УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ АНТЕННЫ Российский патент 2008 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике антенных измерений.

Существуют различные устройства измерения распределения электромагнитного поля, позволяющие оперативно и с высокой точностью измерять амплитудно-фазовые распределения поля в раскрыве антенны.

В качестве аналога взято устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенн [Патент №2118829 от 10.09.1998 г.], содержащее генератор сигналов, подключенный к исследуемой антенне, и два диполя, установленных в измеряемых точках раскрыва антенны. Диполи под действием имеющегося в раскрыве антенны электромагнитного поля возбуждаются и переизлучают электромагнитное поле, которое регистрируется с помощью двух однопроводных линий передачи (ОЛП). Один конец каждой однопроводной линии передачи подключен к соответствующим согласованным нагрузкам, а другой - к амплифазометру. В исследуемой антенне имеется возможность перемещать раскрыв относительно системы «диполи - однопроводные линии передачи - амплифазометр». Однако наличие двух однопроводных линий передачи для измерения амплитудно-фазового распределения поля антенны усложняет конструкцию устройства.

В качестве прототипа выбрано другое устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенн [Патент №2192648 от 10.11.2002 г.], содержащее одну однопроводную линию передачи энергии, один конец которой подключен к согласованной нагрузке, второй - к точке крепления провода. Диполь и находящееся от него на фиксированном расстоянии бесконтактное устройство возбуждения способны совместно перемещаться вдоль раскрыва антенны. Устройство возбуждения (приема) однопроводной линии передачи соединено с тройником, выходы которого идут на генератор сигналов и амплифазометр, с которым через другой тройник соединен выход исследуемой антенны.

В таком устройстве измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны оси провода ОЛП и измеряемого раскрыва антенны параллельны между собой и разнесены в пространстве. Для измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в раскрыве антенны перемещают по расположенному параллельно ей проводу ОЛП систему «диполь - устройство возбуждения» и с помощью амплифазометра регистрируют сигнал. Недостатком прототипа является необходимость сохранения фиксированного расстояния между диполем и устройством возбуждения при перемещении их вдоль раскрыва антенны по проводу ОЛП. Осуществлять такое перемещение технологически достаточно сложно.

Задачей изобретения является повышение технологичности и упрощение конструкции устройства измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны, содержащем вспомогательную антенну и амплифазометр, размещена зонная пластинка Френеля, находящаяся на фиксированном расстоянии от вспомогательной антенны, способная перемещаться относительно излучающего раскрыва исследуемой антенны таким образом, что фокус зонной пластинки Френеля находится в окрестности точки измерения.

Электромагнитное излучение исследуемой антенны, пройдя через зонную пластинку Френеля, принимается вспомогательной антенной и регистрируется амплифазометром. Таким образом, перемещая зонную пластинку Френеля со вспомогательной антенной по поверхности раскрыва исследуемой антенны, определяют распределение амплитуды и фазы по раскрыву исследуемой антенны с помощью амплифазометра. Устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитною поля антенны сканирует излучающий раскрыв исследуемой антенны.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны.

На фиг.2 изображена схема предложенного устройства измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны с исследуемой антенной.

На фиг.3 показан фрагмент экспериментальной установки для измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны.

На фиг.4 - равномерное амплитудное распределение электромагнитного поля созданной эквидистантной антенной решетки.

Устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля содержит вспомогательную антенну 1, амплифазометр 2, зонную пластинку Френеля 3, исследуемую антенну 4, находящуюся от зонной пластинки Френеля 3 на расстоянии, равном фокусному расстоянию зонной пластинки Френеля, генератор сигналов 5, соединенный с исследуемой антенной 4, например, состоящей из устройства возбуждения 6, соединенного через провод однопроводной линии (ОЛП) 7 с антенной решеткой 8, состоящей из вибраторов 9 и согласованной нагрузкой 10.

Устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны работает следующим образом. Сигнал с генератора сигналов 5 подается одновременно на исследуемую антенну 4 и на амплифазометр 2 в качестве опорного сигнала. Исследуемая антенна 4 излучает электромагнитную энергию, которая, пройдя через зонную пластинку Френеля 3, принимается вспомогательной антенной 1, находящейся на фокальной оси зонной пластинки Френеля 3 и соединенной с амплифазометром 2. Поступающие на амплифазометр 2 опорный сигнал U_оп и сигнал от исследуемой антенны 4 U_изм позволяют для каждого излучающего элемента антенны регистрировать амплитуду и фазу электромагнитного поля.

Для формирования требуемой диаграммы направленности излучения антенны необходимо создать соответствующее амплитудно-фазовое распределение, которое требуется экспериментально проверить. В предлагаемом устройстве измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля амплифазометр 2 регистрирует сигнал от элемента антенны, расположенного в фокусе зонной пластинки Френеля 3. Поэтому, последовательно перемещая антенну так, чтобы в фокусе зонной пластинки Френеля оказывался последовательно каждый элемент антенны, амплифазометром 2 регистрируют сигнал с соответствующего элемента антенны. Полученные данные об излучении каждого элемента антенны определяют амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля в раскрыве антенны.

Устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны экспериментально проверено на линейной эквидистантной антенной решетке 8 (Фиг.2), созданной на основе ОЛП.

Устройство возбуждения 6 играет роль трансформатора типов волн, т.к. преобразует структуру ТЕМ волны коаксиальной линии передачи, с помощью которой энергия передается от генератора сигналов 5, в структуру поля Е₀₀ однопроводной линии передачи. В качестве провода ОЛП 7 (Фиг.2) взят телефонный провод П-274. Зонная пластинка Френеля 3 выполнена в виде листа пенопласта, на который наклеены кольцевые диски, сделанные из фольги. Радиусы колец определены по формуле , где n - номер окружности, λ - длина волны, f - фокусное расстояние. В нашем случае фокусное расстояние зонной пластинки Френеля соответствовало 10 см. Длина волны соответствовала значению длине волны в однопроводной линии передачи λ=26,5 мм.

Для проверки работоспособности устройства измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля создана эквидистантная антенная решетка 8, состоящая из 6 линейных вибраторов 9. Вибраторы 9 укреплялись на пенопластовой пластине, которая имела возможность свободного перемещения вдоль оси провода ОЛП. Такая антенная решетка 8, расположенная в электромагнитном поле ОЛП, возбуждается непосредственно этим полем. Создание равномерного амплитудного распределения электромагнитного поля поверхностной волны, т.е. каждый элемент антенной решетки 8 излучает одинаковую энергию электромагнитного поля, обеспечено с помощью соответствующего расчета расстояний между концом каждого вибратора 9 и проводом ОЛП 7, зависящих от коэффициентов связи вибраторов 9 с электромагнитным полем ОЛП (Фиг.2).

В изготовленной антенной решетке 8 вибратор 9, стоящий первым со стороны устройства возбуждения, находится на максимальном расстоянии от провода ОЛП 7. Остальные вибраторы 9 антенной решетки 8 по мере увеличения порядкового номера располагаются на соответствующих расчету расстояниях, значения которых последовательно уменьшаются. Последний вибратор антенной решетки максимально приближен к проводу ОЛП.

Равномерное амплитудное распределение, созданное в антенной эквидистантной решетке 8, было экспериментально проверено, фрагмент установки показан на фиг.3. Для этого антенную решетку 8 перемещали вдоль провода таким образом, чтобы каждый вибратор 9, начиная с первого, находился в фокусе зонной пластинки Френеля 3. Помещая вибратор антенной решетки в фокус зонной пластинки Френеля, амплифазометром 2 регистрировали уровень сигнала, пропускаемого зонной пластинкой Френеля 3. Экспериментально полученные результаты показаны на фиг.4.

Из фиг.4 видно, что амплитудное распределение электромагнитного поля, созданное в эквидистантной антенной решетке, соответствует равномерному распределению.

Таким образом, предложенное устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны подтвердило возможность использования для измерения характеристик излучения в антенной технике.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике антенных измерений. Технический результат заключается в повышении технологичности и упрощении конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны, содержащем вспомогательную антенну и амплифазометр, размещена зонная пластинка Френеля, находящаяся на фиксированном расстоянии от вспомогательной антенны, способная перемещаться относительно излучающего раскрыва исследуемой антенны таким образом, что фокус зонной пластинки Френеля находится в окрестности точки измерения. 4 ил.

Устройство измерения амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля антенны, содержащее вспомогательную антенну и амплифазометр, отличающееся тем, что включает зонную пластинку Френеля, находящуюся на фиксированном расстоянии от вспомогательной антенны, способную перемещаться относительно излучающего раскрыва исследуемой антенны таким образом, что фокус зонной пластинки Френеля находится в окрестности точки измерения.