Способ измерения поляризационных характеристик антенны Советский патент 1991 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для измерения поляризационных характеристик антенны (коэффициент эллиптичности, угол наклона большой оси поляризационного эллипса)„

Цель изобретения - повышение точности в условиях отражений от местных предметов

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ измере-

ния поляризационных характеристик антенны; на фиг.2 - схема, поясняющая выполнение способа с обозначением углов поворота исследуемой антенны относительно осей системы координат,

Устройство, реализующее спосоО измерения поляризационных характеристик включает измеряемую антенну 1, установленную на площадке поворота по углу поляризации поворотного механизма 2, поворачивающего измеряемую антенну 1 по углам азимута Ср, места

Qt поляризации „ Вспомогательная антенна 3 линейной поляризации соединена с генератором А. К поворотному устройству 2 подключен пульт 5 управления, коммутирующий сигналы управления механизмами поворота по углам ( , 0, В, сигналы датчика углов (поворота и сигнал измеряемой антенны между соединенными с ним приемником 6, блокам 7 управления и блоком 8 регистрации результатов„

Способ измерения поляризационных характеристик антенны реализуют следующим образом.,

Измеряемая антенна 1 сканируется поворотным устройством 2, поворачивающим каждую точку М (v, , U., к) пространства обзора на направление оси ОХ для каждого из трех положений плоскости поляризации (например 0,fl74,t/2).

Для пояснения изобретения введено определение угла X1 наклона плоскости поляризации, угла f поворота плоскости поляризации и опорной плоскости отсчета угла наклона плоскости поляризации.

Углом наклона плоскости поляризации линейно поляризованной электромагнитной волны, распространяющейся на наблюдателя, называется угол X1 между опорной плоскостью и плоскостью поляризации, отсчитываемой в плоскости фронта этой волны по часовой стрелке от опорного направления, лежащего в опорной плоскости, до направления вектора Е.

Опорной плоскостью отсчета угла наклона плоскости поляризации линейно поляризованной электромагнитной волны называется плоскость, проходящая через направление распростране- ния и опорное направление, выбранное в плоскости фронта волны.

Углом поворота плоскости поляризации линейно поляризованной электромагнитной волны называется угол 0 , равный разности между конечными и начальными значениями углов наклона плоскости поляризации к опорной плоскости и который отсчитывется в плоскости фронта электромагнитной волны либо между конечным и начальным направлением вектора Е при повороте источника относительно неподвижной опорной плоскости, либо между конечным и начальным положением опорного направления опорной плоскости при

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

повороте приемника со связанной с ним опорной плоскостью относительно неподвижного источника.

Задача измерения поляризационных характеристик в данном случае сводится к поиску таких углов ip , 0 , ft поворота исследуемой антенны 1 поворотным механизмом 2 относительно вспомогательной антенны, при которых измеряемая антенна направлена на падающую электромагнитную волну одной и той же точкой М (v , Uj), ориентированной под разными углами наклона

0 + Oi/ к плоскости поляризации

Ь Ус .. вспомогательной антенны 3, где 1 фиксированный угол наклона плоскости поляризации вспомогательной антенны 3; О k - угол поворота плоскости поляризации исследуемой антенны 1 (К 3) .

Измеряемую антенну 1 окружим не- подвижной относительно осей XQYfl Za сферой с центром в точке О начала координат. Обозначим пересечение оси OZfl с этой сферой точкой Р, так что радиус сферы равен ОР„ Произвольное направление в системе координат измеряемой антенны 1 обозначим точкой М (vj, Uj, ук)на сфере а, где V - угол азимута, отсчитываемый от оси ОХ в плоскости XgOVg между направлением ОХ-и проекцией плоскости vt- - const на плоскость Uj - угол места, отсчитываемый от оси О/ .д между OZa и ОМ (v|, Uj , УК)| - угол наклона плоскости поляризации электромагнитной волны, падающей на измеряемую антенну в направлении М (v, Uj) относительно опорной плоскости, заданной для каждой точки M(v , U.), лежащей на сфере а измеряемой антенны как плоскости v const, а опорное направление задано для каждой точки M(VJ, U.) единичным вектором, лежащим в опорной плоскости vj const перпендикулярно OM(vf, Uj), направленным в сторону уменьшения углов Uj . В точке P(v 0, U 0) опорной является плоскость v О,

Как видно, при изменении угла v опорная плоскость измеряемой антенны поворачивается относительно оси07ч.

Окружим точку О начала координат X, Y, Z неподвижной относительно осей сферой Ь. Электромагнитная вол-, на вспомогательной антенны 3j закрепленной неподвижно, распространяется в направлении Х0„ Опорная плоскость

для отсчета угла наклона плоскости поляризации вспомогательной антенны в системе X Y Z задана вертикальной плоскостью Z О X, опорное направление - единичным вектором, перпендикулярным ОХ и направленным в положительном направлении оси OZ. Угол У. наклона плоскости поляризации вспомогательной антенны отсчитывается в плоскости ZOY или параллельной ей.

Измеряемая антенна 1 закреплена на площадке поворота поворотного устройства по оси поляризации OZ . За ось OZ измеряемой антенны принимаетс ось OZ поворота антенны по углу поляризации.

При повороте поворотного устройства по углу азимута угол (Р поворота отсчитывается между осями OY и ОУ . При повороте поворотного устройства по углу места угол 9 поворота отсчитывается между осями OZ и OZ . При повороте поворотного устройства по углу поляризации угол Р поворота отсчитывается между осью OY поворотного устройства и осью OYa измеряемой антенны

В исходном положении поворотного устройства все оси координат совмещены, т„е, ОХД и ОХГ совмещены с ОХ; OZQ(OZ ) совмещены с OZ; OYq и OY1 совмещены с OY.

Для установки угла наклона плоскости поляризации итмеряемой антенны в точке M(v, Uj) равным У (фиг.2 нужно опорную плоскость v( const измеряемой антенны в т. M(U., v.) совместить с опорной плоскостью вспомогательной антенны и направление ОМ (v;, Uj) совместить с направлением ОХо Такое совмещение производится поворотом поворотного устройства по углу поляризации из исходного положения на угол А0 - vi, при котором плоскость POM(VJ, Ц.), совпадающая с опорной плоскостью v v,1 const, совместится с опорной плоскостью ZOX, и поворотом угломестного поворотного устройства на угол

Г

e-f- U1., после чего направление OM(v,, , Uj) совместится с направлением ОХ, точка Р сферы а займет положение Р0 на сфере b и точка M(v ;, Uj ) сферы а займет положение точки М на направлении оси ОХ сферы bo

Теперь угол наклона плоскости поляризации электромагнитной волны, принятой измеряемой антенной в точ- ке M(v;, V ), равен „

Для установки угла наклона плоскости поляризации

1«- Уо+

Q нужно опорную плоскость .v v(

const, совмещенную с ОХ для установленного угла УО поляризации, повернуть вместе с измеряемой антенной относительно направления ОХ на угол 5 0К. При таком повороте точка Р сферы а опишет дугу РиР. окружности на сфере Ь, плоскость которой лежит в плоскости фронта падающей волны, а угол 0 согласно определению отсчиты- 0 вается в этой плоскости между конечным положением опорного направления Pfl С опорной плоскости POM(v,, UJ), совпадающей с плоскостью Р0ОМ, и начальным направлением опорной 5 плоскости POM(v(, U.1 ), совпадающей с плоскостью Р(ОМ, совпадающими с поворотом опорной плоскости v v, const вместе с антенной на угол (L . Такой поворот сделать, если 0 повернуть поворотное устройство на углы to , Q, fi , определяемые через заданные углы v,1, Uj , fk k -|f0. Из фиг„2 можно получить:

q arctg(tgUj sin); (2) Q arccos(sinU cos $k); (3) При повороте поворотного устройства на углы (Р и Q точка перемещается в положе.чие Р, , опорная плоскость POM(v|, Uj , УО) измеряемой ан- Q тенны совпадает с плоскостью ( и точка M(vJ, Uj,yo) перемещается в положение М, так что дуга Р0М равна дуге Р( М, о Для возврата точки M(v4 , и.Лд) из положения М, на направление 5« ОХ в положение М необходимо ось OZa поляризационного устройства повернуть на.- A J BPi D, после чего опорная плоскость POM(v(, Uj,), ранее совмещенная с Р0ОМ, занимает положение, 0 совмещенное с Р| ОМ. Из фиг02 можно получить fij arccos Ј ctgU ctg arccos x

x (sinll cos fi )).(4)

Таким образом, для поворота плос- кости поляризации электромагнитной волны, принятой измеряемой антенной в точке М на заданный угол о - i необходимо поворотное утсройство повернуть на углы:

atctg(tgU-sinS):

0 arccos(sinU-coso);

PI - v - arccos ctgUctg(arccos x x (sin U cos )),

при этом угол наклона плоскости поляризации волны, падающей на измеряемую антенну, равен # tf0 + fr0

Обзор пространства ведется одним из известных способов (например, при фиксированном положении угла U угол v поворотом оси /3 от 0 до 360° с дискретом uv или при фиксированном положении vj угол U изменяется

поворотом осей (О и 9 от 0 до 180° с дискретом Д.и.

Измеренные приемником 6 три значения амплитуды Л (i, j, 0), A (i,

/

j, -,) и A (i, j, у) для каждой точки

М (v; , Up при трех углах наклона плоскости поляризации, записываются в память блока 7 управления и для каждой точки М (v,, Uj) вычисляется коэффициент эллиптичности k и угол Г наклона главной оси эллипса поляризации по формулам .

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для измерения поляризационных характеристик антенныо Цель изобретения - повышение точности. Способ измерения поляризационных хар-к антенн включает облучение исследуемой антенны (ИА) электромагнитной волновой линейной поляризации, многократные повороты ИА по азимуту v и углу места U относительно направления на источник электромагнитной волны, измерение всякий раз амплитуды принятого ИА сигнала и углов v и U, причем поворот ИА выполняют в локационной системе координат по азимуту Ц) и углу места 0 и дополнительно вокруг ее продольной оси по углу и в соответствии с заданными соотношениями. Указанные операции выполняют не менее чем для трех значений угла 0 , например О, 45 и 90°. По результатам измерения амплитуд принятого сигнала для трех значений угла i в каждом направлении U, v определяется коэффициент эллиптичности и угол наклона большой оси поляризационного эллипса. Угол d является углом наклона плоскости поляризации электромагнитной волны к выбранной оси ИА при неизменной ориентации плоскости в пространстве. Повышение точности обусловлено неизменностью ориентации плоскости в поляризации электромагнитной волны,и, соответственно, неизменностью отражений от подстилающей поверхности и местных предметов. 2 ил. § сь 00 4 ОЭ

К (v- U ) - I -Ао, ф. ) i2A Jj- I A Q A2-l2)

Vv V л| A0 + Aft(2 + v л7

z.

Г

/ „-ч г, с 2А7/4- - АО - (v,, ILj) 0,5 arctg -

Ао Alr/2 где А , Aft , - квадраты измерен- 4 2. ных амплитуд напряжений, пропорциональные мощности сигналов, при- 25 нятых измеряемой антенной 1 для каждой точки М (v i, U:) и записанных в память 30 блока 1 управления .

Результаты измерений и вычислений преобразуются в памяти микроЭВМ и выводятся на блок регистрации одним 35 из известных способов.

Данный способ измерения поляризационных характеристик антенн с помощью Одной неподвижной вспомогательной антенны 3, излучающей элект- 40 ромагнитную волну линейной поляризации, и трехкоординатного поворотного механизма 2 с вынесенной за пределы конструкции фиксированной в пространстве точкой начала координат по д5 сравнению с известными способами обеспечивает повышение точности измерений за счет постоянства ориентации плоскости поляризации электромагнитной волны, что в свою очередь при- водит к неизменности амплитуды поля в точке измерений за счет неизменности искажений падающего на исследуемую антенну поля.

А7/2

лучение измеряемой антенны элект магнитной волной линейной поляри ции, многократные повороты иссле мой антенны относительно направл прихода электромагнитной волны, мерение при этом амплитуды приня исследуемой антенной сигнала и о деление искомых параметров, от личающийся тем, что, с ц лью повышения точности в условиях ражения от местных предметов, пов ты измеряемой антенны по азимуту углу места 9 выполняют в соответс вии с соотношениями:

Ц arctg(tg U-sini) 0 arccos(sin U cos 0 )

и дополнительно по углу поляризац в соответствии с соотношением

Р

А -v - arccos ctg UK xctg (arccos(sin U coso))J

причем указанные операции выполня для не менее чем трех значений уг ла S ,

где v, U - азимут и угол места на правления измеряемой а тенны на источник элек ромагнитной волны, от тываемые в системе коо динат измеряемой антен относительно оси, совп дающей с осью поворота измеряемой антенны по лу поляризации 8 i о - угол между плоскостью ляризации электромагни ной волны, принятой из

Формула изобретения

Способ измерения поляризационных характеристик антенны, включающий обА7/2

2 5 0

5

0 5

лучение измеряемой антенны электро- магнитной волной линейной поляризации, многократные повороты исследуемой антенны относительно направления прихода электромагнитной волны, измерение при этом амплитуды принятого исследуемой антенной сигнала и определение искомых параметров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях отражения от местных предметов, повороты измеряемой антенны по азимуту и углу места 9 выполняют в соответствии с соотношениями:

Ц arctg(tg U-sini) 0 arccos(sin U cos 0 )

и дополнительно по углу поляризации в соответствии с соотношением

Р

5

А -v - arccos ctg UK xctg (arccos(sin U coso))J

причем указанные операции выполняют для не менее чем трех значений угла S ,

где v, U - азимут и угол места направления измеряемой антенны на источник электромагнитной волны, отсчитываемые в системе координат измеряемой антенны относительно оси, совпадающей с осью поворота измеряемой антенны по углу поляризации 8 i о - угол между плоскостью поляризации электромагнитной волны, принятой измеряемрй антенной, относительно фиксированного положения плоскости поляри-

в

10

эации электромагнитной волны, отсчитываемый в плоскости фронта волны.

8

.2

za()

м(и,и)