Способ определения аплитудно-фазового распределения поля антенны

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 800403 А 1 1)5 6 01 829 ННОЕ ПАТЕНТНСССР ГОСУДАР СТ ВЕДОМСТВ (ГОСПАТЕН ТЕН САНИЕ И ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ и, приеме иссл рительной трае и на прямо инятого сигна ой пары соседн а -й пары точ 1)-опары, а вт я первой точк твляют по осно изациям, сумм кто зо ча(71) Московский энергетический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1223170, кл. 6 01 й 29/10, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 1753430, кл, 0 01 В 29/10, 1990.(57) Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использованопри измерении амплитудно-фазового распределения поля антенны, Цель изобретения - повышение точности. Указанная цельдостигается 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 соследующих точек, причем прием ведут подвум каналам (поляризациям), шестнадцатьраз суммируют сигнал, внося в сигнал, снимаемый с первой точки, дополнительныйфазовый сдвиг, измеряют и фиксируют ампИзобретение относинике и может быть исполных измерениях,Цель изобретения - повышение точности определения амплитудно-фазового распределения поля антенны.Сущность изобретения заключается вм, что согласно способу определения фавого распределения поля антенны, заклюющемуся 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 л, на ортогональную с дополнительным фазовым сдвигом на л;, 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 антенно дуемого поля в точках изме тории, располокенно измерении параметров пр последовательно для квжд точек. причем первая точк является второй точкой ( - рая точка -й пары являетс (+1)-й пары, прием осущес ной и ортогональной полярровании всякий раз принятых двух сигналов с выбранными комплексными коэффициентами передачи и измерения мощностей принятых 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 сигналов 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 ортогональную, 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 первой 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 форму- лам агс)1(ава,), если а, г Ов ваттХ ХЕ(алаВ)с ее где х =х)(ехр 0 р), у; =у; ехрД ф) +2). =1,2) - комплексные вектора поля в местах расположения двух антенн для вертикальной "у" и горизонтальной "х" поляризаций соответственно: ф т сс, , ) Вл тл а = 0,25(б - с , К =)+2(-1), =1 - 8),Ц - целая часть;- амплитуды суммарного сигнала, где ) -номер измерения =1 - 16);знак "+" - берется для )=);знак "-" - берется для 1=+2;у), уЪ - берутся для )=1-4,9-12;х), р) - берутся для )=5-8,13-16;у 2,4 - берутся для )-нечетных;х 2, ОО 2 - берутся для )-четных; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 функция соз - берется для к=1-8, функция з)п - берется для )=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, фазовращателей 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 полокение "Выключено", а антенны 3,4(2,3) в полокение, при котором во включенном состоянии находятся лишь по одному р-)-и 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, измеряютамплитудусуммарногосигнала 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 р-(-и диоды при включенном в антенне 4(3) том же р+и диоде, что и на предыдущем этапе. После этого повторяют описанную выше процедуру еще четыре раза при включенном в антенне 4(3) ри диоде, соответствующем другой поляризации, И, наконец, измеряют еще 8 сигналов, производя аналогичную процедуру для положения фазовращателя 6 00, а фазовращателя 5(7) 90 -а . Полученные таким образом 16 сигналов обрабатывают в блоке 10 вычислений по алгоритму, приведенному ниже. Для получения 32 сигйалов (см,п,2 формулы изобретения) описанную выше процедуру производят длявсех четырех р-(-и 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 вычисленных амплитуд и фаз поля после перемещения измерительного зонда 1 по всей поверхности измерений.Тридцать два измерения производят для того, чтобы компенсировать ошибку, вызванную возможной несимметрией плеч антенн, входящих в состав измерительного зонда,или вычислить величину этой несимметрии,Антенна 4 (2), входящая в состав измерительного зонда, используется для усреднения вычисляемого на каждом шаге значения и для "привязки" соседних линеек при строчно-столбцевом способе сканирования, Для этого последовательно производят вычисления сначала с использованием ;.;нтенны 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 итогового 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 фазы 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 х).х 2 у 1 у 2 ф 1 (П 2о, у)4 по 16 (или 32) выборкам продетектированного сигнала с из мерительного зонда, Т,к. в какдой из антенн 2 и 3 имеется по 4 управляющих элемента - р (-и диода, а фазовращатели 4 и 5 имеют по два различных состояния, причем используется всего две из возмокных четырех комбинаций их состояний, то всего возможно 32=4 х 4 х 2 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:д :у+у+2 У у оов(Ф -р +а)у,у,оов(ф,-,+а) ) д:у+ху х оов(Р -Р К 1)д х+у+2 х у оов(р р+а) д =у у +2 у у в(л(р р -1)уу+хх+2 У х в(л(у (р 1)( д =у,+х,-гу,х,в)л(р,-М;1); д =х +у -2 х у в)лф -(р -1)д сх +х -2 х х вЫр -р -1)иге гхзи(,=У Уз+2 удоов(р -(р щ) Дро=У +х +2 У х оов(У -(Р +Х) деео=у+у -2 У У оов(ф -ф +д) Д,оо У,+У -2 Ухоов(9,-,+а) вава ух+2 У х вл(р -р -1) иэз=у+х 2 у,х в(л(9 -р -1) Д=х 1+,+2 ххв 1 П(Ф Ф 1) где у;у;ехр р(+2); х=х(ехрЯ р) - значениекомплексного вектора поля в точках расположения антенн 2= 1) и 3 - -2) по вертикальной и горизонтальной поляризациям соответственно;1=90 - й;Оц),п,п) - амплитуда суммарного сигнала, где 1 - номер измерения; 1=1-4; п)=1-4 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 д:у +ху,х,в 1 л(,(,-1); д, =х +У +2 х У вл(9 р 1)д:х+х+2 х,х в(лЩ-р -1 дывУ+Уф+2 Уув(л( -р -1) (2)( 2 2)1/212 4 30 35 40 45 50 у у (в 2+в 2)1/2 1 2 1 5 55 У 1 в 2=(в 2+аб)2 2 1/2 номера включенных детекторов в антенне 2 и,З собтветственно; п=1,2 - признак состояния фазовращателей, п=О; а; 57):О, а п=1 - 6:0;57):90 - а );Или короче где у) фз- берутся для 1=1-4,9-12;х), р 1 - берутся для 1=5-8 13-16;У у 4 - берутся для (-нечетных;х 2, ф 2 - берутся для 1-четных;знак "+" - берется для М=М;знак "-" - берется для 1=1+2;функция сов - берется для 1=1-8;функция з(п - берется для 1=9-16;Анализируя 2), можно заметить, что при условии полной симметрии антенн 2 - 4 выражения для с)17 - с)з 2 полностью эквивалентны выражениям для б 1-б)б, 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 с 7-с)з 2 можно использовать для уменьшения ошибки измерений, вызванной этой не- симметрией, перейдя к новым обозначениям;б(1 = бк +б(+16)/2, К=1 - 16),или вычислить величину этой несимметрии:(1( = б( - й+)61/2, 1 = 1 - 16).В этом случае получим систему из 16 уравнений,аналогичную 3),для 1=1 - 16, Вычитая теперь К +2 - е уравнение из 1-го, где к =)+2 (- 1), (=1 - 8),означает взя)+1тие целой части, и деля полученную разность на 4, получим систему из 8 уравнений: У 1 У 2 СО 3 РЗ (//4 + Г где У 1, (/з - берутся для )=1,2,5,6;х), (/1 - берутся для (=3,4,7,8;У 2, (Р(- берутся для )-нечетных;х 2, (/2 - берутся для (-четных;.функция сов - берется для (=1-4;функция з(п - берется для (=5-8, Из (4) находим произведение искомых амплитуд, и разность искомых фаз определяется следующим образом: аго 1 и(в /а) , если аеоф 4(.вго 1 И(а/а 2 )+1, ЕСЛИО 10 15 20 25 аго 1 а(а /а ), если в О21 24 вгоИ(а /а )+и, если в О вгоа(а /в, ) , если а Оф 1 фг+О= агоре(/в )+1, ЕСЛИ О И, наконец, выбрав одну из величин х), ,х 2, у,у 2 в качестве опорной, из 1) легко получить выражения для остальных неизвестных.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", а наличие третей антенны, кроме того, обеспечивает избыточность исходной информации, используя которую можно производить усреднение вычисляемого на каждом шаге значения поля,Формула изобретения 1. Способ определения амплитудно-фазового распределения поля антенны, включающий излучение электромагнитного поля исследуемой антенной, прием исследуемого поля в точках. расположенных на прямой линии, параллельной плоскости раскрыва исследуемой антенны, с одинаковым расстоянием между ними, измерение параметров принятого сигнала последовательно для каждой пары соседних точек, причем первая точка (-й пары точек является второй точкой (-1)-й пары, а вторая точка 1-й пары является первой точкой +1)-й пары, прием осуществляют по оСновной и ортогональной поляризациям, суммирование всякий раз принятых двух сигналов с выбранными комплексными весовыми коэффициентами, измерение мощностей суммарных сигналов и определение амплитудно-фазового распределения 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 точке, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, суммирование сигналов, принятых в двух точках приема, выполняют шестнадцать раз, при этом первый суммарный сигнал формируют суммированием принятых сигналов с первой и второй точек приема по основной поляризации, второй, третий и четвертый суммарные сигналы формируют, изменяя поляризацию п ринятого сигнала во второй точке последовательно на ортогональную, на основную с фазовым сдвигомт и ортогональную с фазовым сдвигомт, суммарные сигналы с пятого по восьмой формируют, повторяя указанные четыре операции суммирования,+С г 6 СО 6 10 при 1=18 Ф 2г п , - +6,14 с изменением поляризации в первой точке на ортогональную, суммарные сигналы с девятого по шестнадцатый формируют, повторяя восемь указанных операций суммирования, внося в сигнал, принятый во второй точке, фазовый сдвиг 90 - а, 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 г" 1огс 1(обоп, гри 06 гО;1 огс 1 (06(0 1 Ф 7 при 066 Оогсз (06/06), при 06 60;6"6ч 10(0 ( 1+,п аГг Т,огсз(о,(ой, при отгОогс Ьп(041, при апгО,6 Ч агс (06/01 Л,при опсО где х 1,х 2,у 1,у 2 - амплитуды поля в первой и второй точках по основной и ортогональной поляризациям соответствен но, р 1, р 2, р 1, р - фазы поля в первой и второй точках по основной и ортогональной поляризациям соответственно,а=0,25(б - б+2),= +2( +1),г , +125 =1,8,а - целая часть числа,15при 1=916, 1 - номер замера.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности, вносят в сигнал, принятый в первой точке как дой пары точек, фазовый сдвиг л, принятыесигналы с первой и второй точек каждой пары точек суммируют дополнительно шестнадцать раз, дополнительно измеряют шестнадцать раз мощности суммарных 25 сигналов, а величину б вычисляют по формулей = 0,5 бк+ бай+16)3, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что фазовый сдвига выбирают равным 30 0 или 90 О.