Способ определения характеристики направленности фазированной антенной решетки Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

и невозможность настройки исследуемой ФАР и ХН ее элементов и их коэффициентам возбуждения в процессе испытаний.

Известен способ определения ХН ФАР, включающий предварительное измерение ХН элементов ФАР, процесс измерения амплитуды и фазы сигнала, принимаемого антенной от излучателя, перемещаемого по известной поверхности в ближней зоне антенны, и измерение расстояния до излучателя, вычисление коэффициентов возбуждения элементов ФАР из решения системы управлений

„ exp(ikrmn)fm(6)

ап

т

Гтп

(1)

An ехр ( i (рп ) п 1 , М

тельного цикла, включающего измерение амплитуды и фазы принятого сигнала и координат точки излучения, повторение изме- рительного цикла N LM раз при

размещении точки излучения по прямой линии, параллельной линии раскрыва ФАР, вычисление по результатам измерения амплитуды и фазы диаграммы направленности m-ro элемента ФАР в плоскости, проходящей через линию раскрыва ФАР и линию перемещения точки излучения по формуле

L

15

Dm() 2 «mlPl(#)he(2)(tf)(3)

где «mi - коэффициенты разложения в ряд по собственным функциям, определяемые из решения системы уравнений

Изобретение: техника антенных измерений, а именно определение характеристик направленности (ХН) фазированных антенных решеток (ФАР) в процессе их настройки и исследования. Сущность изобретения: способ включает излучение сигнала из точки в ближней зоне антенны, выполнение измерительного цикла, включающего измерение амплитуды и фазы принятого Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для определения характеристики направленности (ХН) фазированной антенной решетки (ФАР) при ее настройке и испытаниях. Известен способ определения ХН антенны по результатам измерений амплитудно-фазового распределения сигнала в ближней зоне испытуемой антенны, заклюсигнала и координат точки излучения, повторение измерительного цикла при перемещении точки излучения, вычисление по результатам измерения амплитуды и фазы ХН элементов ФАР., представленных в виде разложения в ряд по собственным функциям, для чего решают систему уравнений относительно неизвестных коэффициентов разложения, вычисление ХН ФАР с учетом найденных ХН ее элементов, поочередно отключают один из элементов ФАР и повторяют процедуру измерения амплитуды и фазы сигнала, принятого М-1-злементами. Для каждого их М-отключений вычисляют поправки ХН элементов, представленных в виде разложения в ряд по собственным функциям, решая систему уравнений относительно неизвестных коэффициентов этих разложений, учитывая измеренные при отключениях элементов амплитуды и фазы принятого сигнала, а ХН элементов ФАР представляют в виде разности ХН элемента, вычисленной при работе М-элементов антенны и поправки ХН, вычисленной при его отключении. чающийся в измерении амплитуды и фазы сигнала, регистрируемого антенной при перемещении излучателя по поверхности, параллельной поверхности испытуемой антенны, и вычислений ХН по результатам измерений (Л.Д.Бахрах и др. Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне, Л,:Наука, 1985, с. 27-42), Недостатком известного способа является низкая точность определения ХН ФАР (Л С 00 ю ю о ел

где а.т - коэффициент возбуждения гл-го элемента ФАР,

,2лi

k -j- - волновое число, А- длина волны,

Гтп - расстояние от т-го элемента ФАР до n-ой точки излучения,

fm((9) - ХН т-го элемента ФАР, измеренная предварительно

Ап, рп - амплитуда и фаза соответственно сигнала, принимаемого ФАР при излучении сигнала из n-ой точки,

ХН ФАР определяются по формуле (7)

М F(#) X amfm(#)exp(ikpmil) (2)

m 1

где /5m - радиус-вектор положения m-ro элемента ФАР,

и - вектор направления на точку наблюдения.

Недостатком известного способа является низкая точность определения ХН ФАР, т.к. предварительно измеренные ХН элементов ФАР не отображают взаимного влияния элементов в антенне, а также большая трудоемкость измерения ХН элементов ФАР, низкая точность определения коэффициентов возбуждения элементов ФАР, т.к. решение системы уравнений (1), относящейся, как известно, к классу некорректно поставленных задач, не приводит к получению абсолютно точных результатов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения диаграммы направленности антенны, включающий излучение сигнала из точки в ближней зоне исследуемой антенны, выполнение измери

М expJCLkr Sn)lp|(n)hp2)J1

m 1Гтп1 1(4)

х. (#тп ) Ап ехр ( i рп ),

n 1. ML

где Гтп - расстояние от т-го элемента ФАР до n-ой точки излучения,

k -л-, А-длина волны. L 5 - 10,

An, fn - амплитуда и фазы сигнала соответственно, измеренные при излучении из n-ой точки, М - число элементов ФАР,

(9) - полином Лежандра 1-го порядка,

hp ( 0) - сферическая функция Ханкелл второго рода, втп - угол между направлением нормали к раскрыву ФАР и направлением от т-го элемента на n-ую точку излучения, и вычислении диаграммы направленности

фдр по формуле

М

1

m- I

F$ 2, D™( exp(ik xm sin 6) (5)

где хт - координата m-гл элемента ФАР,

#-угол между направлением нормали к линии раскрыва ФАР и направлением на точку наблюдения (2).

Недостатком этого способа является

низкая точность определения ХН ФАР, обусловленная низкой точностью вычисления ХН элементов ФАР при решении системы управлений (4), относящейся к классу

некорректно поставленных задач, характерных тем, что малые изменения входных величин могут вызвать большие изменения выходных величин. Для данного способа, например, разброс амплитуд и фаз сигнала, вызванный погрешностью измерений, может привести к большим отклонениям от реальных значений коэффициентов разложения в ряд по собственным функциям ХН элементов ФАР.

Целью изобретения является повыше- ние точности.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения ХН ФАР, включающем излучение сигнала из точки в ближней зоне ФАР, прием его исследуемой ФАР, выполнение измерительного цикла, включающего измерение амплитуды и фазы принятого сигнала и координат точки излучения в ближней зоне исследуемой фар, повторения измерительного цикла раз при перемещении точки излучения в ближней зоне исследуемой ФАР, вычисление по результатам измерений ХН m-го элемента исследуемой ФАР с последующим определением ее ХН, дополнительно поочередно отключают один из элементов исследуемой ФАР, выполняют N-кратное повторение измерительного цикла для каждого отключения одного из элементов исследуемой ФАР и определяют ХН m-го элемента ФАР по формуле

Dm1((0)-Y Ami X

1 1

х Pi(6)hi{2)( S} (),

(6)

где/Skmi - коэффициенты разложения поправок ХН m-го элемента исследуемой ФАР в ряд по собственным функциям при отключе- нии k-го элемента, определяемые из решения системы уравнений:

krmn)

/Зкт Pi ( #mn )

, 1

: hrv ( ) AKM exp (i PKM )

k

r

где Гтп расстояние от m-го элемента до

n-го положения точки излучения,

М - число элементов ФАР, 1 5-10, Ре((9) полином Лежандра 1-го порядка, he ( 0) сферическая функция Ханкеля

второго рода,

c/nm - угол между направлением нормали к раскрыву ФАР и направлением нормали к раскрыву ФАР и направлением нормали к раскрыву ФАР и направлением от m-го элемента на n-ую точку излучения 2л:

А- работа длины волны. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что в

5

0 5 0 5

0

с

заявляемом способе в отличие от прототипа в измерительном цикле дополнительно поочередно отключают каждый из элементов ФАР, N-кратно повторяют измерительный цикл для каждого отключения одного из элементов, определяют по результатам измерений поправки к ХН элементов ФАР.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, кроме того введение в заявляемую совокупность отличительных признаков обеспечило появление нового свойства заявляемого способа - повышение точности определения ХН ФАР.

Способ определения характеристики направленности фазированной антенной решетки реализуется следующим образом.

Из точки в ближней зоне исследуемой ФАР излучают сигнал, который принимается исследуемой ФАР, выполняют измерительный цикл, заключающийся в измерении амплитуды и фазы принятого сигнала и координат точки излучения в ближней зоне исследуемой ФАР, поочередном отключении одного из элементов и измерении амплитуды и фазы сигнала, принятого антенной для каждого отключения одного из элементов ФАР. Повторяют измерительный цикл раз при перемещении точки излучения в ближней зоне ФАР и определяют характеристику направленности m-го элемента по формуле (3) и ХН m-го элемента с учетом поправки ХН по формуле (6). Определяют ХН ФАР по формуле

40

М , F(6) 2) Dm1(6Jexp(ik/Oh,u)

m 1

(8)

5

А

и

5

Положительный эффект способа заключается в повышении точности определения ХН ФАР. При отключении одного из элементов ФАР сигнал от него отсутствует и коэффициенты разложения его ХН в ряд по собственным функциям должно быть равно нулю. Однако, при решении систем уравнений (4, 7), за счет неккорректности задачи коэффициенты разложения отключенного элемента оказываются ненулевыми. Наличие априорной информации об отключении элемента, а также измерение амплитуд и фаз сигналов, принятых оставшимися М-1- элементами при излучении из тех же точек в ближней зоне исследуемой ФАР, что и при регистрации сигнала от всех элементов антенны, позволяет, решив систему уравнений (7), определить ХН m-го элемента ФАР

с учетом поправки ХН, устраняющей ошибки, вызванные некорректностью задачи. Это приводит к повышению точности определения ХН элементов ФАР и, следовательно, к повышению точности определения ХН ФАР. Повышение точности обеспечивается увеличением числа измерений.

Формула изобретения.

Способ определения характеристики направленности фазированной антенной решетки, включающей излучение сигнала из точки в ближней зоне фазированной антенной решетки (ФАР), прием его исследуемой ФАР, выполнение измерительного цикла, включающего измерение амплитуды и фазы принятого сигнала и координат точки излучения в ближней зоне исследуемой ФАР, повторение измерительного цикла раз при перемещении точки излучения в ближней зоне исследуемой ФАР, вычисление по результатам измерений характеристики направленности т-го элемента исследуемой ФАР Dm(0) с последующим определением ее характеристики направленности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно поочередно отключают один из элементов исследуемой ФАР, выполняют N-кратное повторение измерительного цикла для каждого отклонения одного из элементов исследуемой ФАР и определяют характеристику направленности гп-го элемента ФАР по формуле

Dm1(0) От(в) - 2 Ami

Pi(tf)hi(2)( 6); (),

где/3| т1 коэффициенты разложения поправок характеристики направленности т-го элемента исследуемой ФАР в ряд по собст- венным функциям при отключении k-ro элемента, определяемое из решения системы управлений

Ы exp(ikrm) А, л Jn rmn ,4,

P|( Omn ) hp) ( 9mn ) Ap exp ( i pn )

где rmn - расстояние от m-ro элемента до точки излучения в ее n-м положении;

Ап; рп - измеренные значения амплитуды и фазы принятого сигнала n-м положении точки излучения;

М - число элементов ФАР;

L 5- 10;

Pelf в) - полином Лежандра 1-го порядка;

he (#) сферическая функция Ханкеля второго рода;

Отп - угол между направлением нормали к раскрыву ФАР и направлением от т-го элемента исследуемой ФАР на точку излучения в ее n-м положении;

k 2 я/Я;

А- рабочая длина волны.