Способ определения амплитудно-фазового распределения

430 А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 51)5 0 01 й 29/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССРПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ последующий прием сигналов со следующих точек, при этом прием осуществляют по двум каналам (поляризациям), трижды суммируют сигналы с обоих каналов с комплексными весовыми коэффициентами, трижды измеряют и фиксируют амплитуды принятых сигналов, причем"эйачение комйлексного вектора поля в первой точке по одной поляризации выбирают произвольно, а значение комплексного вектора йоля во второй точке по этой поляризации и в обеих точках по ортогональной поляризации определяют как решения соответствующего матричного уравнения, для определения амплйтуды и фазы поля в следующей точке используют параметры поля 6 точке, участвующей в предыдущем измерении. Дополнительно выполняют прием в третьей точке, расположенной на прямой, перпендикулярной линии, проходящей через первую и вторуюточки, проходящей через первую точку. 1з,п. ф-лы,2 ил,гональным поляризацидвум взаимно орям.Наиболее блилагаемому способления амплитуднполя антеннй, вкемого поля в точкрии, измерениесигнала последовсоседних точек, иры точек являетсры, а вторая точкточкой (1+1)-й парнием параметровпары соседних т АВТО РС КО МУ С В ИДЕТ ЕЛ Ь СТВУ(71) Московский энергетический институт(56) Захаров Л.Н, и др. Методы измеренияхарактеристик антенн СВЧ, - М,: Радиои связь, 1.985, с. 191-197,Авторское свидетельство СССРМ 1223170, кл. 0 01 В 29/10, 1986,(57) Изобретение относится к технике антен. ных измерений и может быть использовано при измерении амплитудно-фазовогораспределения поля антенны, Цель изобретения - повышение точности. Цель достига- .ется тем, что выполняют прием сигналов спервой и второй точек из ряда точек, находящихся на поверхности измерений, расйоложенных на расстоянии шага измерений, и Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при антенных измерениях.Известен способ определения амплитудно-фазового распределения поля антенны, заключающийся в дискретном перемещении по заданной поверхности зонда и измерении амплитуды и фазы сигнала в каждой точке путем сравнения сйгйа- ла с зонда с опорным сигналом.Однако этот способ обладает недоста- точной точностью определения и не позво-ляет эа один цикл измерений определить амплитудно-фазовое распределение по эким по сущн у является спо о-фазового рас лючающий при ах измеритель параметров ательнодля к ричем йервая я второй точко а 1-й пары явля ы, причем пе принятого сиг очек трижды ости к предсоб опредепределенияем исследуной траектопринятого аждой пары точка 1-й пай (1-1)й пается первой ред измеренала для 1-й суммируютпринятые сигналы, внося в сигнал, принимаемый во второй точке, дополнительный фазовый сдвиг последовательно О, Ф,-ФР, а измерение параметров принятого сигнала выполняют для мощности суммарного сиг нала для каждого значения 1 фазы 21 У, 31 У, у соответственно, и определяют значение амплитуды поля во второй точке и разность фаз поля между второй и первой точками исследуемого. поля по формулам 10 г Д)02 у г,еф= сов(Ф,(+1) идля 1= Однако точной точн с наличием о дании однои да в "нуль исследуемо ма), При это этот способ обладает недостаостью определения, связанной шибок, возникающих при попаиз антенн измерительного зонполя" (точку, где амплитуда го поля сравнима с уровнем шум погрешность определения амл, если с 0 (1 -г 25У = хг + хг + 2 х 1 хгсов( р 11 - щ + Ф,), ) = 1, 2, 3х 1(г) - значение амплитуды поля в первой (второй) точке исследуемого поля для 1-й пары точек, причем 30Х 11 = Хг 3+1); ф 1 = г х 11, р 1 - выбираются произвольно 1;90 (ф180 О.Устройство для реализации указанного способа, включает измерительиый зонд, со . держащий й каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные антенну, коммутатор и фазовращатель, причем выход 1-го фазовращателя (1М) подсоединен к 1-му входу сумматора, выход 40 которого подсоединен к входу амплитудного детектора, выход которого является выходом зонда, Устройство также содержит последовательно соединенные низкоча- стотный приемный блок, вход которого под ключен к выходу амплитудного детектора, . блок вычислений и блок коммутаций, первые Й выходов которого подключены к входам управления соответствующих коммутаторов, а вторые Н выходов - к входам 50 управления соответствующих фазовращателей.плитудно-фазового распределения поля антенны многократно возрастает,Цель изобретения - повышение точности определения амплитудно-фазового распределения поля антенны и расширение функциональных возможностей.Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе определения амплитудно-фазового распределения поля антенны, включающем излучение электромагнитного поля исследуемой антенной, прием исследуемого поля в точках измерительной траектории, расположенной нэ прямой, измерении параметров принятого сигнала последовательно для каждой пары соседних точек, причем первая точка 1-й пары точек является второй точкой (1-1)-й пары, а вторая точка 1-й пары является первой точкой (+1)-й пары, определение амплитудно-фазового распределения по результатам измерений, дополнительно прием электромагнитного поля выполняют трижды в первой точке по поляризации и или по ортогональной к ней в и вд второй точке по основной поляризации и или ортогональной к ней гп, суммируют всякий раэ принятые два сигнала с комплексными коэффициентами передачи )К О = 1 - 6), измеряют значения мощностей суммарных сигналов Р 1(Рг и Рз) соответственно и определяют комплексную амплитуду поля во второй точке по формуле Е.1 Е де йе(Ею Еа); ь(Ею Епк); Ею 1- нахоятся как решения матричного уравненияРгпК(а (Е где Егп(пк) = (в 1(пк) ехр О дъРм - значение комплексного вектора в точке 1(К) по поляризации п(п 1), гп, и, 1, К = 1, 2; матрица С) - матрица калибровки; Р =Кг 3-1 Егп + КгЕпс 1, ( = 1, 2, 3) -г значения измеренных сигналов;К О = 1, 2, 3, 4, 5, 6) - комплексные коэффициенты передачи, характеризующие передачу сигналов с первой и второй точек для трех измерений, причем для определения амплитуды и фазы поля в следующей точке используют параметры поля в точке, участвующей в предыдущем измерении,Поставленная цель достигается также сора подключен к входу низкочастотного тем, что в известном устройстве, включаю- измерительного блока, а выход низкочащем измерительный зонд, содержащий две стотного измерительного блока подключен идентичные антенны, установленные на ме- . к входу блока управления и обработки; " ханическом сканере на расстоянии, равном 5 . На фиг,1 приведена схема устройства, шагу измерений друг от друга, блок измере- реализующего предлагаемый способ; на ния параметров сигнала, выход которого фиг.2 - расположение антенн, входящих в подключен к входу блока управления и об- состав измерительного зонда на плоскости работки, первый выход которого подсоеди- измерений.нен к входу управления механическогб" 10 Устройство содержит измерительный сканера, дополнительно антенны выПолне- зонд 1, состоящий из антенн 2-4 с управля-. ны с управляемой поляризацией, введены емым положением плоскости поляризацйи распределительная схема, первый и второй и распределительной схемы (РС) 5, блок 6 входы которой подключены к выходу первой . измерения параметров сигнала 6, состоя- и второй антенн соответственно, а первый, 15 щий из амплитудных детекторов 7-10, второй и третий выходы распределительной мультиплексора 11 и низкочастотного изме- схемы подключены к первому, второму и рительного блока 12, блок 13 управлений и третьему входам блока измерения парамет- обработки и механический сканер 14.ров сигнала, блок коммутаций, первый . Устройство работает следующим обравыход которого подсоединен к входу управ эом,ления первой и второй антенн, а второй При помощи механического сканера выход - к вхоДу управления блока измере устанавливают измерйтельный зонд 1 в ния параметров сигнала,: исходное йоложенйе. Затем при помощиПоставленная цель достигается также блока 13 управления и обработки устанавтем, что блок измерения параметров ситна-. 25 ливают антенну 2(4) в положение "Выключела включает последовательно соединЕнныено", а антенны 3, 4(2, 3) в положение, при мультиплексор и низкочастотный иэмери- . котором во включенном состоянии йаходяттельный блок, выход которого является. ся лишь по оДному р-и диоду в каждой выходом блока измерения параметров сиг- антенне, Таким образом на два входа РС 5 нала, первый, второй и третий входы муль подаются сигналы от антенн 3, 4(2, 3) сооттиплексора подключены к первому. второму, ветственно, Комплексные сигналы, несущие и третьемувходам блока измерения пара- информацию об амплитуде и фазе поля в метров сигнала через первый, второй и точках расположенйя антенн 3, 4 (2, 3) по третий амплитудные детекторы соответст . поляризации, соответствующей включенновенно, вход управления мультиплексора яв му р - 3 - и диоду, поступают с выходов РС 5 ляется входом управления блока измерения на соответствующие входы блока 6 измерепараметров сигнала, а амплитудные детек-" ния параметров сигнала. С выхода блока 6 торы в непосредственной близости от изме йзмерения параметров сйгнала три дейстрительного зонда.вительных сигнала последовательно постуПоставленная цель достигается также 40 пают в блок 13 управления и обработки, где тем, что измерительный зонд содержит три онЮ обрабатываются согласно алгоритму, идентичные антенны, причем выход третьей приведенному ниже. Коммутация сигналов антенны подключен к третьему входу изме- осуществляется в блоке 6 измерения парарительной схемы, а третья антенна разме-метров сигнала, по командам с блока 13 щается на линии, перпендикулярной линии, 45 управления и обработки. В результате опре-. проходящей через первую и вторую антен- деляют искомые амплитуду и фазу поля в ны, и проходящей через первую антенну, на- . одной иэ двух. точек по поляризации, соотрасстоянии шага от нее: ветствующей включенному в антенне 3(2)Поставленная цель достигается также р-и диоду через произвольно выбранные тем, что распределительная схема выполне амплитуду и фазу поля в другой точке по на с четырьмя выходами; а блок измерения поляризации, соответствующей включеннопараметров сигнала выполнен состоящим . Му в антенне 4(3) р-и диоду.иэ четырех амплитудных детектоРов, муль=Затем при помощи блока 13 управления типлексора и низкочастотного измеритель-и обработки устанавливают антенну 3(2) или ного блока, прйчем входы амплитудных 55 4(3) в состояние, соответствующее ортогодетекторов подключены ксоответствующим" нальной, по отношению к первоначальной, выходам распределительной схемы и рас- поляризации и производят аналогичные положены в измерительном зонде, выходы": операции, беря в качестве. опорной величидетекторов подключены к соответствующймну, вычисленную на предыдущем этапе. По- входам мультиплексора, выход мультиплек-сле этого при помощи блока 13 управления1753430 Р 1=К 1 Ещ+ К 2 ЕпР 8 = 3(зЕв+ 3 цЕп 3 сР 9 = 1 к 5 Ев 4. к 6 Еп 3 с (1)где ЕвЦпК) = Хвпк)ехрО вэ (пМ) - значение 5 комплексного вектора поля в точке 1(М) пополяризации п(в), в, и, 1, Е = 1, 2,1) О = 1-6) - комплексные коэффициентыпередачи, характеризующие передачу сигналов с первой и второй точек для трех 10 измерений;Комплексные коэффициентюг Ь однозначно связаны с конструкцией РС и определяют потенциальную точность вычислений с использованием данной конст рукции РС.Равенства (1) можно записать в матричном виде: Ею Ею Ев Еа Епк Ев Р 8(2) 25 В (2) (СГ - комплексная матрица размерностью 3 х 3, элементы котороВэависят только от элементов матрицы рассеяния РС, Если теперь перейти к вещественным квадратичным переменным, то матрица С 1 30 также становится вещественной, Если матрица С 1 обратима, то из (2) получаем выражения для расчета входных сигналов по показаниям, снимаемым с амплитудных детекторов 7-9:35 Антейна 2 (4), входящая в состав измерительного зонда, используется для усреднения вычисляемого на каждом шагузначения и для "привязки" соседних линеекпри строчно-столбцевом способе сканирования. Для этого последовательно произво дят вь 1 чйсления сначала с йспользованиемантенны 4 (3) в качестве опорной, а затем тоже самое производят и с использованием вкачестве опорной антенны 2 (4), Затем производят усреднение, беря в качествеитогового значение, равное полусумме полученных таким образом значений, Такаяпроцедура позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения случайной 5ошибки. "Привязка" соседних линеек пристрочно-столбцевом способе сканированияосуществляется благодаря указанному рас положению антенн 2 - 4 на плоскости измерений (фиг.2),Алгоритм определения амплитуды и фазы поля по полученным сигналам Р (1 = 1, 2,3, 4) можно пояснить следующим образом,Запишем сигналы, полученные с амплитудных детекторов 7-9 в виде; Р 7Яе ЕвЕм) 1 (Ев 1 Ей)(3) Р 8 40 Р 9 Используя (3) можно найти искомое отношение комплексных сигналов в местах 45 расположения антенн 4 и 3 (3 и 2) по поляризации и и т соответственно: Ев 1 Еа(4 Матрица результате ка способов кал ных РС. Они 55 Р 9-Р 11 для н Е 2, Ез, с посл по формулам Повыше т того, чтотигается за рех антенн и сче и обработки возвращают антенну 3(2) или4(3) в исходное состояние, а в антенне 4(3)или 3(2) меняют поляризацию на ортогональную- и пбвторяют опиСанную процедуру, причем в качестве опорнойберутся величины, вычисленные на предыдущем этапе.Затем при помощи механического сканера 14 перемещают измерительный зонд 1вдоль линии, соединяющей точки расположения антенн 4(3) и 3(2) на величину шагаизмерений, который равен расстояниюмежду антеннами 4(3) и 3(2), В этом положении повторяют описанную процедуру, причем для определения амплитудыи фазыполя в новой точке исгэльзуют параметрыполя, вычисленные на предыдущем шаге и. т.д, Итоговое амплитудно-фазовое распределение определяют как совокупность вычисленных амплитуд и фаз поля послеперемещения измерительного зонда 1 повсей поверхности измерений,Амплитудные детекторы 7 - 9 включаютв состав измерительного зонда 1 с целью ..уменьшения погрешностей определения,возникающих при передаче сигналов от измерительного зонда 1 к остальной части амплитудного приемника 6,Четвертый выход РС 5 и четвертый. амплитудный детектор 10. используют длянормировки сигналов, снятых с амплитудных детекторов 7 - 9, Это позволяет расширить динамический диапазон измерений иповысить точность определения амплитудно-фазового распределения. С), входящая в (3) находится в либровки, Известно несколько ибровки СВЧ-схем, аналогичбычно сводятся к вычислению ескольких известных величин дующим расчетом матрицы С подобным (2), (3).ие точности досиспользование тработа сразу по двум 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 соседнихточек, причем первая точка 1-й пары точек является второй точкой (1 - 1)-й пары, а вторая точка 1-й пары - первой точкой (1+1)-й пары, определение амплитудно-фазового распределения по результатам измерений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, прием электромагнитного поля в каждой паре точек выполняют по основной и ортогональной поляризациям, формируют суммарные сигналы в соответствии с соотношениями 01 = 1(1 Е 11+ 12 Е 12; 02 = 13 Е 21+ к 4 Е 22 03 = К 5 Е 11(2) + 1(6 Е 21(2), измеряют мощности суммарных сигналов Р 1, Р 2 и Рз соответственно и определяют комплексную амплитуду поля в первой точке по ортогональной поляризации и во второй точке по основной и ортогональной поляризациям по формулефВЕ Епз ЕК - ) п Е 1 ЕК Епк = Епз )Е,11где значенияЕю 1, Ке(ЕюЕм ), 1 в(Ещ)Еа) определяют из матричного уравнения12 Ве (ЕыЕпк)ф Ее1 пз (ЕвЕпк) Рз е в,Езк = Ез 12 40 гдЕ ЗначЕнияЕз 1, ВЕ(Е 3)(Е 3 К ), Хв(Е 31 Езк) определяют из мат ичного авнения р урР 1 Ве(ЕзЕзе) = С Хпз (ЕЗЕ 3 К) где Еы(пк) - значение комплексной. напряженности исследуемого поля в точке в(п)поляризации 1(К); .п 1, и,1, к=1, 2;матрицаС - матрица калибровки;1) О = 1, , 6) - комплексные коэффициенты передачи принятых сигналоь,причем амплитуду исследуембго поля в первой точке первой пары точек по одной изполяризаций выбирают произвольно, а фазу: - равной нулю.2, Способ по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я20 тем; что, с целью повышения точности, дополнительно принимают исследуемое полев третьей точке, расположенной на линии,перпендикулярной линии, проходящей че-зрез первую и вторую точки приема, и прохо 25 дящей через первую точку приема каждойпары точек, формируют суммарные сигналыв соответствии с соотношениями02= 1(ЗЕ 31+ 14 Е 32;03 = 1(5 Е 11(2) + 1(бЕ 31(2)30 измеряют мощности суммарных сигналовРг и Рз соответствейно и определяюткомплексную амплитуду исследуемого поляв третьей точке по основной и ортогональной поляризациями для каждой пары точек35 по формулероизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 2767 ВНИИПИ Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5