Способ определения аплитудно-фазового распределения поля антенны Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

ровании всякий раз принятых двух сигналов с выбранными комплексными коэффициентами передачи и измерения мощностей при- нятых сигналов и определении амплитудно-фазового распределения поля антенны по результатам измерений, причем суммирование сигналов, принятых в двух точках приема, выполняют шестнадцать раз, при этом первый суммарный сигнал формируют суммированием принятых сиг- налов с первой и второй точек приема по основной поляризации, второй, третий и четвертый суммарные сигналы формируют изменяя поляризацию принятого сигнала во второй точке последовательно на ортого- нальную, на основную с фазовым сдвигом л и ортогональную с фазовым сдвигом л , суммарные сигналы с пятого по восьмой формируют повторяя указанные четыре операции с изменением поляризации в пер- вой точке на ортогональную, а суммарные сигналы с девятого по шестнадцатый формируют повторяя восемь указанных операций, вносят в сигнал,принятый во второй точке,фазовый сдвиг 90°- а и определяют амплитуду и фазу поля во второй точке по основной и ортогональной поляризациям, а также амплитуду и фазу поля в первой точке по ортогональной поляризации по формулам

с и V,2 пг ||гГагс(а5/а1) еслиаЕ 0 гОь qj tp.trd 1 . ,

5 i.apc(ca/o,V,ec.

,,„«« «435ай;г: о

(-1) o o

где xi xi(exp(j p), y/ y;exp(j p +2).. )- комплексные вектора поля в местах расположения двух антенн для вертикальной у и горизонтальной х поляризаций соответственно:

ai 0,25(dk -dk ),(), ), - целая часть;

(

U) b.J WbirJiW Ю J

- амплитуды суммарного сигнала, где k - номер измерения ();

знак + - берется для

знак - - берется для +2;

yi. рз берутся для ,9-12;

xi, (pi - берутся для ,13-16;

У2, рц - берутся для k-нечетных;

ха, - берутся для к-четных;

5 10 15 20 25 30

35

40

45

so

55

функция cos - берется для

функция sin - берется для k 9-16; причем для определения амплитуды и фазы поля в следующей точке по обеим поляризациям используют параметры поля по одной из поляризаций в точке, участвующей в предыдущем измерении, а для первой точки они выбираются произвольно.

Способ иллюстрируется чертежами, где изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения амплитудно-фазового распределения поля антенны.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере его реализации с помощью устройства, содержащего измерительный зонд 1. состоящий из антенн 2-4 с управляемым положением плоскости поляризации, фа- зовращателей 5-7 и сумматора 8, амплитуд ный приемник 9, состоящий, из амплитудного детектора 10 и низкочастотного приемного устройства 11, блок вычислений 12, блок коммутаций 13 и механический сканер 14.

При помощи механического сканера 14 устанавливают измерительный зонд 1 в исходное положение. Затем при помощи блока коммутаций 13 устанавливают антенну 2(4) в положение Выключено, а антенны 3,4(2,3) в положение, при котором во включенном состоянии находятся лишь по одному p-i-n диоду в каждой антенне. Затем при помощи блока коммутаций 13 устанавливают фазовращатель 6 в такое положение, при котором вносимый им дополнительный фазовый сдвиг равен а , фазовращатель 5(7) в такое положение, при котором вносимый им дополнительный фазовый сдвиг равен 0°. В этом положении сигналы от антенн 3.4(2.3) суммируют при помощи сумматора 8, измеряют амплитуду суммарногосигнала при помощи амплитудного приемника 9 и запоминают ее в блоке вычислений 10. Затем производят еще три измерения, включая в антенне 3(2) по очереди остальные p-i-n диоды при включенном в антенне4(3)томже p-i-n диоде, что и на предыдущем этапе. После этого повторяют описанную выше процедуру еще четыре раза при включенном в антенне 4(3) p-i-n диоде, соответствующем другой поляризации. И, наконец, измеряютеще 8 сигналов, производя аналогичную процедуру для положения фазовра- щателя 6 0°, а фазовращателя 5(7) 90° -а . Полученные таким образом 16 сигналов обрабатывают в блоке 10 вычислений по алгоритму, приведенному ниже. Для получения 32 сигналов (см.п.2 формулы изобретения) описанную выше процедуру производят для

всех четырех p-i-n диодов в антенне 4(3), включая их по очереди. Коммутация осуществляется по командам с блока 13 коммутаций. В результате определяют искомые амплитуду и фазу поля в одной из двух точек по обеим поляризациям через произвольно выбранные амплитуду и фазу поля в другой точке по одной поляризации.

Затем при помощи механического сканера 14 перемещают измерительный зонд 1 вдоль линии, соединяющей точки расположения антенн 4(3) и 3(2), на величину шага измерений, который равен расстоянию между антеннами 4(3) и 3(2), В этом положении повторяют описанную выше процедуру, причем для определения амплитуды и фазы поля в новой точке используют параметры поля, вычисленные на предыдущем шаге и т.д. Итоговое амплитудно-фазовое распределение определяют как совокупность вы- численных амплитуд и фаз поля после перемещения измерительного зонда 1 по всей поверхности измерений.

Тридцать два измерения производят для того, чтобы компенсировать ошибку, вы- званную возможной несимметрией плеч антенн, входящих в состав измерительного зонда или вычислить величину этой несимметрии.

Антенна 4 (2), входящая в состав изме- рительного зонда, используется для усреднения вычисляемого на каждом шаге значения и для привязки соседних линеек при строчно-столбцевом способе сканирования. Для этого последовательно произво- дят вычисления сначала с использованием ьнтенны 4(3) в качестве опорной, а затем то же самое производяти с использованием в качестве опорной антенны,2(4). Затем производят усреднение, беря в качестве итого- вого значение, равное полусумме полученных таким образом значений. Такая процедура позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения случайной ошибки, Привязка соседних линеек при строчно-столбцевом способе сканирования осуществляется благодаря указанному расположению антенн 2-4 на плоскости измерений.

Алгоритм определения амплитуды и фа- зы поля по измеренным с помощью амплитудного приемника 9 сигналам с измерительного зонда 1 можно пояснить следующим образом. Пусть необходимо определить 4 амплитуды и 4 фазы поля в точках расположения двух антенн измерительного зонда (по основной и ортогональной поляризациям), т.е. 8 действительных чисел xi,x2,yi,y2, yi , pl, {% , по 16 (или 32) выборкам продетектированного сигнала с измерительного зонда. Т.к. в каждой из антенн 2 и 3 имеется по 4 управляющих элемента - p-i-n диода, а фазовращатели 4 и 5 имеют по два различных состояния, причем используется всего две из возможных четырех комбинаций их состояний, то всего возможно 32 4x4x2 различных состояния измерительного зонда 1. Если положить характеристику детектирования квадратичной, то сигналы, полученные с выхода амплитудного детектора 10 для этих 32 состояний, можно записать в виде:

Ч „огУ2Х+гУЛоов «Р. ч. ,огУ°+ +аУАоов «Р.-.)

d. ,о,у +у -гулоов .-ч.-™ 4«..,vos«p.-(p.+a , о, (ф.)

а. огх +гЈ+г А005 «Р,-.-)

. dV,I.0,X,+V2)C,y«OOB№.)4+a

„..) U,, , wfc ф,-Ф4-г)

t y +x +2yiVin(l))i

...„ryl+VZy.

d«. ,..,yX-2 w.

d. .., ,,y,8in ««тф.-г s

d,. «...-Ф, d1,I,,rxX-2.y.Bin«).)i

4«.,«X«Ј-a Aein« t- P -f d.7,. .о, У +Ј«уЛоов (ф,-ф4+сО

а,. «о, УХ+2у,зЕ1оов (ф.чр,+а 4«н. c, У +У -гу оов ф.р4+а) „.о, ,x,,oos (Ф,-ф2+а) «.. ю, -зЈиЈ+гхлоов (Ф,)

аи,«го 1 + +г Л008 Р1-ф1+ 1

№« ю, -фуЦ-гх.у.оов (Ф.

«.«.о, .х,оов (ф±-ф.,+а)

W,., у +у +гу4уге1п Ф„-Ф4-г) (г)

С. z 1, у +фгуЛв1п (Ф.Ч,-

d«... , чЈ«Ј-гу,х,в1п(ф,-ф4-:Г) .м i ,i2eln (ф.)

. , , « +sJ+2Va.Bin .4 -Г о,,. ,(ф1-ф1-Г)

.,., .,у,в1п(ф,-ф4-1 )

4вг,,,() э

st

е yr yiexpQ у +о); xi xiexpO p) - значение омплексйого вектора поля в точках распоожения антенн 2() и 3() по вертикальой и горизонтальной поляризациям оответственно;

f 90° - а;

dk(i.m.n) - амплитуда суммарного сигнаа, где k - номер измерения: номера включенных детекторов в антенне 2 и.З соответственно; ,2 - признак состояния фазовращателей, а ; 5(7):0, а п 1-6:0;5(7):(90°- а); Или короче

Нйнйьнгщгшч1

где yi (ру- берутся для ,9-12;

xi, - берутся для , 13-16;

у/1, р$ - берутся для k-нечетных;

Х2, (pi - - берутся для k-четных;

знак + - берется для

знак - -берется для k k +2;

функция cos - берется для

функция sin - берется для k 9-16;

Анализируя (2), можно заметить, что при условии полной симметрии антенн 2-4 выражения для полностью эквивалентны выражениям для ch-die, и их при дальнейших выкладках можно не учитывать. Если же, что.в той или иной степени всегда существует на практике, в антеннах 2-4 присутствует несимметрия, то выражения для diy-d32 можно использовать для уменьшения ошибки измерений, вызванной этой несимметрией, перейдя к новым обозначениям:

dk (dk+dk+i6)/2,(), или вычислить величину этой несимметрии:

dk Idk dk+i6l/2,(k 1-16).

В этом случае получим систему из 16 уравнений, аналогичную (3), для . Вычитая теперь k; +2-e уравнение из k -го, где

(-Цр - 1), ), означает взятие целой части, и деля полученную разность на 4, получим систему из 8 уравнений:

cos sin

W(

где yi, рз - берутся для ,2,5,6;

XL (f - берутся для ,4,7,8;

У2, РЦ- берутся для i-нечетных;

Х2, pi берутся для i-четных;.

функция cos - берется для

функция sin - берется для . Из (4) находим произведение искомых амплитуд, и разность искомых фаз определяется следующим образом:

rarotg(a5/a1) , эсли arotg (85/a, Hit, если

rarotgfef/a,,) , если а,0 (1) (p,, ° J л Larotgta /aj )+it, если s.0

, г 2,1/2farotg(a7/a,) , если. ) ф 3 -7,

larotgta /aj )+ic, если . g 2,1/гfarotetaoAi.) , дели а,,0

ЦЧ °

LarotgC /a }+ic, если Ј.0

5

.)

И, наконец, выбрав одну из величин xi, ,Х2 , yi ,У2 в качестве опорной, из (1) легко получить выражения для остальных неизвестных.

10 Повышение точности достигается за счет того, что использование трех антенн и работа сразу по двумя поляризациям сводит практически к нулю вероятность попадания антенн измерительного зонда в нуль поля,

15 а наличие третей антенны, кроме того, обеспечивает избыточность исходной информации, используя которую можно производить усреднение вычисляемого на каждом шаге значения поля.

20 Формула изобретения

1. Способ определения амплитудно-фазового распределения поля антенны, включающий излучение электромагнитного поля исследуемой антенной, прием исследуемо25 то поля в точках, расположенных на прямой линии, параллельной плоскости раскрыва исследуемой антенны, с одинаковым расстоянием между ними, измерение параметров принятого сигнала последовательно для

30 каждой пары соседних точек, причем первая точка i-й пары точек является второй точкой (И)-й пары, а вторая точка i-й пары является первой точкой (1+1)-й пары, прием осуществляют по основной и ортогональной поляри35 зациям, суммирование всякий раз принятых двух сигналов с выбранными комплексными весовыми коэффициентами, измерение мощностей суммарных сигналов и определение амплитудно-фазового распределения

40 поля антенны по результатам измерений, причем амплитуду и фазу поля во второй точке каждой пары точек по обеим поляризациям определяют по амплитуде и фазе поля по одной из поляризаций в первой

45 точке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, суммирование сигналов, принятых в двух точках приема, выполняют шестнадцать раз, при этом первый суммарный сигнал формируют суммирова50 нием принятых сигналов с первой и второй точек приема по основной поляризации, второй, третий и четвертый суммарные сигналы формируют, изменяя поляризацию принятого сигнала во второй точке последо55 вательно на ортогональную, на основную с фазовым сдвигом я и ортогональную с фазовым сдвигом я , суммарные сигналы с пятого по восьмой формируют, повторяя указанные четыре операции суммирования.

с изменением поляризации в первой точке на ортогональную, суммарные сигналы с девятого по шестнадцатый формируют, повто- ряя восемь указанных операций суммирования, внося в сигнал, принятый во второй точке, фазовый сдвиг 90°- и , и определяют амплитуду и фазу во второй точке приема по основной и ортогональной поляризациям, а также амплитуду и фазу поля в первой точке по ортогональной поляризации по формулам

по основной и ортогональной поляризациям соответственно,

k i+2( ).

,25(dk ).

,...,8,

а - целая часть числа,

ЧШ5Н:ШМ-Мпри ,...,8

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при измерении амплитудно-фазового распределения поля антенны, Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что выполняют прием сигналов с первой и второй точек из ряда точек, находящихся на поверхности измерений, расположенных на расстоянии шага измерений, и последующий прием сигналов со следующих точек, причем прием ведут по двум каналам (поляризациям шестнадцать раз суммируют сигнал, внося в сигнал, снимаемый с первой точки, дополнительный фазовый сдвиг, измеряют и фиксируют ампИзобретение относится к антенной технике и может быть использовано при антенных измерениях. Цель изобретения - повышение точности определения амплитудно-фазового распределения поля антенны. Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу определения фазового распределения поля антенны, заключающемуся в излучении электромагнитного литуды полученных сигналов, при этом первый сигнал получают, суммируя сигналы с точек 1 и 2 по одной и той же поляризации, второй, третий и четвертый сигналы получают, изменяя поляризацию в точке 2 последовательно на ортогональную, на первоначальную, но с дополнительным фазовым сдвигом на п , на ортогональную с дополнительным фазовым сдвигом на ж, сигналы с пятого по восьмой получают повторяя четыре указанные операции, изменив поляризацию в точке 1 на ортогональную, а сигналы с девятого по шестнадцатый получают повторяя восемь указанных операций, внося каждый раз в сигнал, снимаемый со второй точки, дополнительный фазовый сдвиг (90° - а ), а в сигнал, снимаемый с первой точки, не вносят дополнительного фазового сдвига, значение комплексного вектора в первой точке по одной из поляризаций выбирают произвольно, а значение комплексного вектора поля в этой точке по другой поляризации и во второй точке по обеим поляризациям определяют из приведенных соотношений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. поля исследуемой антенной, приеме исследуемого поля в точках измерительной траек- тории, расположенной на прямой, измерении параметров принятого сигнала последовательно для каждой пары соседних точек, причем первая точка i-й пары точек является второй точкой (Ы)-мпары, а вторая точка i-й пары является первой точкой (1+1)-й пары, прием осуществляют по основной и ортогональной поляризациям, сумми00 о о 4 О CJ

i-s-у , i ГагсЩо, |а,, гриав 0; Ч.Иа1+а5 Ч ч Л1арсЦ(ав1а,иТ,при08 о;

iГагс-Ц (а4/аг), приа6 О; Ч-Ч-К+а -. Ч,-Ч« + -{вгец (а4,аг)+1Г „ри 0,0ПГ-7 i Гагс-Ьа(а||аг}, приа,0; ..-{в Ыо вриат 0.

г-т-гГагсЦ(а8|а4), приав 0; К,х1Но4 а ;Чг1 г 1 | арс4саа/о4,приав 0;

где xi,X2,yiiY2 - амплитуды поля в первой и второй точках по основной и ортогональной поляризациям соответственно, , , pi , - фазы поля в первой и второй точках

при ,...,16, k - номер замера.

dk 0,5 (dk + dk-ие).

3. Способ поп.1,отличающийся тем, что фазовый сдвига выбирают равным 0° или 90°.