Способ определения диаграммы направленности антенны Советский патент 1992 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при испытаниях антенн при их разработке и настройке.

Цель изобретения - повышение точности при использовании остронаправленной вспомогательной антенны.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения диаграммы направленности антенны (ДНА).

Устройство реализующее способ определения ДНА, включает генератор 1 сигналов с исследуемой антенной (ИА) 2, размещенной на первом координатно-поворотном блоке 3, а также размещенный в дальней зоне излучения ИА комплект 4 измерительной аппаратуры, состоящий из последовательно соединенных размещенной на втором координатно-поворотном блоке 5 вспомогательной антенны (ВА) 6 комплекта измерительной аппаратуры и измерительного приемника 7.

Способ определения ДНА реализуется следующим образом.

Степень кривизны фазового фронта электромагнитной волны ( ЭМВ) излучения на входе определяется размерами участка сферического фронта волны, эффективно принимаемого синфазной поверхностью

XI

8

v| С Ч)

антенны. Когда ВА всегда ориентируют одинаковым образом в направлении ИА, сферичность фронта ЭМВ определяется кривизной фронта волны излучения ИА и не может быть одинаковой в области основно- 5 го и боковых лепестков ДН измеряемой ан- тенны.

В данном изобретении обеспечивают одинаковую степень сферичности фазового фронта ЭВМ за счет изменения размеров 10 эффективно принимаемого участка фазового фронта волны. Изменение размеров эффективно принимаемого участка фронта ЭВМ обеспечивают изменением эффективной площади раскрыва ВА в направлении 15 приема за счет изменения ее КУ в направлении приема излучения ИА. Изменение коэффициента усиления обеспечивают путем поворота ВА вокруг своей оси (горизонтальной или вертикальной) до достижения тре- 20 буемого опорного уровня сигнала излучения на выходе антенны комплекта измерительной аппаратуры (АКИА) Amin.

Обеспечение одинаковой степени кривизны фазового фронта ЭМВ излучения на 25 входе АКИА в процессе измерения ДН измеряемой антенны ведет к повышению точности определения нормированной ДНА.

При этом используется априорная информация с ДН ВА и в переносе этой инфор- 30 мации на исследуемый объект. В процессе измерений происходит сравнение получаемой сигнальной информации с опорной информацией об измеряемом параметре.

Для выполнения измерений в соответ- 35 ствии с заявляемым способом АКИА должна быть остронаправленной, причем для обеспечения одинаковой степени отличия фазового фронта волны от плоского при любой ориентации ИА диапазон изменений макси- 40 мума и минимума диаграммы направленности ВА должен превосходить соответствующий диапазон изменений уровней излучения ИА. С этой целью в качестве ВА выбирают антенну с более остронаправлен- 45 ной ДНА. например, при измерении ДНА вибратора используют в качестве измерительной антенну зеркальную и др. Кроме того, ВА должна быть предварительно аттестована по диаграмме направленности или 50 по коэффициенту усиления во всем исследуемом диапазоне частот измерений по всем угловым координатам.

Определение ДНА проводят следующим образом.55

Устанавливают ИА и ВА на определенном расстоянии.

Ориентируют ВА в направлении максимума приема излучения ИА(т.е. максимум диаграммы направленности ВА ориентируют в направлении ИА, сориентированной произвольно).

Производят круговое вращение ИА вокруг своей оси и находят минимум излучения ИА в направлении на ВА, что соответствует минимальной амплитуде принятого сигнала.

Фиксируют направление минимума излучения ИА и максимума приема по максимуму ДН ВА и соответствующие углы ориентации ИА р|0 и Q0 АКИА и &0. В этом положении измеряют амплитуду сигнала на выходе АКИА Амин. Это положение антенн характеризуется некоторой сферичностью фронта ЭМВ и соответствующей точностью измерения амплитуды сигнала

в- 2Аг„ин

где d - параметр, характеризующий точность измерения,

а также соответствующей амплитудой сигнала на выходе ВА - Амин.

В дальнейшем поворачивают ИА вокруг своей оси на угол р (азимута) или в (места) относительно углов: или $0. Это приведет к увеличению амплитуды сигнала на выходе ВА вследствие направленности излучения ИА.

После этого ВА поворачивают до тех пор, пока на выходе ВА не установится исходный уровень сигнала Амин, (т.е. уменьшают КУ ВА в направлении приема), и фиксируют угол поворота yv или в относительно ( &о ). По известной априорно зависимости КУ ВА от углов ее ориентации рк , в определяют изменение (в данном случае уменьшение) КУ Ли и записывают значение величины Ли, соответствующее ориентации р (ф ) ИА (т.е. присваивают это значение изменения КУ ВА изменению КУ ИА, так как они эквивалентны, несмотря на то, что (fx рц).

Далее измерения проводят в соответствии с изложенной последовательностью действий.

В отличие от известных способов измерения ДНА отсчет показаний проводят, используя известные характеристики ВА, которые могут быть получены заблаговременно с высокой степенью точности (в качестве ВА можно использовать эталонную или образцовую антенну). Высокая точность характеристик В А предложенным методическим приемом переносится на измеряемую антенну.

Устройство, реализующее способ определения ДНА, работает следующим образом.

Комплект 4 измерительной аппаратуры размещают на удалении Гмин от раскрыва измеряемой антенны 2, соответствующем условию дальней зоны излучения, и включают генератор 1 сигналов.

Антенну б комплекта измерительной аппаратуры ориентируют в направлении источника излучения по максимуму приема сигнала измерительным приемником 7, Осуществляют круговое или секторное вращение измеряемой антенны 2, в плоскости Е и (или) Н находят минимум излучения сигналов.

Антенну 6 комплекта измерительной аппаратуры ориентируют в направлении источника излучения по максимуму приема сигнала измерительным приемником 7. Осуществляют круговое или секторное вращение измеряемой антенны 2 в плоскости Е и (или) Н, находят минимум излучения сигнала в направлении измерительной антенны 6 комплекта 4 измерительной аппаратуры и фиксируют полученное значение амплитуды принимаемого сигнала на выходе последней Амин с помощью измерительного приемника 7.

На следующем этапе измерений организуют вращательное перемещение измеряемой антенны 2 на углы р (в(), а затем вращательное перемещение антенны 6 комплекта 4 измерительной аппаратуры на углы У ( & ) до достижения амплитуд принимаемых сигналов величины Амин, определяя при этом по техническим характеристикам измерительной антенны 6 комплекта 4 измерительной аппаратуры степень уменьшения коэффициента усиления последней относительно первоначального положения (максимального значения) Ли

1-1.2. .... N;k- 1,2,.... N.

где N - количество измеряемых точек, и приписывают эти значения величин Ди соответствующим углам ориентации измеряемой антенны 2 ifx (б|).

Точность измерений можно еще более повысить, ориентируя в направлении минимума излучения ИА не максимум коэффициента усиления АКИА, а некоторое отличное 5 от максимального значения (меньшее) на величину бЛи значение КУ АКИА. Это приведет к дополнительному повышению точности измерения опорного уровня АМИн за счет уменьшения сферичности фазового

0 фронта волны излучения на входе АКИА и, как следствие, к дополнительному повышению точности измерения ДНА (при этом динамический диапазон измеряемой ДН должен быть не менее диапазона измене5 ния КУ вспомогательной антенны).

Таким образом, данное изобретение позволяет повысить точность измерения ДНА за счет регулирования сферичности фазового фронта ВА в месте расположения ИА в

0 зависимости от угла между нормалью к рас- крыву ИА и направлением от ИА на ВА. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ определения диаграммы направленности антенны, включающий излу5 чение исследуемой антенной электромагнитной волны при ее вращении, прием электромагнитной волны в дальней зоне вспомогательной антенной, одновременное измерение амплитуды принятого сигнала и

0 угловых координат направления нормали к раскрыву исследуемой антенны, поддержание амплитуды принятого сигнала постоянной в каждом из замеров и определение диаграммы направленности антенны по ре5 зультатам измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при использовании остронаправленной вспомогательной антенны, поддержание постоянной амплитуды принятого сигнала

0 осуществляют путем соответствующего отклонения максимума диаграммы направленности вспомогательной антенны от направления на исследуемую антенну, при этом в первоначальном положении ориен5 тируют исследуемую антенну на вспомогательную антенну минимумом диаграммы направленности, а вспомогательную антенну ориентируют на исследуемую антенну максимумом диаграммы направленности.

0

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при испытаниях антенн при их разработке и настройке. Цель изобретения - повышение точности при использовании остронаправленной вспомогательной антенны. Это достигается тем, что при измерении диаграммы направленности антенны, установленной на поворотном механизме,обеспечивают одинаковые уровни амплитуды и разности фаз на входе вспомогательной антенны путем вращения ее после соответствующего изменения ориентации исследуемой антенны. В исходном состоянии максимум диаграммы направленности вспомогательной антенны ориентируют в направлении минимума излучения исследуемой антенны. Измеряемую диаграмму направленности определяют, отсчитывая уменьшение коэффициента усиления измерительной антенны относительно максимального значения при изменении ориентации последней. Нормированную диаграмму направленности измеряемой антенны определяют, используя известную информацию об изменении коэффициента усиления измерительной антенны при изменении ее ориентации в пространстве. 1 ил. ел с