Способ измерения диаграммы направленности стационарной антенны Советский патент 1991 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений и сокращение времени при измерении диаграммы направленности стационарной антенны в заданных направлениях по азимуту вдоль поверхности земли.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения диаграммы направленности стационарной антенны.

Устройство содержит исследуемую стационарную антенну (ИСА) 1, N вспомогательных антенн (ВА) 2i. 2г2м.

размещенных на расстоянии I Д, друг от друга, N селективных измерительных блоков 3i, 32Зм, блок 4 управления и блок 5

регистрации.

Способ измерения диаграммы направленности стационарной антенны реализуется следующим образом.

Вспомогательные антенны 2i2м, которые конструктивно могут быть выполнены в виде единого блока, размещаются вблизи от ИСА 1 и ориентируются известными методами на местности (например, по компасу). Блок 4 управления выдает команду блокам 3tЗм+i на измерение ими мощности принятого сигнала P(tj). ИСА 1 и PBK(tj) каждой из N ВА2(К-1,2N) одновременно. Результаты измерений фиксируются в памяти блока 4. Блок 4 определяет напряQs

(

О

о

00

женность поля в каждый момент времени TjE(tj,pi) для каждого направления р ( -- 1,2М)путем решения М систем уравнений вида

LBK p()E2(ti.)pBK(t)), (1)

I - 1

fj

где LF (/})- значение ненормированной диаграммы направленности ПСА в направпении fl ;

LBK Ff3K (/}) - значение ненормированной ДН К-й вспомогательной антенны в направлении /

P(tj) PBK(TJ) - соответственно мощности электромагнитного сигнала, принятые соответственно ИСА и каждой ВА.

Далее блок 4 решает систему уравнений видя

L X Г2Ыг(1,) Р(1,)

i - 1

и определяет ДН ИСА 1 путем нормировки к максимуму результатов ее решения. Ре- зульта гы определения ДН по команде блока 4 регистрируются блоком 5 регистрации.

Исследуемая антенна представляет со- бой стационарную антенну НЧ-диапазона (например, СВ, ДВ...), ДН которой необходимо измерить. Вспомогательные антенны 2i2ы представляют собой малогабаритные антенны рассматриваемого диапазона с априорно известными неравномерными в горизонтальной плоскости ДН (например с ДН приближающейся к кардиоиде), причем их максимумы отклонены один от друго. 2л угол, кратный

го на

-N-.-где

N

число

/24

вспомо1ательных антенн.

Селективные измерительные блоки 3i 3w+i предназначены для измерения мгновенных значении ЭДС. наводимой в ИСА 1 и ВА 2, имеют селективные, перестраиваемые в соответствии с командами блока 4 управления входы, и представляют собой стандартные радиоизмерительные приборы.

В каждый конкретный момент времени, на конкретной частоте антенна 1 оказывается под воздействием реальной электромагнитной обстановки, то есть элементарных напряженности поля Е (О , р) приходящих в точку ее расположения одновременно со всех направлений.

Выражение для мощности на входе измерительного прибора для конкретной частоты при условии согласования антенны с фидером и без учета шумов антенны, фидера и измерительного прибора может быть записано в виде

К 7

Р(М l v- EV iF M/r/ rit / )

ч.о р.о

г 7

vnndi/jq i.I j f l B ir fe b.-(hi je

9-a

Л1Ч.7.171МГПФ

ieo«4T

где f, 0- соответственно азимутальная и меридиональная угловые координаты;

D (Ob, PO) коэффициент направленного действия антенны в направлении макси- мумаееДН;

F (Э, (р) - значение нормированной ДН антенны в направлении 0,уз;

|Ј|2 -нормированный поляризационный коэффициент передачи по мощности;

Г - коэффициент отражения от входа антенны;

/- КПД антенны. Так как антенны рассматриваемого

25

30

„п класса располагаются непосредственно у поверхности земли (высота подъема антенны над поверхностью земли гораздо меньше чем длина волны),распространение радиоволн в НЧ-диапазоне осуществляется преимущественно земной волной, т.е угол места направления прихода волны можно считать равным нулю.

Представив выражение(3) в виде суммы ряда слагаемых, разбивают полный телесный угол на три области: А - область нижней полусферы, охватывающая все направления на поверхности земли; В - область горизонтальной плоскости над поверхностью земли; С - область верхней полусферы. Доля мощности, обусловленная областью А (тепловые шумы земли), а также тепловые шумы антенны, ее фидерного тракта и измерительного прибора учитываются отдельным слагаемым с использованием известного соотношения Найквиста в Р и РВк. Доля мощности, обусловленная областью С в дневное время суток, достаточно мала и также может быть учтена, причем с известной степенью точности для дневного времени суток ею можно пренебречь.

Таким образом, может быть осуществлен переход от интегрирования по полному телесному углу к интегрированию в плоскости, а последнее представлено как сумма из N интегралов и преобразовано к виду уравнений, входящих в систему (2). Соответственно для каждого момента времени tj может быть записано свое уравнение и получена система уравнений вида (2), которая разрешима (в классическом смысле) при условии линейной независимости N векторов E(tj.yi). Электромагнитная обстановка (ЭМО) в НЧ-диапазоне достаточно сложна и насыщена. Ее формируют следующие источники ЭМ излучения: радиопередающие

40

45

50

55

средства; атмосферное электричество; переменные электрические токи, протекающие в цепях электрических машин и приборов.

В реальной ситуации на каждой конк- ретной частоте рассматриваемого диапазоне одновременно действует множество источников, некоррелированных друг с другом, электромагнитное поле которых в общем случае характеризуется большими, быстрыми флюктуацичми. следовательно, секторы, характеризующие мгновенное значение напряженности ЭМ поля, приходящего в точку измерений с различных направлений, в общем случае являются линейно независимыми, т.е. существуют объективные условия для определения ДН ИСА путем решения системы уравнений ви- да (2),

Векторы Е (tj , ), характеризующие мгновенные значения ЭМО в месте расположения ИСА, могут быть определены при использовании вспомогательных антенн с известными характеристиками, для каждой из которых в каждый конкретный момент времени tj может быть записано уравнение в виде (1), а для всей совокупности получена соответствующая система уравнений.

Формула изобретения

Способ измерения диаграммы направ- ленности стационарной антенны, включающийизмерениемощностиэлектромагнитного сигнала на исследуемой частоте, принятой стационарной антенной и вспомогательными антеннами, размещен- ными на расстоянии I Я одна от другой, где Я - длина волны, соответствующая частоте измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере

ний и сокращения времени при измерении диаграммы направленности стационарной антенны в заданных направлениях по азимуту вдоль поверхности земли, измерения мощностей, принятых стационарной и вспомогательными антеннами осуществляют одновременно в каждый момент времени, определяют напряженность электромагнитного поля Е (tj yi) в каждый момент времени для каждого направления fi 1 1,2,...Миз системы уравнений

LRK Ј FЈK () Е2 (t|, у}) Рвк (tj)

i - 1

и определяют диаграмму направленности исследуемой стационарной антенны путем нормировки к максимальному значению решения системы уравнений

L I F2fa)E2(tj) P(t,).

i 1

где L F (у})- значение ненормированной диаграммы направленности исследуемой стационарной антенны в направлении (Ј ;

LBK FBK (/ч) значение ненормированной диаграммы направленности К-той вспомогательной антенны в направлении fl ;

P(tj) и PRK(tj) - соответственно мощности электромагнитного сигнала, принятые соответственно исследуемой стационарной антенной и каждой вспомогательной антенной, при этом вспомогательные антенны выполнены с неравномерными диаграммами направленности в горизонтальной плоскости, а их максимумы отклонены один от другого на угол, кратный 2 я/N где N- число вспомогательных антенн.

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений и сокращение времени при измерении диаграммы направленности (ДН) стационарной антенны в заданных направлениях по азимуту вдоль поверхности Земли. Для этого вспомогательные антенны (ВА) размещают вблизи от исследуемой стационарной антенны (ИСА) и ориентируют по компасу на местности. В каждый момент времени осуществляют одновременный прием ИСА и ВА электромагнитных сигналов на исследуемой частоте. Определяют напряженность электромагнитного поля в каждый момент времени для каждого направления из системы уравнений и определяют ДН ИСА путем нормировки к максимальному значению решения системы уравнений. ВА выполнены с неравномерными ДН в горизонтальной плоскости, а их максимумы отклонены один от другого на угол, кратный 2φ/N, где N - число ВА. 1 ил.