Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции и системы автоматизированной настройки для его осуществления



Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции и системы автоматизированной настройки для его осуществления
Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции и системы автоматизированной настройки для его осуществления
Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции и системы автоматизированной настройки для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2568408:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" (RU)

Изобретение относится к области антенных измерений. Измерения параметров антенных систем осуществляют с использованием метода пространственно-временной селекции. При этом измерения проводятся при помощи системы автоматизированной настройки параметров временной фильтрации помеховых составляющих СВЧ сигнала, где в качестве генератора и приемника используется векторный анализатор цепей. Технический результат заключается в повышении точности измерения диаграмм направленности, ширины диаграмм направленности и уровня боковых лепестков различных антенных систем, а также для измерения эффективной площади рассеяния объектов и электромагнитной совместимости. 3 ил.

 

Изобретение относится к области антенных измерений и может быть использовано в измерительных комплексах (ИК) для повышения точности измерения диаграмм направленности (ДН), ширины ДН и уровня боковых лепестков (УБЛ) различных антенных систем (АС), а также для измерения эффективной площади рассеяния объектов и электромагнитной совместимости.

В настоящее время известен способ антенных измерений [1], заключающийся в том, что испытуемая АС устанавливается в компактном полигоне на координатно-поворотное устройстве (КПУ) и, работая в режиме приема на фиксированной частоте, облучается равномерным электромагнитным полем, которое формируется с помощью облучателя и коллиматорного зеркала [фиг. 1]. Вращая АС по угловым координатам, измеряют ее ДН, ширину ДН и УБЛ, при этом точность измерения данных параметров определяется величиной погрешностей, обусловленных паразитными отражениями от элементов комплекса, погрешностями генератора и приемника сигналов, а также отклонениями геометрии зеркала коллиматора от расчетной. Обеспечение требуемой точности измерений достигается путем покрытия стен и основных компонентов компактного полигона радиопоглощающим материалом (РПМ), что позволяет снизить паразитные отражения на полигоне (безэховой-экранированной камере - БЭК). Основными преимуществами данного способа являются скорость проводимых измерений и обеспечение информационной безопасности. Однако данный способ обладает следующими недостатками:

1. Невысокая точность измерений.

2. Точность проводимых измерений определяется качеством РПМ.

3. Невозможность учета помеховых составляющих, обусловленных:

- всеми отражениями от элементов измерительного комплекса;

- неоднородностью линий передачи СВЧ сигнала;

- рассогласованием в соединителях и подключаемых устройствах.

4. Определение параметров АС на фиксированной частоте:

См. фиг. 1

Известен способ антенных измерений, который отличается от [1] тем, что в качестве зондирующих сигналов используются нанопикосекундные импульсы с применением соответствующего временного окна [2, 3]. Достоинством данного метода является высокая скорость измерений. Однако для реализации данного способа необходимо наличие специальной аппаратуры (генераторы сверхкоротких импульсных сигналов, сверхширокополосные стробоскопические цифровые осциллографы), а также необходим дополнительный расчет параметров временного окна.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является многочастотный способ [4], заключающийся в проведении измерений в широком диапазоне частот с помощью генератора СВЧ сигнала в требуемом диапазоне и амплифазометра и последующем преобразованием во временную область с использованием дискретного преобразования Фурье (ДПФ), в которой возможна селекция полезного сигнала и фильтрация помеховых составляющих. Далее производится преобразование в частотную область с помощью обратного ДПФ (ОДПФ). Использование стандартного оборудования, широкий диапазон измерений, а также возможности по фильтрации помех являются достоинствами данного способа. Однако данный способ характеризуется весьма низкой скоростью измерений (около часа на одно сечение ДН) и необходимостью перенастройки параметров фильтрации для каждой испытуемой АС и конфигурации измерительного комплекса.

Таким образом, некоторые из существующих способов антенных измерений позволяют проводить фильтрацию помеховых составляющих в измерительном комплексе за счет использования РПМ, однако недостаточно эффективно решают эту задачу [1]. Другие способы [2, 3, 4] обеспечивают высокие требования к точности измерений, однако при этом либо возникает необходимость использования специализированного дорогостоящего оборудования, либо значительно уменьшается скорость проводимых измерений. Также на данный момент отсутствуют универсальные автоматизированные способы определения параметров фильтрации помеховых составляющих в измерительном комплексе.

Задачей заявленного изобретения, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение высоких требований к точности антенных измерений и скорости их проведения без применения специализированной аппаратуры.

Техническое решение достигается тем, что в способе измерения параметров антенных систем использован метод пространственно-временной селекции и система автоматизированной настройки для его осуществления.

Сущность способа измерения параметров антенных систем заключается в том, что измерения, в отличие от [1], проводятся в широком диапазоне частот с использованием метода пространственно-временной селекции фиг. 2, при помощи системы автоматизированной настройки параметров временной фильтрации помеховых составляющих СВЧ сигнала, а также использования в качестве генератора и приемника векторного анализатора цепей. Это позволяет с помощью ДПФ переходить из частотной области во временную, где производится селекция полезного сигнала и фильтрация помеховых составляющих. Далее, с помощью ОДПФ производится переход в частотную область, и фиксируются параметры сигнала для необходимых частот из измеренного диапазона. При этом использование векторного анализатора цепей позволяет проводить измерения с требуемой скоростью (менее минуты для одного сечения ДН).

Параметры временной области определяются с помощью системы автоматизированной настройки параметров временной фильтрации следующим образом:

1. Задание шага по частоте, который определяет границы анализируемой временной области: Δ f c L max , где Lmax - удвоенные линейные размеры камеры;

2. Задание количества дискретных частот: N = L max Δ L + 1 , где ΔL - требуемое разрешение по длине;

3. Задание диапазона частот: f 0 Δ f N 1 2 f 0 f 0 + Δ f N 1 2 , где f0 - центральная частота;

4. Для текущей конфигурации комплекса на основе его геометрических размеров, длин коаксиальных кабелей и свойств распространения сигнала рассчитывается длина пути СВЧ сигнала от генератора к приемнику;

5. Задаются границы области полезных сигналов, определяемые типами испытуемых АС (геометрические размеры, параметры зеркала АС, особенности установки АС на КПУ);

6. Автоматический поиск максимума в области полезных сигналов и задание границ временного окна относительно найденного максимума t1…t0…t2.

Процесс измерения ДН АС заключается в следующем:

1. Автоматизированная настройка измерительного комплекса и режима работы анализатора цепей:

- Расчет Δf, N для конфигурации ИК;

- Задание частотного диапазона: f 1 = f 0 Δ f N 1 2

где f0 - центральная частота;

- Расчет и задание границ временного окна: t1…t0…t2;

2. Установка углового положения АС α;

3. Измерение амплитуды сигнала Eα(f) в частотном диапазоне f1…f2;

4. Применение весового окна в частотной области f1…f2;

5. Переход к временной области с помощью ДПФ;

6. Селекция области с границами t1…t2 с помощью весового окна;

7. Переход к частотной области с помощью ОДПФ;

8. Запись Eα(f0);

9. Повторение п. 2-8 для всех угловых координат;

10. Построение ДН E(α) для частоты f0.

Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции и системы автоматизированной настройки для его осуществления в заявленном изобретении был реализован на практике (фиг. 2). Результаты испытаний при измерении параметров эталонных АС в БЭК коллиматорным методом показали (фиг. 3):

1. Приближение измеренных ДН к эталонным значениям;

2. Повышение точности измерений УБЛ ДН на 12-50%;

3. Увеличение динамического диапазона измерений измерительного комплекса;

4. Скорость измерений аналогична стандартному способу [1];

5. Параметры временной фильтрации корректно устанавливаются вне зависимости от конфигурации комплекса и типа испытуемой АС.

Источники информации

1. Захарьев Л.Н., Леманский А.А., Турчин В.И., Цейтлин Н.М. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. М.: Радио и связь, 1985.

2. Глебович Г.В., Андриянов А.В., Введенский Ю.В. и др. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов. / Под ред. Глебовича. - М.: Радио и связь, 1984.

3. Пономарев Д.М., Горячев А.В. и др. Экспериментальное исследование антенных систем во временной области. - Изв. вузов. Сер. Радиофизика, 1987, т. 30, №8.

4. Калинин А.В. Многочастотные методики измерения характеристик антенн и аттестации измерительных установок. Антенны, 2004. Вып. 12 (91).

Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции, отличающийся тем, что измерения проводятся при помощи системы автоматизированной настройки параметров временной фильтрации помеховых составляющих СВЧ сигнала, где в качестве генератора и приемника используется векторный анализатор цепей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения радиотехнических характеристик крупногабаритных антенн для космических аппаратов без их непосредственных измерений.

Использование: антенная техника, в частности в способах измерения характеристик диаграммы направленности активных и пассивных антенных решеток. Сущность: способ измерения характеристик диаграммы направленности активной/пассивной фазированной антенной решетки состоит в том, что осуществляют формирование сигнала на входе либо приемного, либо передающего канала и обработку принятых сигналов.

Изобретение относится к области радиотехники. Характеристики диаграммы направленности АФАР определяются в процессе СВЧ-контроля излучателей и связанных с ними ППМ при работе АФАР на прием дополнительно проводится оценка состояния многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ и оценка характеристик входящего в состав приемного канала каждого i-го ППМ АФАР малошумящего усилителя, а при работе АФАР на передачу проводится оценка состояния многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ.

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для определения поляризационных характеристик антенн (коэффициент эллиптичности, угол наклона большой оси эллипса, направление вращения вектора напряженности электрического поля).

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для измерения радиолокационных характеристик тяжелых малоотражающих объектов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при радиотехнических испытаниях систем антенна-обтекатель. .

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при калибровке техники, измеряющей рассеивающие свойства различных радиолокационных целей.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано в радиолокационной технике. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности для обработки синусоидального электрического сигнала с целью определения параметров его вектора. Способ включает использование цифрового информационно-измерительного устройства, состоящего из нелинейного преобразователя (НП) и линейного преобразователя (ЛП). При этом НП имеет один вход и два выхода, причем к его входу подведен электрический сигнал промышленной частоты fс, а на каждом из двух выходов НП выводится информация, связанная со значениями модуля и угла поворота вектора электрического сигнала промышленной частоты fс. ЛП имеет два входа, каждый из которых связан только с соответствующим выходом НП. При этом ЛП имеет два выхода, причем на эти выходы выводится в формате, необходимом для последующего использования, а именно на его первом выходе выдается информация, которая однозначно связана с параметром, который однозначно определяет модуль вектора, а на другой выход выводят информацию об угле поворота этого вектора. Структура НП включает несколько субблоков, среди которых первый субблок имеет один выход, на который выводят генерируемый им первый вспомогательный синусоидальный сигнал промышленной частоты с единичной амплитудой. Причем аргумент функции синуса задают через сумму двух изменяемых слагаемых, при этом первое слагаемое определяется произведением 2πfс·t, а второе слагаемое является вводимым в вычислительный процесс изменяемым фазовым углом θ. Кроме того, в НП включены второй, третий, четвертый и пятый субблоки. При этом второй субблок имеет один вход и один выход, причем как на его единственный вход, так и на второй вход третьего субблока подают аналоговый электрический синусоидальный сигнал aс(t) промышленной частоты fс, при этом второй субблок определяет такой его интегральный параметр, как действующее значение A, которое однозначно связывают с модулем вектора A _ . При этом информацию о значении A передают на первый вход ЛП и первый вход третьего субблока, при этом третий субблок выполняет операцию деления поданного на его второй вход аналогового электрического синусоидального сигнала ac(t) на поданный со второго субблока на первый вход третьего субблока действующего значения аналогового электрического синусоидального сигнала ac(t). Результат этого деления в виде второго зависимого только от времени t вспомогательного сигнала с выхода третьего субблока подают на первый вход четвертого субблока, а на второй вход четвертого субблока с выхода первого субблока подают первый синусоидальный вспомогательный сигнал, причем четвертый субблок осуществляет перемножение сигналов, поданных соответственно на его первый и второй входы. Результат перемножения в виде третьего вспомогательного сигнала выводят на выход четвертого субблока, при этом третий вспомогательный сигнал является функцией двух параметров, а именно времени t и вводимого в вычислительный процесс изменяемого фазового угла θ. Третий вспомогательный сигнал подают на вход пятого субблока, который осуществляет первое интегрирование по времени t в пределах задаваемого промышленной частотой fc периода, и к полученной после первого интегрирования функциональной зависимости применяют операцию второго интегрирования по параметру вводимого в вычислительный процесс изменяемого угла θ и на интервале от 0 до 2π определяют такое значение угла θ, при котором численное значение второго интегрирования будет равно 2 или с принятой погрешностью близко этому значению. Удовлетворяющий этому условию изменяемый угол θ принимают за угол поворота ψс вектора A _ , являющегося векторным изображением электрического сигнала промышленной частоты fc, причем информация об угле поворота ψс подается на второй выход НП и далее на второй вход ЛП. Технический результат заключается в упрощении алгоритма получения параметров вектора. 2 ил.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения коэффициента усиления антенн различных радиоэлектронных средств в натурных условиях, в частности в условиях городской застройки. Устройство содержит генератор сигналов, измеритель мощности, первый направленный ответвитель и эталонную антенну, а также исследуемую антенну, второй направленный ответвитель и приемник. Кроме того, содержит последовательно соединенные регулируемый аттенюатор и фазовращатель, который присоединен ко второму направленному ответвителю, а регулируемый аттенюатор присоединен к первому направленному ответвителю. Также содержит съемное радиопоглощающее устройство, устанавливаемое между антеннами в область пространства, существенную для распространения радиоволн, с учетом соблюдения условий дальней зоны от каждой из антенн до съемного радиопоглощающего устройства. При этом площадь поперечного сечения которого определяется из условия S > π R э 2 S i n 2 D э / 2 , где Dэ - ширина диаграммы направленности эталонной антенны, Rэ - расстояние от эталонной антенны до съемного радиопоглощающего устройства. Технический результат заключается в снижении погрешности результатов измерений и расширении динамического диапазона приемника при измерении коэффициента усиления антенн радиоэлектронных средств в условиях многолучевого распространения радиоволн. 2 ил.
Использование: для разработки подземных антенн. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подготовку площадки с подстилающей поверхностью, операции уменьшения антенны в M раз, где M - коэффициент моделирования, увеличения частоты в M раз, при этом выбирают параметры подстилающей поверхности, влияющие на электрические и направленные свойства антенн, диэлектрическую проницаемость ε и удельную проводимость σ, проводят измерения диэлектрической проницаемости ε и удельной проводимости σ различных подстилающих поверхностей, в вычислителе создают базы данных диэлектрической проницаемости ε и удельной проводимости σ, задают нужные значения рабочей частоты антенны, с помощью вычислителя выбирают параметры диэлектрической проницаемости ε и удельной проводимости σ, необходимые для получения нужного значения рабочей частоты антенны и напряженности ее поля. Технический результат: расширение функциональных возможностей и повышение точности моделирования при разработке антенн.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к средству электромагнитного испытания объекта. Стенд содержит зонды, безэховые электромагнитные поглотители, опорную конструкцию, систему перемещения, привод устройства механического перемещения, компьютер, интерфейс пользователя, датчик угла положения опоры, контур обратной связи, опорные ролики, а также вторую систему углового перемещения. Опорная конструкция имеет вид дуги или кольца и выполнена таким образом, что опирающиеся на неё зонды распределены в трех измерениях. При этом зонд и опора для объекта контроля перемещаются относительно друг друга в соответствии с траекторией, рассчитываемой на основе заданной статистики углового разброса относительно основного направления наведения зонда. Компьютер выполнен с возможностью ввода статистики углового разброса пользователем, вычисления множества угловых контрольных позиций для управления приводом механического перемещения, а также расчета значений интенсивности и фазы электромагнитного излучения. При этом заданная статистика углового разброса является двойным экспоненциальным законом. Технический результат - расширение функциональных возможностей стенда. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения комплексных амплитуд возбуждения каналов фазированной антенной решетки (ФАР), в частности, в составе штатной аппаратуры радиолокационной станции. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего неподвижный зонд, включающий генератор 1 контрольного сигнала со вспомогательной антенной 2 и вырабатывающий контрольный сигнал сверхвысокой частоты, который излучают в направлении ФАР 3. Принятый ФАР контрольный сигнал сверхвысокой частоты поступает на приемник 4, включающий в себя смеситель 5 и гетеродин 6, где производят его усиление и преобразование на промежуточную частоту, соответствующую рабочей полосе частот АЦП 7, осуществляющего преобразование принятого аналогового сигнала в цифровой вид. С выхода АЦП 7 цифровой сигнал поступает в ЭВМ 8, осуществляющую обработку данных. Кроме того, ЭВМ 8, управляя ФАР 3, обеспечивает поочередное переключение во все N-состояний фазовращателей каждого из каналов ФАР 3. Технический результат заключается в упрощении аппаратуры, используемой при измерениях с одновременным повышением точности измерений, а также возможность проведения измерений в составе радиолокационной станции с использованием без доработок ее штатной аппаратуры. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для проведения экспериментальной оценки коэффициента усиления антенн, различных радиоэлектронных систем в диапазоне частот. Способ основан на генерировании высокочастотного сигнала на заданной частоте f, измерении его мощности Pэ и излучении с помощью эталонной антенны в направлении исследуемой антенны, расположенной в дальней зоне, приеме исследуемой антенной сигнала, измерении его мощности Pи и вычислении коэффициента усиления антенны по формуле G и = P и 4 π R 2 P э S э ф ф , где R = 12 h 2 f c , h - высота размещения фазовых центров эталонной и исследуемой антенн от подстилающей поверхности, Sэфф - эффективная площадь эталонной антенны. При этом вычисляют соответствующее каждому значению заданной частоты f расстояние между фазовыми центрами эталонной и исследуемой антенн R, измеряют реальное расстояние между фазовыми центрами эталонной и исследуемой антенн Rn, вычисляют разность расстояний R-Rn и перемещают исследуемую антенну вдоль линии, соединяющей фазовые центры эталонной и исследуемой антенн, до тех пор, пока R-Rn=0. Устройство содержит последовательно соединенные генератор сигналов, измеритель мощности и эталонную антенну, а также устройство позиционирования, на котором размещены исследуемая антенна и приемное устройство. При этом в него введены последовательно соединенные устройство измерения дальности, устройство обработки и управления, также формирователь команд управления, выход которого соединен со входом устройства позиционирования, второй выход, второй и третий входы устройства управления соединены со входом генератора сигналов, со вторым выходом измерителя мощности, с выходом приемного устройства через устройство коммутации соответственно, причем устройство измерения дальности размещено на устройстве позиционирования. Технический результат заключается в снижении временных затрат для проведения измерений и повышении точности измерений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения коэффициента усиления антенн различных радиоэлектронных средств в натурных условиях, в частности в условиях городской застройки. Способ измерения коэффициента усиления антенн в натурных условиях, включающий формирование высокочастотного сигнала и измерение его мощности, отведение части мощности высокочастотного сигнала, излучение сигнала с помощью эталонной антенны в направлении исследуемой антенны, прием исследуемой антенной сигнала, его суммирование с отведенным высокочастотным сигналом, перекрытие области пространства, существенной для распространения радиоволн между антеннами, с учетом соблюдении условия дальней зоны от каждой из антенн до места перекрытия, площадь поперечного сечения которого определяется выражением S>πRэ 2Sin2Dэ/2, где Dэ - ширина диаграммы направленности эталонной антенны, Rэ - расстояние от места перекрытия до эталонной антенны, изменение уровня и фазы отведенного высокочастотного сигнала с целью получения нулевого уровня мощности суммарного сигнала, открытие между антеннами в плоскости поперечного сечения области пространства, существенной для распространения радиоволн. Предложенный способ позволяет снизить погрешность результатов измерений коэффициента усиления антенн радиоэлектронных средств в условиях многолучевого распространения радиоволн. 2 ил.

Отражатель электромагнитных волн для калибровки устройства радиолокационных систем образован соединением поверхностей минимум трех проводящих прямых круговых цилиндров с одинаковым радиусом основания и разной длиной образующих, лежащих в одной плоскости. Причем длина и радиус выбираются с учетом минимальной и максимальной длины электромагнитной волны излучателей антенн радиолокационных систем. Технический результат заключается в упрощении процесса калибровки и сокращении времени ее проведения. 6 ил.
Наверх