СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АЗИМУТАЛЬНОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ Российский патент 2007 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к антенной технике и может применяться для антенных измерений.

Известны различные способы измерения диаграмм направленности антенн [1, 2, 3]. Например, способ измерений диаграмм направленности (ДН) методом облета, когда исследуемую антенну устанавливают на земле, а с измерительной аппаратурой совершают вокруг нее облет по кругу [2]. Основным недостатком этого способа является высокая стоимость измерений.

Обычно измерения ДН антенн проводят в наземных условиях на специальных стендах антенных измерений [1]. Стенд включает в себя поворотное устройство (ПУ), на котором устанавливают исследуемую антенну и неподвижную вышку с измерительной антенной. На таких антенных стендах (АС) производят измерения ДН как в угломестной, так и в азимутальной плоскостях. Если антенна предназначена для установки на автомобиль, самолет или другой объект, то при измерении азимутальных ДН ее устанавливают на проводящий диск (ПД) или проводящую поверхность тела вращения. ПД закрепляют на поворотном устройстве в горизонтальном положении. При таких измерениях должен выполняться ряд условий:

- отсутствие посторонних отражающих предметов, конструкция ПУ не должна искажать ДН;

- вращение ПУ должно происходить с высокой точностью без прецессии;

- вертикальная ось антенны, ось ПД и ось вращения ПУ должны совпадать и т.д.

Несоблюдение этих требований вносит ошибки в измерения ДН. Точность изготовления ПД в свою очередь также накладывает отпечаток на измеренную ДН антенны.

Таким образом, точность измерения азимутальных ДН или величина ошибки зависят как от точности изготовления АС и всех его частей, в частности ПД, так и от точности установки на нем исследуемой антенны. Особенно это заметно с ростом частоты, в частности, при измерениях на СВЧ. С увеличением изношенности АС в процессе эксплуатации ошибки измерений также возрастают.

Искажения ДН могут быть столь велики, что она становится совсем не похожей на истинную ДН антенны. Этот способ измерения ДН выбран в качестве прототипа.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерений азимутальных ДН антенн.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения азимутальной диаграммы направленности антенны, включающем измерение на выбранной частоте азимутальной диаграммы направленности антенны, установленной на оси проводящего диска, закрепленного на поворотном устройстве стенда антенных измерений, на той же частоте и при том же начальном положении поворотного устройства производят измерения азимутальной диаграммы направленности вспомогательной штыревой антенны, а искомую азимутальную диаграмму направленности исследуемой антенны получают путем вычитания значений, полученных при измерении азимутальной диаграммы направленности вспомогательной штыревой антенны из соответствующих значений, полученных при измерении азимутальной диаграммы направленности исследуемой антенны и последующего нормирования полученной разностной функции.

На фигурах, иллюстрирующих заявляемый способ, показано следующее:

фиг.1 - схема измерений азимутальных ДН на стенде антенных измерений;

фиг.2 - ДН вспомогательной r2_i и исследуемой t2_i антенн, полученные в результате измерений;

фиг.3 - искомая ДН исследуемой антенны.

Способ осуществляют следующим образом. Исследуемую антенну устанавливают на проводящем диске 2 (или на близкой к нему по форме проводящей поверхности тела вращения), закрепленном на поворотном устройстве 3 стенда антенных измерений, а на неподвижной вышке устанавливают измерительную антенну 1 (фиг.1). Вращая ПУ, производят измерения азимутальных ДН исследуемой антенны на заданных частотах. На фиг.2 показаны азимутальные ДН исследуемой и вспомогательной антенн на одной из заданных частот в диапазоне СВЧ. В качестве исследуемой антенны брали самолетную выступающую антенну типа симметричного широкополосного вибратора. Ее устанавливали в центре алюминиевого круга диаметром D≈3λ, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона частот. Антенны типа симметричного широкополосного вибратора имеют симметричные азимутальные ДН, овальные или близкие к круговым. В отличие от этого форма ДН исследуемой антенны на фиг.2 значительно отличается от ожидаемой. Измеренная ДН несимметрична и имеет большую неравномерность.

После исследуемой антенны на то же место устанавливают вспомогательную штыревую антенну, представляющую собой несимметричный вибратор. Снова производят измерения азимутальных ДН на тех же частотах и при том же начальном положении ПУ, чтобы ДН были одинаково ориентированы, т.е. просто повторяют измерения, но уже со вспомогательной антенной. В качестве вспомогательной антенны берут четвертьволновый несимметричный тонкий вибратор. На фиг.2 видно, что азимутальная ДН вспомогательной антенны, так же как и азимутальная ДН исследуемой антенны, несимметрична и имеет большую неравномерность. Следует отметить, что обе ДН очень похожи друг на друга, почти подобны. Провалы и выпуклости обеих ДН приходятся примерно на одни и те же азимутальные углы.

Вспомогательная антенна, как известно, имеет круговую азимутальную ДН с постоянным радиусом [4]. Следовательно, искажения формы ее ДН обусловлены только внешними факторами, а не конструктивными параметрами самой антенны. К числу таких факторов относятся неровности диска, наклонное положение диска на ПУ, люфты и прецессия оси ПУ, отражения от местных предметов и т.д. Сходство ДН обеих антенн говорит о том, что они подвержены одинаковому влиянию внешних факторов, а их отличие является уже характеристикой исследуемой антенны.

Отсюда следует, что азимутальная ДН вспомогательной антенны представляет собой запись суммарной ошибки измерений как функции азимутального угла в результате суммарного воздействия на ДН всех внешних факторов.

Действительно, измеренную азимутальную ДН вспомогательной антенны можно представить в виде алгебраической суммы двух функций следующим образом:

F_И.В.(θ)=F_B(θ)+δ(θ),

где:

Fв.(θ)=const;

Fи.в.(θ) - измеренная азимутальная ДН вспомогательной антенны;

Fв.(θ) - истинная азимутальная ДН вспомогательной антенны;

δ(θ) - функция суммарной ошибки измерений;

θ - азимутальный угол поворота ПУ,

откуда следует:

δ(θ)=Fи.в.(θ)-Fв.(θ).

На исследуемую антенну действуют те же внешние факторы, что и на вспомогательную антенну, т.е. имеем ту же функцию δ(θ) - функцию суммарной ошибки измерений.

Следовательно:

Fи.а.(θ)=Fa.(θ)+δ(θ),

где:

Fи.а.(θ) - измеренная азимутальная ДН исследуемой антенны;

Fa.(θ) - истинная азимутальная ДН исследуемой антенны.

Подставляя выражение функции суммарной ошибки измерений, получаем:

Fи.а.(θ)=Fa.(θ)+Fи.в.(θ)-Fв.(θ);

Fa.(θ)=(Fи.а.(θ)-Fи.в.(θ))+Fв.(θ);

Fв.(θ)=const.

Следовательно, Fв.(θ) можно отбросить как постоянную величину, не влияющую на переменную составляющую, т.е. на характер кривой ДН.

Выражение для Fa.(θ) упрощается:

Fa.(θ)=(Fи.a.(θ)-Fи.в.(θ)).

После нормирования функции получаем:

где:

Fa.н.(θ) - искомая нормированная азимутальная ДН исследуемой антенны;

А=max[Fи.а.(θ)-Fи.в.(θ)] - максимальное значение разностной функции.

На фиг.3 показана полученная предлагаемым способом искомая азимутальная ДН исследуемой антенны.

Таким образом, использование вспомогательной антенны позволяет выделить, а затем исключить суммарную ошибку при измерениях азимутальных ДН антенн, установленных на проводящем диске или на близкой к нему по форме проводящей поверхности тела вращения.

Далее искомые нормированные азимутальные ДН исследуемой антенны для каждой конкретной частоты получают путем вычитания значений, полученных при измерениях азимутальных ДН вспомогательной антенны из соответствующих значений, полученных при измерениях азимутальных ДН исследуемой антенны и последующего нормирования полученных разностных функций.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить точность измерений азимутальных ДН антенн, устраняя ошибки, внесенные внешними факторами. Достоинством предлагаемого способа является также то, что он позволяет устранять влияние всех ошибок в совокупности, не особо вникая в то, чем они обусловлены.

Предлагаемый способ применим для измерений ДН всенаправленных антенн, например вертикальных вибраторных антенн или кольцевых щелевых антенн, установленных на проводящем диске или близкой к нему по форме проводящей поверхности тела вращения.

Литература

1. ГОСТ Р 50860-96. "Самолеты и вертолеты. Устройства, антенно-фидерные связи, навигации, посадки и УВД. Общие технические требования, параметры, методы измерений", Госстандарт России. Москва, 1996 г., стр.36, 37, 38. Прототип.

2. О.В.Попов, Б.В.Сосунов, Н.Г.Фитенко, Ю.А.Хитров. "Методы измерения характеристик антенно-фидерных устройств", Военная ордена Ленина краснознаменная академия связи им. С.М.Буденного, Ленинград, 1990 г., стр.120, 121.

3. А.З.Фрадин, Е.В.Рыжков. "Измерения параметров антенно-фидерных устройств", Связь, Москва, 1972 г., стр.37, 245, 246, 252.

4. М.С.Жук, Ю.Б.Молочков. "Проектирование антенно-фидерных устройств", Энергия, Москва-Ленинград, 1966 г., стр.109, 140.

Изобретение относится к антенной технике и может применяться для антенных измерений. Технический результат заключается в повышении точности измерений. В способе измерения азимутальной диаграммы направленности антенны, включающем измерение на выбранной частоте азимутальной диаграммы направленности антенны, установленной на оси проводящего диска, закрепленного на поворотном устройстве стенда антенных измерений, на той же частоте и при том же начальном положении поворотного устройства производят измерения азимутальной диаграммы направленности вспомогательной штыревой антенны, а искомую азимутальную диаграмму направленности исследуемой антенны получают путем вычитания значений, полученных при измерении азимутальной диаграммы направленности вспомогательной штыревой антенны из соответствующих значений, полученных при измерении азимутальной диаграммы направленности исследуемой антенны и последующего нормирования полученной разностной функции. 3 ил.

Способ измерения азимутальной диаграммы направленности антенны, включающий измерение на выбранной частоте азимутальной диаграммы направленности антенны, установленной на оси проводящего диска, закрепленного на поворотном устройстве стенда антенных измерений, отличающийся тем, что на той же частоте и при том же начальном положении поворотного устройства производят измерения азимутальной диаграммы направленности вспомогательной штыревой антенны, а искомую азимутальную диаграмму направленности исследуемой антенны получают путем вычитания значений, полученных при измерении азимутальной диаграммы направленности вспомогательной штыревой антенны из соответствующих значений, полученных при измерении азимутальной диаграммы направленности исследуемой антенны и последующего нормирования полученной разностной функции.