Способ измерения потерь в обтекателе Российский патент 2019 года по МПК G01R29/10 G01R23/16 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при радиотехнических испытаниях обтекателей и радиопрозрачных укрытий антенн, радиолокационных, связных и навигационных станций.

Известен способ измерения радиотехнических параметров (в т.ч. величины потерь) обтекателей радиолокационных станций (РЛС) [1 — Пригода Б.А., Кокунько В.С. Обтекатели антенн летательных аппаратов / М.: Машиностроение, 1970, с.265], основанный на методе замещения. Измерительная антенна находится в поле плоской электромагнитной волны (ЭМВ) и ориентирована в направлении получения максимального сигнала на выходе. Измерения производятся на рабочей частоте f₀ в два этапа. На первом этапе измеряется уровень сигнала падающей ЭМВ с выхода измерительной антенны (далее – антенна) без обтекателя , затем (на втором этапе) – измеряется уровень сигнала E с выхода антенны с установленным обтекателем. По соотношению измененных сигналов производится расчет величины потерь ЭМВ в обтекателе:

. (1)

Недостатками известного способа является то, что переотражения ЭМВ от обтекателя вносят погрешность в измерения величины Е, а значит, и в расчетный уровень потерь ЭМВ П.

Известен «Способ измерения потерь в обтекателе регулярного типа» [2 — патент № 2656254, РФ. Способ измерения потерь в обтекателе регулярного типа / Ларин А.А., Рыбаков Д.Ю., Самбуров Н.В.], отличающийся от [1] тем, что, для снижения погрешности измерения величины E, производится подавление переотражений от обтекателя. Технический результат обеспечивается за счет проведения серии измерений уровня сигнала E_i при вариации фазы отраженной волны в промежутке измерительная антенна-обтекатель с последующей математической обработкой результатов и вычисления величины E. Вариация фазы производится за счет изменения положения обтекателя относительно антенны.

Среди недостатков способов можно выделить следующие:

– необходимость организации системы подвеса и перемещения обтекателя, позволяющей изменять расстояние антенна-обтекатель без изменения пространственной ориентации обтекателя,

– наличие ряда ограничений, связанных с геометрическим размером антенны и обтекателя, не позволяющих проводить перемещения данным способом.

Известен способ измерения потерь в обтекателе [3 — патент № 2587687 РФ./ Способ измерения потерь в обтекателе регулярного типа / Самбуров Н.В., Рыбаков Д.Ю.], отличающийся от [2] тем, что вариация фазы производится за счет вариации величины несущей частоты падающей ЭМВ с последующей математической обработкой результатов.

Главный недостаток метода состоит в том, что величина потерь оценивается не в единичной частотной точке , а комплексно для некоторого диапазона частот , где, – где , а рассчитывается по [3].

Таким образом в случае частотной зависимости потерь в обтекателе, вносится дополнительная погрешность в измерения величины E, а значит, и величины потерь П.

Известны способы пространственно-временной селекции переотражений от элементов комплекса для антенных измерений (компактного полигона) [4 — Калинин А.В., Многочастотные методики антенных измерений и аттестации измерительных установок. Антенны, 2004 г., № 12(91) с. 28 - 33], [5 — патент № 2568408 РФ/ Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции и системы автоматизированной настройки для его осуществления/ Николаев П.В.]. Технический результат обеспечивается за счет режекции переотражений сигнала во временной области. Для этого осуществляется синтез временного отклика на основе спектральных измерений, режекция переотраженного сигнала с помощью оконной функции и обратное преобразование в частотную область. Среди недостатков способов можно выделить следующее:

– способы предназначены для подавления отражений при измерении относительных величин и зависимостей (например, диаграмм направленности антенн), и не применимы при измерении значений абсолютных величин (например, величины потерь);

– способы предназначены для подавления побочных переотражений от конструктивных и функциональных элементов компактного полигона (стен безэховой камеры, опорно-поворотного устройства и пр.), и не могут быть использованы для подавления переотражений от радиопрозрачных обтекателей, которые являются объектом измерения.

В качестве прототипа предложенного решения выбран «Способ измерения потерь в обтекателе» [3].

Целью настоящего изобретения является создание технического решения, позволяющего уменьшить погрешность измерения величины потерь в обтекателе.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложен способ измерения потерь в обтекателях на рабочем месте, включающем антенну измерительную и источник формирования плоской ЭМВ. Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от [3], подавление сигнала, отраженного от обтекателя, осуществляется путем режекции переотраженного сигнала. Для этого осуществляется синтез временного отклика на основе спектральных измерений, режекция переотраженного сигнала с помощью оконной функции и обратное преобразование в частотную область. Причем спектр частот, используемый для синтеза временного отклика, выбирается согласно следующей зависимости:

, при , где

f₀ – рабочая частота;

∆f – шаг по частоте в формируемом спектре, который выбирается так, чтобы: ;

;

Ф – величина абсолютного набега фазы от передающего до приемного устройства;

K – ближайшее целое из условия: ;

l– расстояние от обтекателя до измерительной антенны.

Способ измерения потерь в обтекателе основан на методе замещения. Для реализации данного способа используются: генератор 1, приемник 2, две измерительные антенны 3 и 4. Антенна 3 подключена к генератору 1 и выступает в качестве источника формирования плоской электромагнитной волны 6. Измерительная антенна 4, подключается к приемнику 2 (фиг).

Измерительные антенны 3 и 4 устанавливаются на расстоянии , где d– максимальный габаритный размер раскрыва измерительных антенн, и ориентируются в направлении получения максимального сигнала на рабочей частоте f₀.

Измерения проводятся в семь этапов:

1. Обтекатель 5 устанавливается перед измерительной антенной 4 на расстоянии l.

2. С помощью генератора 1 и приемника 2 производится измерение соотношений амплитуд и разности фаз последовательности излученных и принятых гармонических сигналов в спектре частот согласно , при , где

f₀ – рабочая частота;

∆f – шаг по частоте в формируемом спектре, который выбирается так, чтобы: ;

;

Ф – величина абсолютного набега фазы от передающего до приемного устройства;

K – ближайшее целое из условия: ;

l– расстояние от обтекателя до измерительной антенны.

На основе результатов измерения существляется синтез временного отклика на основе спектральных измерений, режекция переотраженного сигнала с помощью оконной функции и обратное преобразование в частотную область [4].

3. Фиксируется расчетная величина амплитуды гармонической частоты f₀: E.

4. Обтекатель 5 выводится из промежутка между антеннами 3 и 4.

5. Повторяются действия описанные в п. 2.

6. Фиксируется расчетная величина амплитуды гармонической частоты f₀: E₀.

7. Проводится расчет величины потерь согласно выражению (1).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при радиотехнических испытаниях обтекателей и радиопрозрачных укрытий антенн, радиолокационных, связных и навигационных станций. Достигаемый технический результат изобретения - уменьшение погрешности измерения величины потерь в обтекателе. Предложен способ измерения потерь в обтекателях на рабочем месте, который включает антенну измерительную и источник формирования плоской ЭМВ. Подавление сигнала, отраженного от обтекателя, осуществляется путем режекции переотраженного сигнала. Для этого осуществляется синтез временного отклика на основе спектральных измерений, режекция переотраженного сигнала с помощью оконной функции и обратное преобразование в частотную область. При этом спектр частот, используемый для синтеза временного отклика, выбирается согласно следующей зависимости: , при , где f₀ – рабочая частота; ∆f – шаг по частоте в формируемом спектре, который выбирается так, чтобы ; ; Ф – величина абсолютного набега фазы от передающего до приемного устройства; K – ближайшее целое из условия ;

l – расстояние от обтекателя до измерительной антенны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения потерь в обтекателе, включающий антенну измерительную и источник формирования плоской ЭМВ, отличающийся тем, что с целью подавления сигнала, переотраженного от обтекателя, осуществляется синтез временного отклика на основе спектральных измерений, режекция переотраженного сигнала с помощью оконной функции и обратное преобразование в частотную область, причем спектр частот, используемый для синтеза временного отклика, выбирается согласно следующей зависимости:

, при ,

где f₀ – рабочая частота;

∆f – шаг по частоте в формируемом спектре, который выбирается так, чтобы ;

;

Ф – величина абсолютного набега фазы от передающего до приемного устройства;

K – ближайшее целое из условия ;

l – расстояние от обтекателя до измерительной антенны.

2. Способ измерения потерь в обтекателе по п.1, отличающийся тем, что спектральные измерения соотношения амплитуд и фаз, синтез временного отклика и режекция переотраженного сигнала производятся с помощью векторного анализатора цепей.