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

Изобретение относится к антенной технике оптических частот и может быть использовано в оптронах открытого типа с малой дистанцией реагирования,

Известен способ определения неравномерности диаграммы направленности фото- приемных устройств с широкими полями зрения. Измерение диаграммы направленности производят путем замеров показаний фотоприемного устройства, положение которого изменяется относительно направленного на него пучка излучения по двум независимым координатам в пределах одной плоскости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому способу является способ измерения диаграммы направленности антенн с применением активного зонда (измерительных антенн) и пассивного зонда (отражателей), расположенного в рас- крыве исследуемой антенны. Измерения с

применением пассивного зонда представляют собой регистрацию амплитуд сигналов измерительной антенны, переотраженных от пассивного зонда, перемещающегося в исследуемой антенны в требуемом направлении координат на определенном удалении от нее.

Недостатком известного метода является сложность его реализации, обусловленная наличием движущихся элементов конструкции сканирующей части устройства, перемещающего зонд в раскрыве исследуемой антенны по сферической или цилиндрической поверхности, или плоскости, параллельной раскрыву измеряемой антенны. Сложность данного метода состоит также в необходимости обеспечения постоянства расстояния между исследуемой антенной и поверхностью сканирования зонда, обеспечивающего прямую зависимость между амплитудой отраженных сигналов и угловым положением зонда.

х СЛ СО

ГО

Цель изобретения - упрощение процесса измерения диаграммы направленности.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения диаграммы напраплен пости оптических антенн, включающем излучение исследуемой антенной, прием приемной измерительной антенной сигнала, отражен (Того плоским отражателем при его перемещении относительно мсследус мои антенны, измерение его мощности и определение диаграммы направленности исследуемой антенны по результатам измерений, оптическую ось приемной измерительной антенны метана вливают под углом д к оптмческгп оси исследуемой лнгени 1, перемеще по пппскогс отрчжогелп выполняют пдппь omrv, iЈ с к г in oci1 исследуемой н- тенны и диаграмму ча(Трапленнос1и исследуемой определяют по форму те

р (о LiЈJ

I I U } |

JT ( г ,х + I tg а у

t це Рпр- мощность излучения на входе приемной мзмерьтол ноя антенны,

0 агс,1п ((3 - текуип/ifi угол,

I - рлсстопние or отражателя до исследуемой ачтмп I,

b - рлсстоячи0 мех. зу исследуемой передающей г приемной изморигельнпй эн течнам-ч

Гвх - радиус приемной измерительной антенны;

2а-угол расходимости входного светового потока приемной измерительной эн- генны,

На фиг. 1 представлена схема для осуществления способа; на фиг. 2 - диаграмма направленноеги пзлучательной антенны.

На схеме (фиг. 1) исследуемая излуча- тельнал антепна 1 ориентирована по оси OD; приемнач измерите 1ьнзя антенна 3 радиусом ГВУ с осью б - угол между оптическими осями исследуемой и приемной измерительной антеннами; ,Пц - дальность настройки; b - база.

Показанная на фит. 1 схема представляет собой модель базового метода измерения дальности, основанного на измерении отраженного плоским экраном 5 светового потока, генерируемого излучателем 2 и принимаемого расположенным на базовом расстоянии приемником 4,

Приближение отражательного экрана сопровождается перемещением изображения по чувствительной площадке фотоприемника, так как его поле зрения сканирует по полю зрения излучателя. Этот процесс самосканированмя является основой предлагаемого метода измерения диаграммы направленности.

Как известно, световой поток ФВх на входе фогоприемника и данной системе описывается уравнением

10

Фвх тс LA2 Anx/l2 ,

О)

где TC - коэффициент пропускания среды;

АБХ-площадь входного зрачка фотоприем ни кэ;

L- яркость излучатепя.

Здесь

20

ЙАпь-х COS СГ

(2)

где Р - мощность излучателя;

Авых - площадь выходного зрачка излу- ,

Q- телесный угол распространения излучения.

В общем случае

Фвх РпрАвх,

(3)

30

где Рпр- мощность излучения на входе приемника.

Подставив (2) и (3) в (1), получим

РппАвх

Тс РА2 Авх ЙАвых COS 0

,2

№

Упростив и исключив сомножители выражения (4) TC , Q и Авых, не зависящие от далиюсти и угла отклонениями не влияющие на относительные функциональные зависимости, получим

РпР P(fl)A2/l2,

(5)

|де Р(0) - функция распоеделения мощности излучателя по углу раскрыва излуча- |ельной антенны или диаграмма направленности.

Из (5) диаграмма направленности определяется выражением

Р(0)-%г

(6)

Соотношение между Ov следует из геометрических пропорций (фиг. 1). Скользящая координата I может быть найдена из подобия AODC и AEDB, где

OP ED ОС ЕВ

Определяем из ДОЕВ: ЕВ kg0. Тогда с учетом принятых обозначений

W b

I tg В Из AODC определяем

дн - -yff (8)

Преобразуя (7) с учетом (8), получим b

6 arctg (-j-tg 5)

(9)

Площадь А2 определяется с учетом угла расходимости входного светового потока 2 а как

А2 п (гвх +1 tg a )2 ,

Подставляя (10) в (6), получим рабочую формулу для определения диаграммы направленности исследуемой антенны

Р(0)

Рпр

лг(гвх + tgap

Пример. Устанавливают излуча- тельную и приемную антенны на расстоянии Ь.

Перпендикулярно к оптической оси излучателя располагают отражательный экран с высоким ( 0,8) коэффициентом отражения. Настраивают приемоизлучательную систему на дн путем юстировки приемной антенны, добиваясь максимального фотоответа приемника при удалении отражательного экрана на дн. Перемещая экран от дн до расстояния, соответствующего фокусному расстоянию излучательной линзы, измеряют Рпр в зависимости от . Определив 0 в соответствии с уравнением (9) и подставив измеренное значение Рпр в уравнение (11), получают функциональную зависимость Р(в), т.е. диаграмму направленности излучательной антенны.

Измеренная по предлагаемой методике диаграмма направленности излучательной антенны с параметрами гвых 9,5 мм, f 1 50 мм показана на фиг. 2 Для измерений использовался макет со светодиодом А/1107 в качестве излучателя, фотодиодом ФДК

155 в качестве приемника, дн 70 см, b 10 см, Гвх 9 мм, fa 50 мм, 2 а 1,5°.

На фиг, 2 показаны рассчитанная по предлагаемому методу диаграмма направ5 ленности излучательной антенны Р($) (кривая 1) и измеренная зависимость входной мощности излучения РПр от дальности (кривая 2) приемной антенны,

Методика расчета точек кривой 1 (фиг.

10 2) следующая. Для фиксированного значения дальности I, например, I 50 см, вычисляется в соответствии с формулой (9) значение в, которое для дачного макета составляет 3°13 .

15 Подставляя полученное значение в и измеренное при I 50 см значение Рпр 3,00 отн ед. в уравнение (11), получим Р(3°13 ) 98,3отн.ед.

Очевидно, что диаграмма направленно20 сти излучательной оптической антенны кроме главного содержит также боковой лепесток с осевой направленностью 28° от нормали и уровнем мощности 0,1 от макси-я мальной.

25

Формула изобретения Способ измерения диаграммы направленности оптических антенн, включающий излучение сигнала исследуемой антенной,

30 прием приемной измерительной антенной сигнала, отраженного плоским отражателем при его перемещении относительно исследуемой антенны, измерения его мощности и определения диаграммы направленности

35 исследуемой антенны по результатам измерений, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения, оптическую ось приемной измерительной антенны устанавливают под углом д к оптической оси

40 исследуемой антенны, перемещение плоского отражателя выполняют вдоль оптической оси исследуемой антенны, а диаграмму направленности исследуемой антенны определяют по формуле

45

РпР12

Р(0)

я(гт

где # arctg (-. -текущий угол;

I - расстояние от отражателя до исследуемой антенны;.

b - расстояние между исследуемой пе- редающей и приемной измерительной антеннами;

Гвх - радиус приемной измерительной антенны;

2 а- угол расходимости входного светового потока приемной измерительной антенны;

Рпр - значение мощности принятого сигнала.

Изобретение относится к технике антенных измерений оптических частот Цель изобретения - упрощение процесса измерения. Цель достигается тем, что измерение диаграммы направленности оптической антенны выполняют при перемещении отражателя вдоль нормали к исследуемой антенне, что обеспечивает самосканировз- ние поля зрения измерительной приемной антенны по диаграмме направленности исследуемой антенны, а вычисление диаграммы направленности производится по предлагаемой формуле. 2 ил.

8

1й

В

5

Фиг.1

50

60 8