, а затем то же самое производяти с использованием в качестве опорной антенны,2(4). Затем производят усреднение, беря в качестве итогового значение, равное полусумме полученных таким образом значений. Такая процедура позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения случайной ошибки, "Привязка" соседних линеек при строчно-столбцевом способе сканирования осуществляется благодаря указанному расположению антенн 2-4 на плоскости измерений, Алгоритм определения амплитуды и фазы поля по измеренным с помощью амплитудного приемника 9 сигналам с измерительного зонда 1 можно пояснить следующим образом. Пусть необходимо определить 4 амплитуды и 4 фазы поля в точках расположения двух антенн измерительного зонда (по основной и ортогональной поляризациям), т.е. 8 действительных чисел х),х2,yq,óã, р1, ()(>>, (з, р4 по 16 (или 32) выборкам продетектированного сигнала с из5 55 мерительного зонда, Т.к. в ка>кдой из антенн 2 и 3 имеется по 4 управляющих элемента— р-i-n диода, а фазовращатели 4 и 5 имеют по два различных состояния, причем используется всего две из возмо>кных четырех комбинаций их состояний, то всего возможно 32=4x4x2 различных состояния измерительного зонда 1, Если положить характеристику детектирования квадратичной, то сигналы, полученные с выхода амплитудного детектора 10 для этих 32 состояний, можно записать в виде: ((=у +у +2у у oos(y -qj +a) d!» >-У*,+У,*+2у,у,в(л(q>.-q> - ) (2) где у---у ехр(! р +з); xj=xjexp(j pj) — значение комплексного вектора поля в точках расположения антенн 2((= 1) и 3(i — -2) по вертикальной и горизонтальной поляризациям соответственно; f - =90 — а; (ik(I,m,n) — амплитуда суммарного сигнала, где k — номер измерения; i=1-4; m=1 4— 1800403 2+ 2)1/2 1 2 3 ( (2+ 2)1/2 12 4 35 50 у у „(â2ta2)1/2 1 2 1 3 У1Х2=(а2+аб) 2 2 1/2 а номера включенных детекторов в антенне 2 и,З собтветственно; n=1,2 — признак состояния фазовращателей, n=0-6; а; 5(7):О, а n=1 — 6:0;5(7):(900 — а ); Или короче где у1 (/>)- берутся для k=1 — 4,9 — 12; х1, (/)1 — берутся для k=5 — 8 >13 — 16; у3, р4 — берутся для k-нечетных; хг, ф2 —, берутся для k-четных; знак "+" — берется для k=k знак "-" — берется для k=k +2; функция cos — берется для k=1 8; функция sin — берется для k=9-16; Анализируя (2), можно заметить, что при условии полной симметрии антенн 2 — 4 выражения для d17 — d32 полностью эквивалентны выражениям для d1 — d)s, и их при дальнейших выкладках можно не учитывать. Если же, что в той или иной степени всегда существует на практике, в антеннах 2-4 присутствует несимметрия, то выражения для d17-032 можно использовать для уменьшения ошибки измерений, вызванной этой несимметрией, перейдя к новым обозначениям; d)(= (dk +d)(+10)/2, (k=1 — 16), или вычислить величину этой несимметрии: d)(= i dk — dk+)(> i /2, (k = 1 — 16). В этом случае получим систему из 16 уравнений, аналогичную (3), для k=1 — 16, Вычитая теперь k +2 — е уравнение из k -го, где k =i+2 (() — 1), (i=1 — 8), П означает взяi+1 тие целой части, и деля полученную разность на 4, получим систему из 8 уравнений: У1 У2 со з Щ3 (< 4 где у1, (/3з — берутся для i=1,2,5,6; х1, (/)1 — берутся для i=3,4,7,8; уг, р< берутся для i-нечетных; х2, (/>> — берутся для )-четных;. функция cos — берется для i=1-4; функция sir) — берется для i=5-8, Из (4) находим произведение искомых амплитуд, и разность искомых фаз определяется следующим образом: jarotg(s3/а1), еСли ае>0 3 4 4 tarotg(a /а )+1t, если в <0 farotg(sg/s2), ЕСЛИ вб>0 (1) У3 Ч г с= arotg(g/в2 )+и, если q <О 25 в> с1а(ат/а3), ЕСЛИ,в >О 21 4 arotg(a(/а3)+и, если в <О arotg(a /а4), ЕСЛИ s >О 4 1 22 = arotg(q/в)) )+и, если j <о И, наконец, выбрав одну из величин х1,,хг, y>,уг в качестве опорной, из (1) легко получить выражения для остальных неизвестных. Повышение точности достигается за счет того, что использование трех антенн и работа сразу по двумя поляризациям сводит практически к нулю вероятность попадания антенн измерительного зонда в "нуль поля", а наличие третей антенны, кроме того, обеспечивает избыточность исходной информации, используя которую можно производить усреднение вычисляемого на каждом шаге значения поля, Формула изобретения 1. Способ определения амплитудно-фазового распределения поля антенны, включающий излучение электромагнитного поля исследуемой антенной, прием исследуемого поля в точках. расположенных на прямой линии, параллельной плоскости раскрыва исследуемой антенны, с одинаковым расстоянием между ними, измерение параметров принятого сигнала последовательно для каждой пары соседних точек, причем первая точка i-й пары точек является второй точкой (i-1)-й пары, а вторая точка i-й пары является первой точкой (i+1)-й пары, прием осуществляют по оСновной и ортогональной поляризациям, суммирование всякий раз принятых двух сигналов с выбранными комплексными весовыми коэффициентами, измерение мощностей суммарных сигналов и определение амплитудно-фазового распределения поля антенны по результатам измерений. причем амплитуду и фазу поля во второй точке каждой пары точек по обеим поляризациям определяют по амплитуде и фазе поля по одной из поляризаций в первой точке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, суммирование сигналов, принятых в двух точках приема, выполняют шестнадцать раз, при этом первый суммарный сигнал формируют суммированием принятых сигналов с первой и второй точек приема по основной поляризации, второй, третий и четвертый суммарные сигналы формируют, изменяя поляризацию п ринятого сигнала во второй точке последовательно на ортогональную, на основную с фазовым сдвигом )т и ортогональную с фазовым сдвигом 3т, суммарные сигналы с пятого по восьмой формируют, повторяя указанные четыре операции суммирования, 10 1800403 sp, " coos 10 при k=1,...,8 12 )г i4 с изменением поляризации в первой точке на ортогональную, суммарные сигналы с девятого по шестнадцатый формируют, повторяя восемь указа-нных операций суммирования, внося в сигнал, принятый во второй точке, фазовый сдвиг 900 — а, и определяют амплитуду и фазу во второй точке приема по основной и ортогональной поляризациям, а также амплитуду и фазу поля в первой точке по ортогональной поляризации по формулам — Огс1я (О, (a,)> npg a, 0; ЪЬ " s Ч Ч1 (агctg(as(a )tV, при osc0) (g g facet/ (О /О ) q npn О . О) " ч ч -ч ) „ (,,,), farci (ar(a ) > np» a n0; — — faggoty (а !a4). прп asг0) 6) $anctg (asian)in npn asc0) где х),х2,у),у2 — амплитуды поля в первой и второй точках по основной и ортогональной поляризациям соответствен íî, p), p2, р), pz — фазы поля в первой и второй точках по основной и ортогональной поляризациям соответственно, Bi=0 25(elk — dk +2) k = +2((-)-1) р, i+1 5 i=1„.„8, (а) — целая часть числа, 15 при k=9,...,16, k — номер замера. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, вносят в сигнал, принятый в первой точке ка>к20 дой пары точек, фазовый сдвиг л, принятые сигналы с первой и второй точек каждой пары точек суммируют дополнительно шестнадцать раз, дополнительно измеряют шестнадцать раз мощности суммарных 25 сигналов, а величину dk вычисляют по формуле dk = 0,5 (dk+ dk+<(). 3, Способ по п.1, отличающийся тем, что фазовый сдвига выбирают равным 30 0 или 900.
