Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения пространственных характеристик направленности излучающих устройств и рассеивающих объектов в полном телесном угле.

Целью изобретения является расширение сектора определения диаграммы направленности.

Поставленная цель достигается тем, что в радиоголографическом способе определения диаграммы направленности антенны, включающем формирование электромагнитного поля в ближней зоне исследуемой антенны, выполнение измерительного цикла, включающего измерение электромагнитного поля в ближней зоне испытуемой антенны при перемещении точки приема по плоскости, для каждого положения точки

приема с одновременным измерением ее координат, выполнение двумерного преобразования Фурье результатов измерений и определение диаграммы направленности исследуемой антенны в интервалах углов

рмин макс,ин дополнительно ориентируют исследуемую антенну последовательно в направленияхWn , Эь (п 0,1... N; m 0,1 ...М) относительно нормали к плоскости перемещения точки приема, измерительный цикл выполняют для каждого из направлений , От , а диаграмму направленности во всем секторе углов рассчи- тывают по результатам определения диаграммы направленности для каждого из направлений Wn , ©Ы. При этом для каждого из направлений ЧЪ , От должны выполняться соотношения

ел С

00

о о

4 О

о

,«

((.I nll o

(« ( ((,(Ю 1

Ґ. 8. 0 j if (V,) мни if №„1,

.м М-м««{чГ Ч1 п)| чГ(Мгде Dx1 2, Dz1 2 - X и Z координаты граничных точек раскрыва испытуемой антенны;

Ахмин,Ахмакс - координаты граничных точек сектора измерений по оси ОХ;

у, б - числовые параметры, определяемые необходимой точностью измерения диаграммы направленности;

с - скорость света;

- минимальная частота в спектре электромагнитного поля, сформированного в ближней зоне антенны;

(М.ми ГЖ ГЧелЪ

p(M-«o«(),(J(en.lJ}

Л Ш

tdliL

1 WccsMiVtrte-b.

.

(С (в„)

„о -ia с -

УЧ УЬ1 1со5ЧрГГ(8,.,1 0я

вDY1 2,Dzl12 - Y и Z координаты граничных точек раскрыва;

А/ин, Аумакс - координаты граничных точек области измерений по оси OY.

В предлагаемом способе осуществлено дополнительное дискретное изменение ориентации электрической оси антенны относительно плоскости измерений, реализован выбор определенных углов поворота антенны, при котором сектора определения диаграммы направленности сшиваются между собой таким образом, что их совокупность образует полный телесный угол, За счет этого обеспечивается положительный эффект- расширение сектора определения диаграммы направленности антенны.

Плоскость XOY прямоугольной системы координат совмещена с плоскостью перемещения точки приема, ось 02 перпендикулярна ей.

На чертеже приведена схема устройства для реализации способа определения диаграмм направленности антенн.

Устройство, реализующее способ, содержит испытуемую антенну 1, установленную на опорно-поворотное устройство 2, амплифазометрический приемник 3, измерительные антенны-зонды 4, 5 ортогональных поляризаций, установленные на коор- динатно-измерительном устройстве 6, переключатель 7 поляризаций, направленный ответвитель 8, генератор 9 СВЧ-сигнала и устройство 10 управления, обработки и регистрации.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В режиме приема антенну 1 устанавливают на опорно-поворотное устройство 2, азимутальная ось которого параллельна оси Y,так, чтобы при показаниях датчиков углов, входящих в состав опорно-поворотного устройства 2; азимута Ґ 0 и угла места © 0; электрическая ось антенны 1 была перпендикулярна плоскости измерений.

Формируют и измеряют электрическое поле в ближней зоне испытуемой антенны с

помощью антенн-зондов 4, 5 и генератора 9 СВЧ-сигнала. Для этого антенны 4, 5 с помощью координатно-измерительного устройства 6 устанавливают в заданную точку х,у. Антенны 4,5, Е-плоскости которых соответственно параллельны осям X,Y плоскости измерений, с помощью переключателя 7 последовательно подключаются к первому выходу направленного ответвителя 8, на вход которого подается сигнал с генератора

9.

Выполняют измерительный цикл, включающий измерение электромагнитного поля в ближней зоне испытуемой антенны при перемещении точки приема по плоскости,

Для этого с помощью амплифазометриче- ского приемника 3, на вход которого подается сигнал с выхода испытуемой антенны 1, а на опорный вход - сигнал со второго выхода направленного ответвителя 8, измеряют комплексные амплитуды сигналов, соответствующие двум ортогональным электрическим составляющим поля для заданной точки поверхности измерений Xi, Yi: Rx00(Xi,Y(), Ry00(Xi,Yi).

В режиме передачи измерения осуществляют аналогичным образом с той лишь разницей, что первый выход направленного ответвителя 8 подключают ко входу испытуемой антенны 1, а измерение сигнала осуществляют последовательно на выходах антенн-зондов 4,5, подключаемых через переключатель 7 к измерительному входу ам- плифазометрического приемника 3.

Далее с помощью координатного устройства 6 зонды 4, 5 перемещаются в следующую заданную точку измерительной поверхности с координатами Хн-1, YI+I и аналогично изложенному измеряют комплекс- ные-.амплитуды Рх°°(Хм, Yi+i), RY°°(Xi+i,Yj+i).

По окончании обхода всей измерительной поверхности Ахмин Х Ахмакс Думин у Думакс, в памяти устройства 10 управления, обработки и регистрации накапливаются два массива комплексных амплитуд Rx°°, RY°°, соответствующие двум ортогональным электрическим составляющим поля испытуемой антенны на участке плоской поверхности в ближней зоне.

Цикл измерений повторяют для дискретного набора ориентации антенны 1 по азимуту и углу места. При этом ориентации выбирают следующим образом. При © 0Ь 0 антенну устанавливают в положения W0 , и так далее до 4Vj , где ЧЪ определяют из условий

(-4t l4n-il

(ч -Ъ6°°

«« „ {чГ м.чГ М. ч ( rw ,ч 1«.1

f™ hW.-lfn.aret|1АГ -п ; -«л

ai s44ffM4tfnb,,H

Ч,a (4H-V. «tjr r- i .-i

соУ

jJ5°3 Mi (i.

Ах Ахмакс -Ахмин,Ау:Аумакс -Аумин,с последующим двумерным преобразованием Фурье, в результате которого формируются массивы спектральных компонент

вектора поля Sxnm(Cx,Cy) и Synm(Cx,Cy), где Сх, Су - компоненты единичного вектора с, ориентация которого задана углами pa , в системе координат X,Y,Z на плоскости измерений. Далее с целью сшивания

секторов определения диаграммы направленности спектральные компоненты (Cx,Cy), Synm(Cx,Cy) линейно преобразуют в спектральные компоненты Sx nm(Cx ,Cyi), Sy nm(Cx ,Cy ), являющиеся функциями единичного вектора с(Сх , Су1, CZ ), ориентация которого задана углами fa , уЗа в системе координат X , Y , Z , в которой плоскость х у совпадает с плоскостью раскрыва испытуемой антенны 1. Так как базис х , у , z для каждой ориентации испытуемой антенны 1 повернут относительно базиса x,y,z на углы Ч п , ®т преобразование описывается матрицами поворотов на угол Фп вокруг оси Y и угол &т вокруг оси X и имеет вид

Эх

Изобретение относится ктехнике антенных измерений и может быть использовано для определения пространственных характеристик направленности излучающих устройств и рассеивающих объектов в полном телесном угле. Цель изобретения - расширение сектора углов определения диаграммы направленности исследуемой антенны. Указанная цель достигается тем, что в способе процесса измерений диаграммы направленности антенны радиоголографическим способом осуществляется дополнительное дискретное изменение ориентации электрической оси антенны относительно плоскости измерений и реализуется выбор определенных углов поворота оси антенны, при котором сектора определения диаграммы направленности сшиваются между собой так, что их совокупность образует полный телесный угол. 1 ил.

Dx1 2, Dz1 2 - X и Z координаты граничных точек раскрыва (ocbZ перпендикулярна плоскости измерений VY);

у- числовой параметр, определяющий точность измерений диаграммы направленности.

Эти же операции повторяют для значений угла места ©1 , Gfc и т.д. до Эм . Углы От определяют из условий

ау а

.Аг(%)А1(а.) ау

(

3z

где Эх , Эу , Эг( и Эх, ау, az - проекции произвольного вектора 1з на оси X , Y , Z и X, Y, Z соответственно;

матрицы А2 и AI описывают вращение системы координат. Используя это же пре- образование для векторов

Эти массивы рассчитывают в интервалах уг- ((Чл},(9п)

(0„0. Формула изобретения Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны, включающий излучение или прием электромагнитного поля исследуемой антенной, выполнение измерительного цикла, включающего прием или излучение электромагнитного поля в ближней зоне исследуемой антенны при перемещении точки приема или излучения по плоскости, измерение амплитуды и фазы принятого сигнала для каждого положения точки приема или излучения с одновременным измерением ее координат, выполнение двумерного преобразования Фурье результатов измерений и определение диаграммы направленности исследуемой антенны в интервалах углов

ф((, , ю щ и и с я тем, что, с целью расширения сектора углов определения диаграммы направленности исследуемой антенны, допол- нительно ориентируют исследуемую антенну последовательно в направлениях ЧЪ , Qb,n 0,1,...N, ,1,...M относительно нормали к плоскости перемещения точки приема, измерительный цикл выполняют для каждого из направлений ЧЪ , 6hi, а диаграмму направленности исследуемой антенны во всем секторе углов рассчитывают по результатам определения диаграммы направленности для каждого из направлений Рп , &т, при этом для каждого из направлений , ©Ь должны выполняться соотношения:

чмадсЫ-ч(, ,

р(&0-Р ,-.)

lpwl eleJ-|iwl (er,llMeo 4s(i,.i-,:tMK(4.}.(4,, ,), чГМf« f l-f orctS

0

5

0

Ч,a -tvj-4 tafcij

Л2

.,«« l.«

B 8 it.S44 Kfai« p i p

ГАМН BU,S I- CP

a Hiioa 4gt M v.

Л2

где Dx и Dz - - координаты граничных точек раскрыва испытуемой антенны по осям X и Z;

Ахмин, Ахмакс - координаты граничных точек сектора измерений по оси ОХ;

у, д - числовые параметры, определяемые необходимой точностью измерений диаграммы направленности;

с - скорость света;

v- минимальная частота в спектре электромагнитного поля, сформированного в ближней зоне антенны,

р(ММ(в„.«{иГ(в„1,рГ( рв(в„|- о« йГ ;в 11|(вп,)};

..MGM ..1 . I С° /

л«,0 . J °Ntic. ifiT ewll .

|ii.i {erab-em « ct9------ t------------

cBi1

,,, (ej-9n arcij

...«s . .

i , h yA4tfi 8,.-e«} ,

где Dv1 2 и Dz1 2 - координаты граничных точек раскрыва по осям Y и Z;

Аумин, - координаты граничных точек сектора измерений по оси OY,

плоскость XOY прямоугольной системы координат совмещена с плоскостью перемещения точки приема, ось OZ перпендикулярна ей.