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

(19) (11) 244 4 С 01 К 29/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ КА СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРВ 378778, кл. С 01 К 29/10, 1973.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАГРАММЫНАПРАВЛЕННОСТИ И АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к техникеантенных измерений и повышает их точность и чувствительность в широкойполосе частот. Устр-во, реализующееспособ, содержит испытуемую антенну1, блок 2 поворота антенны, датчик3 угла поворота, зонд 4, блок 5 поворота зонда, датчик 6 угла поворотазонда, блок 7 перемещения зонда вплоскости измерения, датчик 8 перемещения, г-р 9, синтезатор 10 частот,блок 11 корреляторов, вычислитель 12.В п.1 -лы дан способ. В п,2 ф-лыдано устр-во,реализующее способ.2 с,п. ф-лы, 1 ил.1332244 2с - с, = сопят 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 аналогично. Для определения ДН испытуемую антенну 1 и зонд 4 устанавливают вначальное 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 Я), где угловая координата ДН антенны 1. Этот угловой спектр пропорционален произведению комплексных ДН антенны Р Я) и ДН зонда Р (о).Затем зонд 4 последовательно смещают по углу в положения Ы и для каждого , аналогично формируют угловой спектр. Результирующая совокупность угловых спектров может быть ,представлена в виде совмещенного углового спектра Ф , ( ), Совмещенный угловой спектр пропорционален нроиэвдению двух сомножителей - ДН зонда Р(1 - Ы) и ДН антенны Р (Ф) со "скользящими" друг относительно друга аргументами: Ф (ф ь о(о ) с 1 Р(2) где с, = Р (о - оо) = сопят.При Ы = сопз определяют ДН зонда 4:10 где с Р (3) = сопят.Далее находят максимум модуля 15 совмещенного углового спектра и соответствующие ему значения углови о , Эти значения определяют максимальную величину коэффициентов сс , соответствующих максимумам ЛН 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 вначальное положение х = О в плоскости измерений и перемещают по углу.Из непрерывного распределения ком плексных амплитуд сигнала на выходеантенны 1 при угловом перемещениизонда 4 формируют пространственныйФурье-спектр В(х), где х - линейнаякоордината раскрыва зонда 4.Этотпространственный спектр приближеннопропорционален произведению комплексных АФР зонда Аз(х) и АФР антенныА(х) у раскрыва зонда, Затем зонд 4последовательно смещают в положение 40 хи для каждого х, аналогично формируют пространственный спектр. Результирующая совокупность пространственных спектров может быть представлена в виде совмещенного про странственного спектра В (х, х ).Совмещенный пространственный спектрявляется произведением двух сомножителей АФР антенны А(х - х) иАФР зонда Аэ(х) со "скользящими"друг относительно друга аргументами:В(х, х) = А(х) Ад(х - х ), (4)Фиксируя в спектре (4) отдельныепеременные, получают множество сечений, определяющих искомые АФР. При 55 х = сопзС определяют АФР антенны 1;133 В(х, х ) = с Аз(х),(6) с При х - хо = сопят. определяют АФРзонда 4; где с = А (х - х ) = сопэС.Ф ю оДалее 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 разоворачивают на 180 по углу Ыс, 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 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 224449 СВЧ-сигнал поступает также на входсинтезатора 10, который формируетсигнал гетеродина с частотой ы- ы .5и группу опорных сигналов корреляторов с частотами ы ря , где ы р -промежуточная частота, а Яд - ожидаемая допплеровская частота Количество опорных сигналов И равно ко О личеству корреляторов в блоке 11корреляторов и определяется необходимым объемом и шагом отсчетов (ДН)или (АФР) антенны, определяемых заодин проход зонда 4 (например, 64 15 отсчета).Блок 2 перемещает испытуемую антенну 1 по углам азимута и места,блок 5 перемещает зонд 5 по угламазимута и места, блок 7 перемещает 20 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 дви жения зонда 4 по линейной или угловой координате Фурье-спектр результирующего распределения сигнала навыходе испытуемой антенны 1 за счетэффекта Допплера преобразуется в ча статный спектр сигнала, сосредоточенный вблизи несущей частоты. При перемещении зонда 4 по линейной координате сигнал с выхода испытуемой антенны 1 А(С) = А (С) .соэ со С + Ц (С), (7) где А(е) - амплитуда сигнала;40 Ч(Г) - фаза сигнала;ы - частота;- время,поступает в блок 11, на другие входыкоторого поступают сигнал гетероди на и опорные сигналы иэ синтезатора1 О, В блоке 11 происходит смешениевыходного сигнала А(с) и сигналагетеродина, выделение сигнала промежуточной частоты, усиление и обработка последнего в корреляторах. Корре,ляторы производят перемножение сигнала с опорными сигналами ожидаемыхдопплеровских частот и интегрирова-ние (накопление сигнала разностнойчастоты). Каждый коррелятор состоит ,из пары квадратурных каналов,отличающихся сдвигом фазы опорных сигнаолов на 90 . Соответственно в одномканале интегрируется функцияФормула 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 Вперемещения зонда, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности из 45 7133224 и соответствующих координат смещейия зонда 4, Затем вычислитель 12 находит максимум модуля отсчетов совмещенного спектра и определяет ДН и АФР испыту 5 емой антенны 1 как сечения совмещенно- го спектра. Для определения двухмерных ДН испытуемой антенны 1 в полу- пространстве 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 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- Ю тров и данных о координатах смещения зонда 4. Затем вычислитель 12 производит формирование двухмерного совмещенного спектра иэ запомненных данных путем одномерного дискретного преоб разования 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 48мерений 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.