Способ определения диаграммы направленности и амплитудно- фазового распределения поля антенны и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике антенных измерений и повышает их точность и чувствительность в широкой полосе частот. Устр-во, реализующее способ, содержит испытуемую антенну 1, блок 2 поворота антенны, датчик 3 угла поворота, зонд 4, блок 5 поворота зонда, датчик 6 угла поворота зонда, блок 7 перемещения зонда в плоскости измерения, датчик 8 перемещения , г-р 9, синтезатор 10 частот, блок 11 корреляторов, вычислитель 12. В П.1 ф-лы дан способ. В п.2 ф-лы дано устр-во,реализующее способ. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. i (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5g 4 С 01 К 29/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К) ,Ю ьФ

Д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblT (21) 3795423/24-09 (22) 22. 09. 84 (46) 23.08.87. Бюл. Ф 31 (72) В.Н. Строганов, А.М. Расин, P.Ë.Áèêóëoâ, В.А.Воеводин, А.Б.Шишков, В.Ф.Сидоренко и А.Н.Рагозин (53) 621.317.621.396.67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 378778, кл. С 01 К 29/10, 1973. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАГРАИИЫ

НАПРАВЛЕННОСТИ И АИПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений и повышает их точность и чувствительность в широкой полосе частот. Устр-во, реализующее способ, содержит испытуемую антенну

1, блок 2 поворота антенны, датчик

3 угла поворота, зонд 4, блок 5 поворота зонда, датчик 6 угла поворота зонда, блок 7 перемещения зонда в плоскости измерения, датчик 8 перемещения, г-р 9, синтезатор 10 частот, блок 11 корреляторов, вычислитель 12.

В п.1 ф-лы дан способ. В п.2 ф- лы дано устр-во,реализующее способ.

2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1332244 2 с - 2, = const определяют ДН антенны 1:

Изобретение относится к технике антенных измерений.

Цель изобретения — повышение точности и чувствительности измерений в широкой полосе частот.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения диаграммы направленности (ДН) и ампли. тудно-фазового распределения (АФР) антенны.

Устройство для определения ДН и

АФР антенн содержит испытуемую антенну 1, блок 2 поворота испытуемой антенны, датчик 3 угла поворота, зонд

4, блок 5 поворота зонда 4, датчик б угла поворота зонда 4, блок 7 перемещения зонда 4 в плоскости измерения, датчик 8 перемещения, генератор 9, синтезатор 10 частот, блок 11 корреляторов и вычислитель 12.

Способ определения ДН и АФР реализуют следующим образом.

Определение ДН и АФР испытуемой айтенны 1 рассматривают по одной угловой или линейной координате и горизонтальйой плоскости. Сулчай двух координат описывают анanогично. Для определения ДН испытуемую антенну

1 и зонд 4 устанавливают в начальное угловое положение и перемещают зонд

4 по плоскости измерений. Из непрерывного распределения комплексных амплитуд сигнала на выходе антенны

1 при перемещении зонда формируют угловой Фурье-спектр Ф (d), где угловая координата ДН антенны 1 ° Этот угловой спектр пропорционален произведению комплексных ДН антенны Р (I)

5 и ДН зонда Р (о ) .

Затем зонд 4 последовательно сме( щают по углу в положения af и для каждого, аналогично формируют yr— ловой спектр. Результирующая совокупность угловых спектров может быть .представлена в виде совмещенного углового спектра Ф ((, () . Совмещенный угловой спектр пропорционален произвдению двух сомножителей — ДН зонда

F (oC — Ы ) и ДН антенны Р (Ф) со

"скользящими" друг относительно друга аргументами:

e (S, a,) = Р,(- Ы,) -Р„(Ы), (1) Ф (4, (о) = с„Р,„Ь), (2) 3

При Ы = const определяют ДН зонда 4:

Ф (a, 4,) = с F (aE-d ), (3) гд с F (d) = const.

Далее находят максимум модуля

15 совмещенного углового спектра и соответствующие ему значения углов и о . Эти значения определяют максимальную величину коэффициентов с с, соответствующих максимумам ДН

20 антенны 1 и зонда 4 на данной частоте. ДН, определенные по сечениям (2). и (3), проходящим через максимум, имеют наибольшее отношение сигнал/шум.

25 Для определения АФР вблизи раскрыва антенны 1 зонд 4; устанавливают в начальное положение х = 0 в плоскости измерений и перемещают по углу.

Из непрерывного распределения ком30 плексных амплитуд сигнала на выходе антенны 1 при угловом перемещении зонда 4 формируют пространственный

Фурье-спектр В(х), где х — линейная координата раскрыва зонда 4.Этот пространственный спектр приближенно пропорционален произведению комплексных АФР зонда Аз(х) и АФР антенны .А (х) у раскрыва зонда. Затем зонд 4 последовательно смещают в положение

40 х и для каждого xо аналогично формируют пространственный спектр. Результирующая совокупность пространственных спектров может быть представлена в виде совмещенного про45 странственного спектра В (х, х ).

Совмещенный пространственный спектр является произведением двух сомножителей АФР антенны А„(x — x ) и

АФР зонда Аэ(х) со "скользящими" друг относительно друга аргументами:

В(х, х,) = А (х) -А„(х — х,) . (4)

Фиксируя в спектре (4) отдельные переменные, получают множество сечений, определяющих искомые АФР. При

55 x = const определяют АФР антенны 1;

Фиксируя в спектре (1) отдельные переменные, получают множество .сечений, определяющих искомые ДН. При

В(х, х,) = с Ад(х — x<>), (5) где с = А (х) = const.

133

В(х, х ) = с Аэ(х), (6) При х — х = const определяют АФР зонда 4: где с = А (х — х ) = const. ф CI о

Далее находят максимум модуля совмещенного пространственного спектра и соответствующие ему значения координат х и х,. Эти значения определяют максимальную величину коэффициентов с и с, соответствующих максимумам АФР зонда 4 и антенны 1 на данной частоте. АФР, определенные по сечениям (5) и (6), проходящим через максимум, имеют наибольшее отношение сигнал/шум.

Данный способ позволяет определить

ДН антенны 1 в переднем полупространстве и АФР антенны 1 на плоскости перемещения зонда 4. При необходимости определить ДН и АФР антенны 1 в заднем полупространстве антенну 1 разо ворачивают на 180 по углу o(и повторяют описанные действия. Возможен разворот антенны 1 на меньший угол.

Для уменьшения объема измеряемых данных при определении ДН антенны 1, зонд 4 смещают с малым дискретом последовательно по углу в ограниченном интервале углов, перемещают непрерывно по плоскости и формируют усеченный по углу совмещенный угловой спектр в области предполагаемого максимума

ДН зонда 4. Затем, пользуясь соотношением типа (3), по сечению определяют ДН зонда 4 в ограниченном интервале углов. Далее последовательно смещают зонд 4 по углу с большим ин,тервалом, равным ширине найденной усеченной ДН зонда 4, например по

I уровню 3 дБ, и для каждого углового интервала аналогично формируют усеченный угловой спектр. ДН антенны 1 определяют на соприкасающихся угловых интервалах путем деления соответствующих угловых спектров на найденную усеченную ДН зонда 4 (соотношение (1) .

Устройство для определения ДН и

АФР антенн работает следующим образом.

СВЧ-сигнал с фиксированной частотой и из требуемого диапазона частот с выхода генератора 9 поступает в зонд 4, излучается и принимается испытуемой антенной 1. С генератора

2244

9 СВЧ-сигнал поступает также на вход синтезатора 10, который формирует сигнал гетеродина с частотой ы- ы„ .5 и группу опорных сигналов корреляторов с частотами ы„р + Я„„, где ы„р— промежуточная частота, а Яд„ вЂ” ожидаемая допплеровская частота.. Количество опорных сигналов N равно количеству корреляторов в блоке 11 корреляторов и определяется необходимым объемом и шагом отсчетов (ДН) или (АФР) антенны, определяемых за один проход зонда 4 (например, 64

15 отсчета).

Блок 2 перемещает испытуемую антенну 1 по углам азимута и места, блок 5 перемещает зонд 5 по углам азимута и места, блок 7 перемещает

2р зонд 4 по плоскости, сигналы с датчика 3, датчика 6 и датчика 8 поступа.ют в вычислитель 12, где запоминаются вместе с соответствующими сигналами, блока 11 корреляторов. В процессе дви25 жения зонда 4 по линейной или угловой координате Фурье-спектр результирующего распределения сигнала на выходе испытуемой антенны 1 за счет эффекта Допплера преобразуется в ча30 статный спектр сигнала, сосредоточенный вблизи несущей частоты.

При перемещении зонда 4 по линейной координате сигнал с выхода испытуемой антенны 1

A(t) = А„,(С) .cos (с ) t + q (t)j, (7) где А (й) — амплитуда сигнала;

40 Ч(Г) — фаза сигнала;

td — частота; — время, поступает в блок 11, на другие входы которого поступают сигнал гетероди45 на и опорные сигналы иэ синтезатора

t0. В блоке 11 происходит смешение выходного сигнала A(t) и сигнала гетеродина, выделение сигнала промежуточной частоты, усиление и обработ ка последнего в корреляторах. Корре,ляторы производят перемножение сигнала с опорными сигналами ожидаемых допплеровских частот и интегрирова- ние (накопление сигнала разностной частоты). Каждый коррелятор состоит ,из пары квадратурных каналов,отли чающихся сдвигом фазы опорных сигнао лов на 90 . Соответственно в одном канале интегрируется функция

1332244

N — - число корреляторов) .

При перемещении зонда 4 по угловой координате из непрерывного распределения выходного сигнала испытуемой антенны 1 в блоке 11 корреляторов формируется группа квадратур-)

10 ных отсчетов пространственного Фурьеспектра:

k ek(A(x ° )=(A (kd) exk(jq(kd)) e e(j(kdIx„)dkd

15 о т,=ked А (tl toe((j t+q(t))dtxjkxd)А (tl о о х Р Р (k) ex t + tj (t)) с(((s) /(фх где х с (kje„ted(tl) dt

) 25

L — - длина сектора линейного перемещения зонда 4;

v — - линейная где

/=vent

Т =1)(/V

30 адп=kvх

35 х„

40 стота;

1с 2,ю/4 — волновое число (Я— .длина волны); 45 ч k sin ops-îæèäàåìàÿ до ппле ров ск ая частота, вводимая в опорный сигналi> 50

Ij(п — УГЛОВаЯ КО.ордината отсчета ДН антенны; и — номер отсчета Фурьеспектра (n=

1, 2, З,...,N,ãäå

А„(t) cos (Я„„ t + q (t)), а в другом

А„,(t): sin (Й„ t + tg (t)), По истечении времени накопления корреляторов ка)кдая пара каналов с квадратурными опорными сигналами об разует на выходе потенциальные сигна лы, амплитуды которых пропорциональны квадратурным компонентам одного из отсчетов углового Фурье-спектра непрерывного распределения входного сигнала: ф(сс ) А (с).есс(/Ч(1)) exe()t) ° „J dÄ ° о т

=v (А (tl сср (j)„„t xe (t)) dtxjx скорость перемещения зонда 4; х = vt — текущая линейная координата;

Т Мч — время накопления коррелятора;

k .sin Ы(1 — пространственная ча— длина сектора углового перемещения зонда 4; — угловая скорость перемещения зонда 4; текущая угловая координата; время накопления коррелятора; — ожидаемая доппле° ровская частота, вводимая в опорный сигнал; — линейная координата отсчета АФР зонда.

Амлитуда выходного сигнала испытуемой антенны 1 А пропорциональна коэффициенту усиления зонда 4. При перемещении зонда 4 по линии или плоскости амплитуда отсчетов углового. Фурье-спектра на выходе блока

11 корреляторов становится пропорциональной и коэффициенту усиления зонда 4 и его диаграмме направленности (/(о(, р), где e)(и p — используемый интервал углов ДН зонда 4,Поэтому зонд 4 выполнен в виде широкополосной направленной антенны.

Отсчеты спектра распределения выходного сигнала испытуемой антенны 1 при перемещении зонда 4 и данные о координатах смещения зонда 4 IIQступают из блока 11 корреляторов в вычислитель 12, который производит формирование совмещенного спектра путем запоминания отсчетов спектра

Формула изобретения

1. Способ определения диаграммы направленности и амплитудно-фазового распределения поля антенны, включающий перемещение излучающего зонда по плоскости вблизи антенны и перемещение испытуемой антенны по углу относительно нормали к плоскости перемещения зонда, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности из I

7

133224 и соответствующих координат смещейия зонда 4. Затем вычислитель 12 находит максимум модуля отсчетов совмещенного спектра и определяет ДН и АФР испыту5 емой антенны 1 как сечения совмещенно- го спектра. Для определения двухмерных ДН испытуемой антенны 1 в полупространстве или АФР испытуемой антенны 1 на плоскости зонд 4 аналогич- |О но перемещают и смещают по плоскости и углам по растровому закону. После перемещения зонда 4 по каждой строке растра отсчеты одномерного спектра распределения выходного сиг- 15 нала антенны 1 и данные о координатах смещения зонда 4 поступают в вычислитель 12. Для всей совокупности строк вычислитель 12 производит запоминание отсчетов одномерных спек- 20 тров и данных о координатах смещения зонда 4. Затем вычислитель 12 производит формирование двухмерного совмещенного спектра иэ запомненных данных путем одномерного дискретного преобразования Фурье по столбцам спектра.

Нахождение максимума модуля двухмевного совмещенного спектра и определение ДН или АФР по сечениям совмещенного спектра производят аналогично 30 одномерному случаю.

При необходимости в вычислителе

12 могут быть учтены медленно меняющиеся множители, характеризующие век- . торные свойства излучения испытуемой антенны 1.

Время накопления корреляторов составляет 1- 10 с и выбирается из условия прохождения зондом 4 полной строки растра. 40

8 мерений в широкой полосе частот, дополнительно перемещают зонд по углу и формируют совмещенный угловой спектр или усеченный совмещенный угловой спектр, а также формируют совмещенный пространственный спектр или усеченный совмещенный пространственный спектр при перемещении зонда по углу и последовательном смещении по плоскости, диаграмму направленности антенны или зонда определяют по сечению совмещенного углового спектра, а амплитудно-фазовое распреДеление поля антенны или зонда определяют по сечейию совмещенного пространственного спектра, при этом зонд выполнен в виде направленной антенны.

2. Устройство для определения диаграммы направленности и амплитудно-фазового распределения поля антенны, содержащее последовательно соединенные генератор и зонд, размещенный в ближнем поле испытуемой антенны, блок перемещения зонда в плоскости измерения, снабженный датчиком перемещения, выход которого соединен с первым входом вычислителя, блок поворота испытуемой антенны, снабженный датчиком угла поворота, выход которого соединен с вторым входом вычислителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности в. широкой полосе частот, введены блок поворота зонда, снабженный датчиком угла поворота зонда, выход которого соединен с третьим входом вычислителя, и последовательно соединенные синтезатор чаСТот и блок корреляторов, выходы которого соединены с соответствующими входами вычислителя, вход синтезатора частот подключен к выходу генератора, выход гетеродинного сигнала которого соединен с гетеродинным входом блока корреляторов сигнальный вход которого является входом для подсоединения выхода испытуемой антенны, при этом скорость движения по линейной и угловой координатам выбрана из условия полного перемещения эа время накопления корреляторов.

ВНИИПИ Заказ 3828/41 ТиРаж 730 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород ул. Проектная, 4