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

«

Целью изобретения является сокращение времени при сохранении точности измерения диаграммы направленности.

Поставленная цель достигается тем. что в способе измерения диаграммы направленности антенны, основанном на облучении исследуемой антенны сигналом, вращении ее относительно центральной оси, регистрации выходного сигнала исследуемой антенны, вращение исследуемой антенны осуществляют с угловой скоростью, изменяющейся по закону arcsin t/t.

На чертеже представлена структурная схема измерительной установки для снятия диаграммы направленности, реализующей предлагаемый способ.

Устройство, реализующее способ измерения диаграммы направленности, состоит из генератора 1, выход которого подключен к вспомогательной антенне 2. Измеряемая антенна 3, выход которой подсоединен к входу приемного устройства 5, установлена через блок 4 неравномерного движения на поворотном устройстве 6, при зтом выходы приемного устройства 5 и блока 4 неравномерного вращения соединены с самописцем 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Генерируют излучаемый сигнал, подают на вспомогательную антенну и излучают плоскую электромагнитную волну в свободное пространство. Измерение диаграммы направленности осуществляют путем последовательного поворота измеряемой антенны вокруг собственной оси в интересующей плоскости и регистрируют результат, при зтом перемещение антенны по углу осуществляют по нелинейному закону, например arcsin t/t.

Рассмотрим подробно, за счет чего возникает выигрыш во времени измерения. Диаграмма направленности в дальней зоне может быть описана интегралом

F(©) fL/2A(x), (1)

где L- линейный размер антенны;

А(х) - амплитудное распределение по раскрыву:

К 2л/Яо - волновое число;

До-длина волны.

Дополнив А (х) нулевыми значениями за пределами апертуры, можно перейти к бесконечным пределам в выражении (.1). Кроме того, при работе устройства угловое положение антенны © связано с частотой вращения ИД соотношением

0 wt.(2)

Тогда на выходе приемного устройства временной сигнал F{t) будет определяться выражениями 91) и (2) и запишется в виде

F(t) (х),(3)

Обратившись к канонической форме записи преобразования Фурье, произвольный временной сигнал можно записать в виде

H(t) в(х).(4)

Сравнивая выражения (3) и (4), можно сделать вывод, что выражение (3)- обратное Фурье-преобразование при замене переменной

t Ksin 0)1,(5)

Из радиотехники известно, что преобразование, обратное выражению (4), спектр сигнала и ширина этого спектра определяет полосу пропускания последующего ФНЧ, а значит, и количество шумов на выходе приемного устройства (чем шире спектр, тем больше шумов исказят сигнал F(t), тем меньше будет точность измерения).

Сопоставим ширину спектра временных функционалов (3) и (4), для чего построим графики функций Yi (yt и Уг К sin Ш1 таким образом, чтобы конечные значения функций совпадали. Сравнивая графики,

можно заметить, что до угла л:/3,56 функция У2 Ksin 0)1 нарастает быстрее (т.е. у нее большой угол наклона касательной), а дальше - медленней. Посмотрим графически, как это отразите на поведении функций F(t)

и H(t); происходит сжатие центральной части F(t) и растяжение хвостов (функции F(t) и H(t) изображаются в предположении, что А(х) Г (х) - / (х - L), где т (х) - функция Хевисайда, при этом H(t) sin t/t).

Пусть временной функционал H(t) имеет ширину спектра Долэ. Очевидно, что наибольший вклад в спектр дает главный лепесток, так как он имеет максимальную энергию (формула Релея в узком смысле).

Если в случае с F(t) сжать лепесток в m раз, то и спектр этого сигнала расширится почти в m раз. И хотя потом спектр сжимается в области хвостов, проигрыш очевиден, так как хвосты имеют меньшую

сум1иарную энергию, частотные составляющие которой не фильтрумэтся, так как они лежат ниже АйЛз.

Таким образом, по сравнению с канонической функцией H(t) функция F(t) имеет

спектр шире почти в m раз.

Сущность изобретения заключается в следующем: сделать вращение антенны неравномерным и превратить функцию F(t) в функцию, аналогичную H(t). В этом случае ее спектр сожмется в m раз и можно увеличить

скорость вращения антенны в m раз, сохранив неравномерный характер вращения. При увеличении скорости вращения в m раз в такое же количество раз уменьшится время измерения при сохранении той же точности, так как ширина спектра осталась прежней и количество шумов не увеличилось.

Определим количественно выигрыш во времени. Рассмотрим уравнения:

К .

У

y2 Ksincot,

описывающие характер вращения ИА: Vi равномерное, У2 - неравномерное.

После дифференцирования получим значение У1 /2, т.е. примерно в 1,5 раза. Уменьшение времени измерения возможно для антенн с шириной диаграммы направленности не более 80-100. Для ненаправленной антенны (изотропный излучатель) выигрыш монотонно уменьшается с 1,5 до 1.

Определим зависимость частоты вращения ИА от времени. Перепишем выражение (5) в виде

arc sin

О) (г)или после замены переменных 1 arct sin t

G)(t) (6)

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Сигнал, вырабатываемый генератором 1, поступает на вход вспомогательной антенны 2 и излучается в открытое пространство. Сигнал принимается измеряемой

антенной 3, установленной через блок 4 неравномерного вращения на поворотном устройстве 6, и поступает на вход приемного устройства 5, с выхода которого подается на самописец 7. Поворот измеряемой антенны

3 вокруг своей оси поворотным устройством 6 и регистрация полученных результатов самописцем 7 - суть измерения диаграммы направленности. Поворотное устройство б осуществляет пространственное изменение

положения ИА по нелинейному закону (6) при помощи блока 4 неравномерного вращения. Информация об угле поворота с блока 4 поступает на второй вход самописца 7. Таким образом, изобретение позволяет

сократить время измерения диаграммы направленности примерно в 1,5 раза при сохранении точности измерения. Формула изобретения Способ измерения диаграммы направленности антенны, основанный на облучении исследуемой антенны сигналом, вращении ее относительно центральной оси, регистрации выходного сигнала исследуемой антенны, отличающийся тем ,

что, с целью сокращения времени измерений, вращение исследуемой антенны осуществляют с угловой скоростью, изменяющейся по закону arcsin t/t.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диаграмм направленности антенн. Целью изобретения является сокращение времени измерения. Способ заключается в облучении исследуемой антенны сигналом, вращении ее относительно центральной оси с угловой скоростью, изменяющейся по закону arcsln t/t и регистрации выходного сигнала. 1 ил.