Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки Советский патент 1990 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при проектировании и об- - работке конструкции отражательной фазированной антенной решетки (ОФАР)

Цель изобретения - обеспечение измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом его поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения

Известно, что с войства раскрыва бесконечной ФАР можно описать матрицей S рассеяния четвертого порядка.Рассмотрим каскадное соединение вось№1пол:ос- .ника, матрица рассеяния которого совпадает с S, с другим восьмиполюсником, характеризуюш 1м свойства отражательных фазовращателей (ОФВ) :ограничительной ФАР и имеющим матCfi

о о

4

рицу 1

р рЕ рассеяния.,- где р

-1 0

-е , oi - фазовый сдвиг;

Е - единичная матрица о

Матрица Q рассеяния по входам каскадного соединения двух этих многополюсников имеет вид

(и) (U)(22) -t {12)Т

Q S н- S (|ЗЕ - S У S . (1)

Продифференцируем выражение (1))- по фазе:

R .- . . d s V dt,dci(

(pE-

Можно заметить, что вьфажению (2) соответствует спектральное разложение матрицы R:

этом мы получаем систему уравнений, Неизвестные матрицы З нахо- дятся из системы Двух уравнений (6), в которых правые части определены при двух значениях tJ и Ы фазового сдвига, ОФВ„ Отметим, что набор матриц Q измеряют для числа значений фазовых сдвигов, большего двух, а

производные R

(U odQ.

- Vo,«-o :

определяют

дифференцированием одной из интерполяционных формул, выражающих Q через измеренные значения ) напри- мер, путем дифференцирования многочленов наилучшего среднеквадратичного приближения:

( Чк1

Z.KQ ,

К;--п

.

АИ nfn+1) (2п+1)

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - обеспечение измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом его поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения. Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки (ОФАР) заключается в формировании плоской электромагнитной волны в виде типов волн TE_NM и TM_NM посредством многомодового волновода, облучении этой волной фрагмента раскрыва ОФАР, измерении комплексных амплитуд падающих собственных волн типов TE_NM U_TE или типов TM_NM U_TM и отраженных от раскрыва фрагмента ОФАР электромагнитных волн типов TE_NM U₁₁ и U₂₁ и TM_NM U₁₂ и U₂₂ при различных фазовых сдвигах X_I, где I=1,2,...K,...L, L≥4, и определении матрицы коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва ОФАР. 1 ил.

R ,xf U )

R

, x V

rri (z)

Л ш, где X и собственные векторы, собственные значения

матрицы R.

Для матрицы R второго порядка собственные значения и собственные векторы (последние с точностью до знака) имеют вид

(3)

w 7 tT(R,,- R,.) г

(4)

„( 1

1 2 - г

(1 ) ((i;);

Х: - RH

R

г

35

(5) 40

С помощью соотношений (2)-(5) находим:

3(L/%(«)pE-s )- .IA.

ЧЫ,

(6)

где

f/a

Т

((2

(7) 50

А - ортогональная матрица

(АА Е)о

Матрица Т, входящая в правую часть матричного уравнения (6), может быть определена при различных значениях фазовьк сдвиговой, при

где cx o+iuOii

Aoi разность соседних фазовых

сдвигов,

i О, i 1, ., „, in. Из.системы матричных уравнений (1) и (6) определяют искомые коэффициенты отражения и коэффициенты передачи раскрыва в виде:

S(l Q . j ( - т D-; D.) ; sf l2j4Te siniT XA:

m (i2)T,

b - Ь,

M) ( -( S -e A , ,. / v I v

П1 fУ1 Ll-1-

где Т 1.с Л),.(,гЛ 1у fl 1 i - г } i

(8)

,та% ,

Cj), arctgC:),

1(2

}(13)

tiO

(I ll

6 arcsin nrn

+ 4b

a и b - поперечные размеры прямоугольного многомодово- го волновода по оси х и у соответственно; А - длина плоской электро- .j .магнитной волны;

Q - матрица измеренных коэффициентов отражегшя воин ТЕ„ типа и коэффициентов передачи этих волн одна в другую при фазовом сдвиге pij , вносимом каждым фазовра- щателем

-матрица коэффициентов отражения от раскрыва решетки двух падающих на нее под углами (Cf,

0,) взаимно ортогональных по поляризации плоских вопн и коэффициентов передачи каждой из них в ортогональную отраженную волну}

-матрица коэффициентов передачи каяэдой из падающих на раскрыв плоских волн во взаимно ортогональные по поляризации волны, распространяющиеся в излучающих элемен-

(чг) решеткиi S - матрица коэффициентов отражения от раскрыва, сфазированного в направлении Ц, 9;,, двух ортогональных по поляризации волн, распространяющихся в излучающих элементах решетки и коэффициентов передачи каждой из них в отраженную ортогональную волну, при этом производные определяют дифференцированием интерполяционной формулы, выражающей Q через измеренные значения

Матрицы выражаются через измеенную матрицу Q l, определенные чеез нее матрицы R и Т, а также ортоональную матрицу А. Ортогональная атрица А имеет вид (12):

(13)

А ( I}, где а

1 2

Jt1.

Такой вид матрицы А позволяет определить полную матрицу рассеяния раскры- ва ОФАР, причем столбцы матрицы S . и недиагоиальные элементы матрицы S определяются с точностью до знака. Для произвольной ортогональной матрицы А определение матрицы S было бы невозможно.

Получим соотношение (12). Для ЭТОГО предположим, .что матрица имеет вид:

Л , Р О .

p,

(14)

и продифференцируем выражение (1) по р, и по

|; -S «V-S-V ( °)p

- s

)р(15)

Jpi

- s )-

30

Если ввести обозначения:

(

Ь„

ь«) )D,,I

ТО

35

|., в (Ь,.ь„ь,.

bj, Ь„ by,

40

(м. Vi6)

Q R /о 0. 31 о 1

9р2

В (f- ь ь1) Ч Ь,г Ь

. 4(n . - Ьгг

0

Используя выражения (16), запишем соотношение для R, попожив р -р, р;

tiQ 9Q 9Q. к. ../ ТГ

oict

b VV b

Эр, Зр/ + ьПс b

5

БВ. Ыу.

(17)

Oipi

Следовательно векторы Ь с точностью до множителя совпадают с собственными векторами матрицы R (3), а составленная из них матрица В с точ- ,

иостыо до множителя

.ыр гг.

(-J-) совпада« йет с матрицей ТА,где А определяется

выражедатем (12)1 Таким образом, матрица А в соотношениях (6) и (8) определяется выражегшем (12), что поз- поляет найти матрицы коэффициентов отраже1шя и передачи раскрыва S

VJ i J-/ l.4.-/i.k.lll4 flI л. . ,,Ujl-4. ,. ,.-.- -

no измеренному па.бору матриц Q .

На чертеже изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа о

Устройство содержит а шлифазо-, метр 1, вход которого подсоединен к вькоду модооб разующего блока 2, которьй размещен с торца прямоугольного многомодового волновода 3, с .другого торца которого-размещен фрагмент испытуемой отражательной ФАР 4 с подключенным к ней блоком 5 управления фазовращателями.

Устройство работает следующим образом

Модообразующий блок 2 поочередно формирует в волноводе 3 собственные волны ТЕ,„, и заданных индексов п и, га, ко.нплексные амплитуды которых UytH и - HSMepHioTCH ампли- фазометром 1 для всех заданных со- стоягдай фазовращателей (Х; , определяемых блоком 5о При этом все фазовращатели фрагмента отражательной ФАР 4 одновременно принимают состояние X ;, где i 1,2 5 с ,. ,k J SL (L 4), При каждом состоянии фазовращателя при возбуждении волны типа ТЕ -| измepяют с помощью амплифа- зометра 1 кo fflлeкcныe амплитуды отраженных от фрагмента раскрыва (МР 4 типов полн и при возбу5кдении волны типа ТК„,,у,- комплексные a fflлитyды -отраженных от фрагмента « ФАР типов , и ,, после чего формируют матрицу

со всеми преимуществами этого метода,, При этрм исключается переделка отражательных излучающих, элементов в проходные и разработка согласованных нагрузок и волноводных переходов для каждого типа излучателей.

Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет получить исчерпывающую информацию о раскрыве отражательной ФАР, исследовать не только энергетические, но и поляризационные характеристики ОФАР, что позволяет сократить трудоемкость, сроки и стоимость разработки ФАР о

5

10

15

Л(Ч

Q

(51 где А,

Xi l

А,5

А

W ;(il П

гг

ut

п /и

и ,, / J

и /и гг тм

А

12

(i

«г (i)

и;./и

(i

ТЕ;

сл

д IU tV /тт

А ,, - и „. /и ТАЛ ,

20

25

30

35

40

Формула изобретения

Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной рещетки, включающий формирование плоской электромагнитной волны облучение плоской электромагнитной волной отражательной фазированной антенной решетки (ФАР), одновременное изменение фазовых сдвигов фазовращателей отражательной ФАР, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом поляризацйо нных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения, плоскую электромагнитную волну формируют в виде типов волн ТЕ и TF. посредством многомодового волновода и облучают ею фрагмент раскрыва отражательной ФАР, измеряют комплексные амплитуды падаюших собственных волн типов или тиf IJп I tr

пов ,. и отраженных от.раскры45

50

ва фрагмента отражательной ФАР элект ромагнитных волн типов , и и,,и и/г з. при различных фазовых сдвигах х ;, где i 1,2,. ., k,..o,L, L 4, и определяют матрицы коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР из соотношений

(ОТ

if - . , с/6 -з

И с использованием формул (,o-lJj определяют искомые коэффициенты

Таким образом, предлагаемый способ (в отличие от известньк) позволя- .ет приме шть методику волноводного моделирования к отражательной ФАР

,55

.00 (0

М

+ j(R

:

S- (ifl («IT ,

О- О J

/пт| .lO -1 -I

-е А

D; D i );

sinlT D T

0

5

0

5

0

Формула изобретения

Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной рещетки, включающий формиро. вание плоской электромагнитной волны, облучение плоской электромагнитной волной отражательной фазированной антенной решетки (ФАР), одновременное изменение фазовых сдвигов фазовращателей отражательной ФАР, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом поляризацйо нных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения, плоскую электромагнитную волну формируют в виде типов волн ТЕ и TF. посредством многомодового волновода и облучают ею фрагмент раскрыва отражательной ФАР, измеряют комплексные амплитуды падаюших собственных волн типов или тиf IJп I tr

пов ,. и отраженных от.раскры45

50

ва фрагмента отражательной ФАР электромагнитных волн типов , и и,,и и/г з. при различных фазовых сдвигах х ;, где i 1,2,. ., k,..o,L, L 4, и определяют матрицы коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР из соотношений

(ОТ

55

.00 (0

М

+ j(R

:

S- (ifl («IT ,

О- О J

/пт| .lO -1 -I

-е А

D; D i );

sinlT D T ;

Q

(U 4

42

(i)

AI,

-M

/U

( 1. -. (51 ( I j.cn

ТЕ

2, /u,;

(i) (i)

(z

и,„ /и

де S - матрица коэффициентов отражения от раскрыва решетки двух падающих на нее под угламиС| „, в „ взаимно ортогональных по поляризации плоских волн и коэффициентов передачи каждой из них в ортогональную отра- (,2 женНую волну; 1 - матрица коэффициентов передачи каждой из падаюпдах на раскрыв плоских волн во взаимно ортогональные по поляризации волны, распространяющиеся в излучающих элементах решетки;

J)

- матрица коэффициентов отражения от раскрыва, сфази- рованного в направлении Ч пт nm двух ортогональных по поляризации волн, распространяющихся в излучающих элементах решетки, и коэффициентов передачи каждой из них в отраженную ортогональную волну

1606947

10

J)

Г,

(II 1

G )f i f: i ) «.V в I i f г

i

-1. I I

.

rk)

A K

ci;4K R)t

H(R ;; (ii Г.У - p ;.

- R R O. .:,

A(ff);a, ii;

0 I a

q nn, arctg ;

9„. агсв1п ф. .(g).j.

a и b - поперечные размеры прямоугольного многомодово- го волновода по осям X и у;

Л - длина плоской электромагнитной волны;

О. - матрица, элементы которой получены интерполяцией элементов матрицы Q