Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки

Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - обеспечение измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом его поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения. Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки (ОФАР) заключается в формировании плоской электромагнитной волны в виде типов волн TE<SB POS="POST">NM</SB> и TM<SB POS="POST">NM</SB> посредством многомодового волновода, облучении этой волной фрагмента раскрыва ОФАР, измерении комплексных амплитуд падающих собственных волн типов TE<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">TE</SB> или типов TM<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">TM</SB> и отраженных от раскрыва фрагмента ОФАР электромагнитных волн типов TE<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">11</SB> и U<SB POS="POST">21</SB> и TM<SB POS="POST">NM</SB> U<SB POS="POST">12</SB> и U<SB POS="POST">22</SB> при различных фазовых сдвигах X<SB POS="POST">I</SB>, где I=1,2,...K,...L, L≥4, и определении матрицы коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва ОФАР. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН

yl)S G О1 R 29710

q* *сГ ч1с

1 .„,. . ъ . L 6ÉÉ4é

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ П(НТ СССР

1 (21) 4404992/24-09

1 (22) 06,04,88 (46) 15.11.90, Бюл. Р .42 (72) А.С.Батанов, В,Л.Зубков, Ю.A.Карцев, Д.М,Сазанов и H,ß.Ôðîëîâ (53) 621.317:621:396.67 (088.8) (56) Gustincic I,I. The determination of active array impedance téth

multielement жачеяи1с1е simulater, IEEE Trans on Ant. and Prop, vAP — 20, N - 9, рр. 589-595.

Методы измерения характеристик антенн СВЧ. /Под ред, Н.М,Цейтлина.

М.: Радио и связь, 1985, с, 323. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕДАЧИ РАСКРЫВА ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ФАЗИРОВАННт)Й АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений, Цель изобретения — обеспечение измерения коэффици енто в отражения и коэффициентов

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано прч проектировании и обработке конструкции отражательной фазированной антенной решетки (ОФАР)

Цель изобретения — обеспечение измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом ега поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнит„„SU„„ f 606947 А1 передачи раскрыва отражательной ФАР с учетам его паляриэационных свойств для различных углов падения на него эл ектрамагнитнай волны при адновр еменнам сокращении затрат на измерения. Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражат ел ьнай фазир ованнай антенной решетки (ОФАР) заключается в формировании плоской электромагнитной волны в виде типов волн ТЕ „ и ТМ „ посредством многомодового валновада, облучении этой волной фрагмента раскрыва ОФАР, измерении комплексных амплитуд падающих са ственных волн типов ТЕ„„П или "èïîâ ТМ„П и отраженных от () раскрыва фрагмента ОФАР электромагнитных волн, типов ТЕ„„,П н и Ц, и

<1) ° (Ф)

ТМ U и Ц при различньс:. фазовых т О

nm

S рассеяния четвертого порядка. Рассмотрим каскадное соединение восьмипалюс- each, .ника, матрица рассеяния которого совпадает с Б, с другим васьмиполюс— ником, характеризующим свойства отражательных фазовращателей (ОФВ)

;ограничительной ФАР и имеющим мат160694 7 (2) ((» К) ,7 KQ ()

А(к

К=-п

S((!) (»2) (<1<)

S (гг) 30 (8) - — (<7»+ R,,) +

35 (4) (<) где Т (5) 40 (9) (б) где (10) Й

I (12) ma (= arctg(— );

h I»1 пЬ рицу () = (3E рассеяния„- где (3 =

-1<1(, — -е М - фазовый сдвиг

Г

Э !

Е. - единичная матрица.

Матрица Q рассеяния по входам каскадного соединения двух этих многопслюсников имеет вид (») (а) (22) — < (12) Т

Я=S+S(fE-8) S,(1)

Продиф<Ьеренцируем выражение (1))-. и о Фазе:

d Р (<г)

R = — = — — S (F— й((d((, (271 -((2().- ((а)т

S ) E(E- В ) Б

ММ т.

Можно заметить, что выражению (2) соответствует спектральное разложение матрицы R:

R - х" > )(к х" + х "р ф < хг) =

< а

=((», х «(» x j (д (2) 5, с х (3)

ММ где х и х()- собственные векторы, (<) и Л вЂ” собственные значения

2 матрицы R.

Для матрицы R второго порядка собственные значения и собственные векторы (последние с точностью до знака) имеют вид ((2z. (7 х 1) = (1 +G;) (д ), <»; — »

С помощью соотношений (2)-(5) находим: юя "г (<г) (22) - <

j () S (<»E —, S ) = ТА сЖ ч 1

Ъ< << 2. ) (/2

<, „, > <-,--,- . — — (7) 50 ((2 <) +д Т 5< >

< 7

А — ортогонал ьная матрица (АА = Е).

Матрица Т, входящая в правую асть матричного уравнения (6), моет быть определена при различных значениях фазовых сдвигов (»(, прн этом мы получаем систему уравнений, Неизвестные матрицы S() и S» )íàõîдятся из системы двух уравнений (6), в которых правые части определены при двух значениях Ы; и (1(к фазового сдвига ОФВ. Отметим, что набор матриц Q (измеряют для числа значений фазовых сдвигов, большего двух, а

"0 производные R = (— ) („, определяют (к дифференцированием. одной из интерполяционных формул, выражающих Q через измеренные значения О ) например, путем дифференцирования многочленов наилучшего среднеквадратичного приближения: где М = (»(+ 2 Л (1(;

Л((, — разность соседних фазовых сдвигов

1» 1» ° ° О» и °

Из. системы матричных уравнений (1) и (6) определяют искомые коэффициенты отражения и коэффициенты передачи раскрыва в виде: (,1 -((<1т

Q +j(R -т D DT );

; )г . $ () -<

2jgj е sin — Т D+Т А, ((2) Т

) (1(, -< АD+DА, (1

1 (<1» (< г: (11» (1 »

Й ((2

D+=Т -е т (,1 Л (.1 (7 К

1 1 (<1 (<1»<1

= — I(R + R ) + (К

2 (<(<2 (1) („" (1 С к — R

Р < < 7

= (— ) ((,()

К, к=Ы, 160694 7 (({) г + р

2а

«г

8 = arcsin

nm (— )г

2Ь

Иатри ренную м рез нее гональну матрица

3) а и Ь вЂ” поперечные размеры прямоугольного многомодового волновода по оси х и у соответственно; — длина плоской электромагнитной волны; (1)

Q — матрица измеренных коэффициентов отраженнЕ волн ТН è ТЕ„„типа и коэффициентов передачи этих волн одна в другую при фазовом сдвиге ф; вносимом каждым фазовра,ц ща тел ем, $ — матрица коэффициентов отражения от раскрыва решетки двух падающих на нее под углами (Ц„

9„,„) взаимно ортогональных по поляризации плоских волн и коэффициентов передачи каждой из них в ортогональную отраженную волну, S — матрица коэффициентов передачи каждой из падающих на раскрыв плоских волн во взаимно ортогональные по поляризации волны, распространяющиеся в излучающих элемен тах решетки, S — матрица коэффициентов отражения от раскрыва, сфаэированного в направлении Q „, ортог онал ьных по поляризации волн, распространяющихся в и злучающих элементах решетки и коэффициентов передачи каждой из них в отраженную ортогональную волну, при этом производные R определяют дифференцированием интерпогяциойной формулы, выражающей

Q через измеренные значения Q ) цы $ выражаются через изме<.Е1

I 1 атрицу Q { ), определенные чематрицы R и Т, а также ортою матрицу А. Ортогональная

А имеет вид (12);

А= (), где а,, а =+1.0

О а

Такой вид матрицы А позволяет определить полную матрицу рассеяния раскрыва ОФАР, причем столбцы матрицы Я и н едиаг онал ьные элементы матрицы (22 }

S определяются с точностью до знака, Для произвольной ортогональной матрицы А определение матрицы S было бы невозможно, Получим соотношение (12) . Для . этого предположим,,что матрица име15 ет вид:

Р= (0 )) (14) и продифференцируем выражение (1) по и, и по Р el

-S () (2?)

{<2)

-S ( (??) -1

S ) 25 л {??)- 0 0 л

Р $ ) (о 1)(f

S (п)т

Если ввести обозначения: то

35 — =  ()

ЗО 10 оо !

2 (ь„ь„ь„ я) ь, ь„ ь„ т

В. =

Ь =+(" ) ° (16)

В = (ь ь ".,)

ЬгЬ Ьг ь{г)>= (г) ьгг ь ь ь ?(ь

{г) (е1

>< Ъ

Используя выражения (16), запишем соотношение для R положив P -+ () p

50 gQ )Q )Q gP

R- =— =(— + — ) — = о4 8p, ap,,,„

=ь>(ь +ь)(ь ) — = (17) (4 () {2) (2) М р т Ы{)

ВВ

Следовательно векторы Ь с точностью до множителя совпадают с собственными векторами матрицы R (3), а составленная из них матрица В с точ1606947

МО

Постыл до MHOKHTeJIH (— ) совпадает с матрицей TA,ãäe А определяется выражением (l2). Таким образом, матрица Л в соотношениях (6) и (8) определяется выражением (12), что позволяет найти матрицы коэффициентов отражения и передачи раскрива S("г) по измеренному набору матриц () .

10 (1а чертежс изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит амплифазометр 1, вход которого подсоединен ь к выходу модообразующего блока 2, который размещен с торца прямоугольпого многомодовога волновода 3, с другого торца которого Ра.змещен фрагмент испытуемой отражательной ФАР 4 20 с подключенным к ней блоком 5 управления фазовращателями.

Устройство работает следующим образом.

Модообраэующий блок 2 поочер едно формирует в волноводе 3 собственные волны ТЕ„,.„, и ТМ („для заданных индексов и г(m, комплексные амплитуды б) () которых Б. и Ц. измеряются амплифазометром 1 для всех эаданных со- 30 стояний фазовращателей Я;, определяемых блоком 5, При этом все фаэо-вращатели фрагмента отражательной

ФЛР 4 одновременно принима(от состояние х,, где i = 1, 2,... „1<,..., L (L 4) ° При каждом состоянии фаз оВращателя при возбуждении волны типа ТЕ „,„измеряют с помощью амплифазометра 1 комплексные амплитуды отраженных от Фрагмента Раскрыва . 40 ъ .(, (i)

ФЛР 4 типов полн T)(1 „0 «и Т((„,П (2 при Возбуждении волны типа ТМ„„, комплексные амплитуды отражейных от фрагмента раскрыва ФАР (1) а (ц типов вол н ТМ П „a ТЬ „П чего формируют матрицу (i) (()

Л„Л,2

"(«) (i) А2, Л22

° (1 ° (it ° (). (! (\ - () где Л„= U „ /Цт; А.„= (), /U

"(i) ° (-,) (;) ° (ъ) - б) " (;)

Л2. U >(/U»„A 2< Uгг /U тм 1

H с использованием формул (8-13) определяют искомые коэффициенты.

Таким образом, предлагаемый способ (в отличие от известных) позволяет применить методику волноводного моделирования к отражательной ФАР со всеми преимуществами этого метода. При этом исключается переделка отражательных излучающих элементов в проходные и разработка согласованных нагрузок и волноводных переходов для каждого типа излучателей.

Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет получить . исчерпывающую информацию о раскрыве отражательной ФАР, исследовать не только энергетические, но и поляризационные характеристики ОФАР, что позволяет сократить трудоемкость, сроки и стоимость разработки ФАР.

Формула изобретения

Способ определения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной фазированной антенной решетки, включающий формиро-. вание плоской электромагнитной волны, облучение плоской электромагнитной волной отражательной фазированной антенной решетки (ФАР), одновременное изменение фазовых сдвигов фазовращателей отражательной ФАР, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения коэффициентов отражения и коэффициентов передачи раскрыва отражательной ФАР с учетом поляризационных свойств для различных углов падения на него электромагнитной волны при одновременном сокращении затрат на измерения, плоскую электромагнитную волну формируют в виде типов волн ТЕ„и

Т посредством многомодового волЬ Гп новода и облучают ею фрагмент раскрыва отражательной ФЛР, измеряют комплексные амплитуды падающих собственных волн типов ТЕ Б или ти(>) пов Tt(„„U и отраженных от. Раскры() П тЕ п ти ва фрагмента отражательной ФАР электромагнитных волн типов TP»U «a ()

U 2(H Т(- U 2 и U ð2 при Различных (() <() ьн фазовых сдвигах х, где i = 1,2,..., k,...,L, L 4, и определяют матрицы коэффициентов отражения и коэффициентов пер едачи р аскрыва отражательной ФАР из соотношений («) <, („(,) ()т

К ((2) . Г;" -) . $ (1) -((>)

2 +

Щ (и)т, ) )О

160694 7 (e}

А и

U « /V„„„;, А » А н«

1 I

Az) A z () (i) (i1 ° (() (i)

"« "те A»z Uc 7(3те

«(» и)

g »1) y (), (- и у (»)

С» иа . е ь

+ - (к)

J2 T

1О и где S

20 («}

25 (21}

35 матрица коэффициентов отражения от раскрыва решетки двух падающих на нее под углами(»)„, 6 взаимно ортогональных по поляризации плоских волн и коэффициентов передачи каждой из них в ортогональную отраженную волну; матрица коэффициентов передачи каждой из падающих на раскрыв плоских волн во взаимно ортогональные по поляризации волны, распространяющиеся в излучающих элементах решетки;

I матрица коэффициентов отражения от раскрыва, сфазированного в направлении

Ц»»„<, 0 », двух ортогональных по поляризации волн, распространяющихся в излучающих элементах решетки, и коэффициентов передачи каждой из них в отраженную ортогональную волну

= (к - (э, 1 Г (i} 6}

С»2 2 ((Rq» + R«) (i » (° ) г(() C к — R« к = — т —

R = () a=(»(;;

ohq

О((к, а » О

A = (---- — ); а = +1

p (а с и

188 (= arctg

nrem nÜ

Г пЯ шЯ

Q = arcsin (— ) + (— )

П»Ъ 2а 2Ь .1 ) а и Ъ вЂ” поперечные размеры прямоугольного многомодового волновода по осям хи у;

Я вЂ” длина плоской электромагнитной волны; — матрица, элементы кото" рой получены ин1ерполяцией элементов матрицы Q() .