УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШИРИНЫ ДИАГРАММЫ ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕННЫ Советский патент 1995 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения ширины диаграммы направленности антенны в рассеивающей среде.

Известно устройство для измерения ширины диаграммы излучения, состоящее из неподвижной вспомогательной антенны соединенной через приемный блок с блоком регистрации.

Недостатком этого устройства является наличие ошибки в определении ширины диаграммы излучения антенны из-за рассеяния излучения средой, находящейся на трассе распространения. Кроме того, устройство не позволяет оперативно контролировать ширину диаграммы направленности передающих антенн.

Известно также устройство измерения ширины диаграммы излучения, состоящее из вращающейся в пространстве вокруг некоторой оси исследуемой антенны, соединенной через приемный блок и устройство обработки с блоком регистрации.

Это устройство, как и предыдущее, обладает ошибками, вызванными рассеянием излучения средой на трассе распространения.

Цель изобретения повышение точности измерения ширины диаграммы излучения в условиях рассеивающей среды.

Для этого в известном устройстве измерительная антенна выполнена двухлучевой, в него введены второй приемник, измеритель задержки огибающей, измеритель длительности огибающей, вычислитель и измеритель периода вращения, причем второй выход измерительной антенны соединен со вторым приемником, выход которого соединен с первыми выходами измерителей задержки огибающей, длительности огибающей и периода вращения, выход первого приемника соединен со вторыми входами измерителей задержки огибающей, длительности огибающей и периода вращения, выходы измерителей задержки огибающей, длительности огибающей и периода вращения подключены ко входам вычислителя, выход которого соединен с блоком регистрации.

На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство для измерения ширины диаграммы излучения содержит измерительную антенну 1, первый приемник 2, блок регистрации 3, второй приемник 4, измеритель задержки огибающей 5, измеритель длительности огибающей 6, вычислитель 7 и измеритель периода вращения 8.

Устройство работает следующим образом. Измерительная антенна 1 имеет два канала, каждый из которых формирует свою диаграмму направленности. Диаграммы направленности, формируемые по каждому каналу измерительной антенны 1, одинаковы по форме и разнесены в пространстве на некоторый угол.

Сигналы с выходов первого и второго каналов измерительной антенны 1 поступают на первый 2 и второй 4 приемники, где усиливаются.

С выходов приемников 2 и 4 сигналы подаются на измеритель задержки огибающей 5, который измеряет задержку между временем появления максимумов сигнала на выходах приемников 2 и 4. Кроме того, выходы приемников 2 и 4 соединены с измерителем длительности огибающей 6, который измеряет длительность огибающей сигналов на выходах приемников 2 и 4, которая с точностью до постоянного множителя соответствует ширине диаграммы направленности исследуемой антенны, искаженной рассеянием среды. Выходы приемников 2 и 4 соединены также с измерителем периода вращения 8, который измеряет время между появлением двух следующих один за другим максимумов на выходе приемника 2 или приемника 4, соответствующих периоду вращения исследуемой антенны. Сигналы, несущие информацию о времени задержки огибающей на выходах приемников 2 и 4, о длительности огибающей и о периоде вращения передаются в вычислитель 7, который определяет истинное значение ширины диаграммы направленности исследуемой антенны. Значение измеренной ширины диаграммы направленности регистрируется в блоке регистрации 3.

Если диаграммы разнесены на угол, равный ширине одной из них, а исследуемая антенна находится в направлении, лежащем между максимумами обеих диаграмм направленности, то прием осуществляется только по основным лепесткам каждого канала. Исследуемая антенна вращается, при этом ее диаграмму направленности и диаграммы направленности обоих каналов измерительной антенны 1 можно описать формулами:
F_и(α_t) exp-2,8; (1)
F₁₍₂₎(α_t) exp-2,8, (2) где F_и( α_t) диаграмма направленности исследуемой антенны;
F₁₍₂₎( α_t) диаграмма направленности первого (второго) канала измерительной антенны; α_t текущий угол; α угол между максимумами диаграммы направленности исследуемой антенны и направлением на измерительную антенну 1; θ_и ширина диаграммы направленности исследуемой антенны, на уровне 3 Дб, которую необходимо определить; α₁₍₂₎- положения первого (второго) максимума диаграммы направленности измерительной антенны 1 причем α₁-α₂=α_р, где α_р угловой разнос между максимумами диаграмм по первому и второму каналам; θ- ширина каждой диаграммы направленности измерительной антенны на уровне 3 Дб.

Принцип работы этого устройства основан на том, что можно связать некоторые величины на выходах двухлучевой антенны с характеристиками рассеяния среды и истинной шириной диаграммы направленности исследуемой антенны.

Аппроксимируем распределение интенсивности рассеяния излучения средой с помощью функции Гаусса
F_t(α_t) exp-2,8 (3) где F_t( α_t) распределение интенсивности рассеяния, θ_Т ширина функции рассеяния. В силу случайной природы рассеяния θ_Т является среднестатической величиной.

Сигналы U₁₍₂₎ на выходах обоих каналов измерительной антенны 1, при наличии рассеяния на трассе распространения, описываются уравнением:
U₁₍₂₎= [∫F_и(α_t)F_T(α_t)F₁₍₂₎(αt)d_αt] ^1/2 (4) После подстановки (1)-(3) в (4) и интегрирования, получим
U₁₍₂₎=exp-1,4exp-1,4, (5)
где A 1,4 + + ; (6)
θ_э²=θ_Т²+θ₂; (7)
= ; (8)
= ; (9)
θ2o

_z (10) θ_э эквивалентная ширина диаграммы направленности измерительной антенны, α_m1 и α_m2 угловые положения диаграммы направленности исследуемой антенны в моменты появления максимального сигнала на выходах первого (второго) канала измерительной антенны; θ_oz ширина диаграммы направленности исследуемой антенны, измеренная на выходах первого (второго) канала.

При вращении исследуемой антенны огибающие на выходах приемников 2 и 4 одинаковы по форме и имеют вид функции Гаусса, причем если среда обладает рассеивающими свойствами, т.е. θ_T 0, то ширина огибающей больше ширины, диаграммы направленности исследуемой антенны. Из (8) и (9) следует, что наличие рассеяния приводит к несовпадению максимумов огибающих на выходах приемников 2 и 4, т.е. к появлению угловой задержки в их появлении. Из (8) и (9) ширина функции рассеяния выражается:
θ2т

, (11) где Δα угловая задержка между появлением, максимумов сигналов по первому и второму каналам измерительной антенны;
α_р угол разноса между направлениями главных максимумов первого и второго каналов измерительной антенны.

Из (6), (10), (11) следует соотношение:
θ_и= . (12) Измеряя временную задержку Δ t и период вращения Т, можно вычислить угловую задержку огибающей по формуле:
Δα Δt. (13) Зная длительность огибающей на выходе приемников 2 и 4 и период вращения, можно вычислить θ_oz- ширину диаграммы направленности исследуемой антенны, искаженную рассеянием среды, по формуле:
θ_oz θ_oz= (14)
Измеряя величины Δt, τT с помощью измерителей задержки огибающей 5, длительности огибающей 6, периода вращения 8 и производя вычисления в вычислителе 7 по формуле (12) с учетом (14) и (13), получаем на его выходе истинную ширину диаграммы направленности исследуемой антенны, которая регистрируется блоком регистрации 3.

Таким образом устройство измерения ширины диаграммы излучения позволяет измерить истинную ширину диаграммы излучения передающей антенны в условиях, когда она искажена рассеянием по трассе распространения радиоволн, и определить рассеивающие свойства среды.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШИРИНЫ ДИАГРАММЫ ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕННЫ, содержащее измерительную антенну, один выход которой соединен с первым приемником и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения ширины диаграммы излучения антенны в условиях рассеивающей среды, измерительная антенна выполнена двухлучевой, введены второй приемник, измеритель задержки огибающей, измеритель длительности огибающей, вычислитель и измеритель периода вращения, причем второй выход измерительной антенны соединен с вторым приемником, выход которого соединен с первыми выходами измерителей задержки огибающей, длительности огибающей и периода вращения, выход первого приемника соединен с вторыми входами измерителей задержки огибающей, длительности огибающей и периода вращения, выходы измерителей задержки огибающей, длительности огибающей и периода вращения подключены к выходам вычислителя, выход которого соединен с регистратором.