Способ определения фазового центра антенны Советский патент 1991 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для определения фазового центра антенны.

Цель изобретения - повышение оперативности и упрощение процесса определения фазового центра антенны эллиптической поляризации.

На фиг.1 .показана система координат, Связанная с точкой измерения; на фиг.2 - взаимное расположение точек поля, в которых измеряют его составляющие относительно исследуемой антенны; на фиг.З - расположение турникетной антенны относительно исследуемой антенны, ось которой известна; на фиг.2 и 3 показаны исследуемая 1 и турникетная 2 антенны.

Способ реализуется следующим образом.

Известно, что фазовый центр антенны есть точка, из которой исходят сферические волны. Определяя направление вектора Пойтинга, поле излучения антенны, можно определить прямые линии, для которых эти вектора являются направляющими. Эти прямые пересекаются в фазовом центре антенны. Для определения точки пересечения достаточно определения двух прямых.

Рассмотрим определение направления вектора Пойтинга с помощью определения ориентации плоскости вращения вектора напряженности электрического поля,

В системе координат x,y,z (фиг.1), связанной сточкой измерений в поле антенны, вектор электрического поля описывает эллипс, лежащий в некоторой плоскости. Эта плоскость является картинной, и единичный

VI

О

ГО

со ю ел

нормальный вектор ft определяет направление вектора Пойтинга П

П пП.(1)

Предположим, что непосредственному измерению подлежат три комплексные проекции векто а на оси выбранной системы координат Ёх.Ёу, EZ. Введем местную систему координат (Ј, /, Ј) , связанную с волной. Начало местной системы совпадает с началом системы x,y,z, а эллипс поляризации лежит в плоскости (trj). Переход от системы x,y,z к системе Ј, rj, Ј осуществляется с помощью известных преобразований, которые, записанные через углы Эйлера (р,в,гр, имеют вид при гр л/2 (выбор 1/ -л/2 соответствует положению оси Ј в плоскости Ј z, что не оказывает влияния на конечный результат):

0

Ј х (-cos 9 sin p) + у cos в cos у + + zsiny ;

r -xcos -ysin«5; Ј xsin#sinip-ysin0cos p +zcos#.

(2)

Соотношениями (2) связаны также составляющие ПОЛЯ Ex, ty, EZ И ЁЈ , Ё«, E.J .

Единичный вектор г1 является также единичным нормальным вектором к плоскости расположения эллипса

.(3)

Для плоской волны справедливо соотношение

(Ё ft) 0,(4)

которое в развернутом виде можно записать

I

IE sin $sln (p- Еу sin $cos p + Ez cos в - 0 , Ёх sin р- Ёу sin (р + Ez cos в О , (5) где Ёх Ех , Ёу Еу е№у, Ez Ez ,

знак обозначает комплексное сопряжение,

Решая систему (5) относительно углов (р лв, получим:

р arctg

Еу sin (ay-az). Ex sin (ax - «z)

(6)

0 апдх

EZ (EX sm (ax - «z))2 + (Еу sin (ay - az)) xExEysin(ax-ay)

Для того, чтобы решение (7) удовлетворяло исходному уравнению, выбирается знак плюс при извлечении корня. Кроме того, решения (6) и (7) можно представить через ортогонально круговые компоненты, параметры Стокса.

Таким образом, единичный вектор нормали ri определяется

0

5

0

5

0

5

rt 0sin) +(- sin cos p) +Tcos0,

(8)

Проекции на оси x,y,z в выражении (8) можно непосредственно выразить через компоненты Ёх, Еу, Ez и (ах - ау), («у - (Ь.) и («х - «z).

Направление нормали rt соответствует направлению вектора Пойтинга. В свою очередь, вектор Пойтинга совпадает с направляющим вектором прямой, проходящей через фазовый центр. Определяя направление прямых в двух разнесенных точках (фиг.2), находят также точку их пересечения, соответствующую фазовому центру.

Если известна ось антенны, на которой расположен фазовый центр, то достаточно измерений в одной точке, отстоящей от оси. В этом случае положение вспомогательной антенны фиксировано и очень удобно применение способа при исследовании движения фазового центра в зависимости от частоты.

Предлагаемый способ определения фазового центра может быть реализован следующим образом (фиг.З)

Рассмотрим пример, когда ось антенны, на которой расположен фазовый центр антенны, известна В этом случае достаточно измерений на плоскости и, в частности, в качестве вспомогательной антенны использовать два скрещенных электрических диполя (турникетную антенну).

Плоскость турникетной антенны проходит через ось антенны. В этом.случае в я/2, ах - Ог. «у -аг , угол / определится согласно выражению (6) как

tv

(р arctg

±1

(9)

0

5

0

5

Теперь, так как расстояние от оси у0 выбирается в ходе эксперимента и известно координата х0 определяется

x y0ctg p yo .(10)

ЬУ

Таким образом, использование изобретения обеспечивает повышение оперативности и снижение трудоемкости в определении фазового центра антенны за счет проведения изменений только в одной или двух точках исследуемого поля, а также упрощение процесса измерений, исключение применения сканирующей антенны перемещения антенны в пространстве, а при известной оси расположению фазового центра - исключение фазовых измерений Формула изобретения Способ определения фазового центра антенны, включающий излучение электромагнитного поля исследуемой антенной, прием его вспомогательной антенной при

размещении ее последовательно в двух точках электромагнитного поля, измерение амплитуды и фазы принятого сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и упрощения процесса определения фазового центра антенны эллиптической поляризации, измерение амплитуды и фазы выполняют для трех ортогональных компонент вектора электрического поля Ех е, Еуе у, Ег е , определяют направление из фазового центра исследуемой антенны в каждую точку поля по формулам

y, arctg s;n(gv-«2); r 3 Exsln(ax-o:z)

0

5

0 angx

Ег (Ex sin («х - Ог))2 + (Ey sin (gy - Oz))2

xExEysin(ax-ay)

гдеу, в- азимут и полярный угол соответствен ; но в прямоугольной системе координат, в которой выполнялось разложение вектора электрического поля на ортогональные компоненты и начало которой расположено в фазовом центре вспомогательной антенны в каждом ее положении, и определяют положение фазового центра исследуемой антенны как точку пересечения двух указанных направлений.

Изобретение относится к технике антенных измерений, может быть использовано для определения фазового центра антенны. Цель изобретения - повышение оперативности и упрощение процесса измерений. Указанная цель достигается тем, что с помощью вспомогательной антенны измеряют в двух разнесенных точках поля исследуемой антенны три ортогонально-линейные комплексные компоненты электрического поля, определяют углы ориентации векторов, нормальных к плоскости вращения вектора напряженности электрического поля, принимают их направляющими векторами двух прямых и определяют их точку пересечения, соответствующую фазовому центру. Повышение оперативности обусловлено измерением составляющих поля только в двух точках.3 ил. (Л

Фазовый центр

П«ЛП

fut-1.

nz

фиг 2

фазеВнй qe#/rrp

Ось atffrrew&i

cpu&.3