Способ измерения диаграммы направленности антенны

Способ измерения диаграммы направленности антенны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диаграмм направленности антенн. Целью изобретения является сокращение времени измерения. Способ заключается в облучении исследуемой антенны сигналом, вращении ее относительно центральной оси с угловой скоростью, изменяющейся по закону arcsln t/t и регистрации выходного сигнала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) . (1() (si)s G 01 R 29/10

Ю

О

О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4783291/09 (22) 16.01.90 (46) 15.02.92. Бюл. М 6 (71) Казанский авиационный институт им.

А.Н. Туполева (72) О.А. Авдеева, Е,IVI. Головин, С.Е. Колин и Ю.Б. Седельников (53) 621.317.343(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1141351, кл. G 01 R.

Методы измерения характеристик антенн СВЧ./Под ред. Н.М. Цейтлина. M.: Радио и связь, 1985, с. 81.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диаграммы направленности.

Известен способ измерения, диаграммы направленности, повышающий точность измерения за счет смещения коллиматора в плоскости его раскрыва.

Недостатком данного способа является длительное время измерения за счет последовательного измерения значений диаграммы направленности для различных положений коллиматора.

Известен способ, направленный на сокращение времени измерения диаграммы направленности в диапазоне частот.

К недостаткам способа относится то, что возбуждение антенны короткими импульсами дает широкий спектр сигнала, что приводит к увеличению шумов на выходе зонда и снижению точности измерения диаграммы направленности, а также достаточно боль(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГРАММЫ

НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диаграмм направленности антенн. Целью изобретения является сокращение времени измерения. Способ заключается в облучении исследуемой антенны сигналом, вращении ее относительно центральной оси с угловой скоростью, изменяющейся по закону arcsin t/t и регистрации выходного сигнала. 1 ил. шое время измерения диаграммы направленности антенн за счет равномерного смещения зонда из одной пространственной точки в другую.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения, в котором генерируют сигнал, излучают его, принимают измеряемой антенной (ИА), а уровень регистрируют при пространственном вращении измеряемой антенны относительно своего центра.

Недостаток известного способа — значиI ею@ тельное время измерения диаграммы направленности, обусловленное невозможностью быстрого вращения ИА, так как при этом пропорционально растягивается спектр сигнала на выходе приемного устройства и, следа вател ьно, захваты вается больше мощности шумов, что снижает точность измерений.

1712900

10

Целью изобретения является сокращение времени при сохранении точности измерения диаграммы направленности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения диаграммы направленности антенны, основанном на облученЙи исследуемой антенны сигналом, вращении ее относительно центральной оси, регистрации выходного сигнала исследуемой антенны, вращение исследуемой антенны осуществляют с угловой скоростью, изменяющейся по закону arcsln t/t.

На чертеже представлена структурная схема измерительной установки для снятия диаграммы направленности, реализующей предлагаемый способ.

Устройство, реализующее способ измерения диаграммы направленности, состоит из генератора 1, выход которого подключен к вспомогательной антенне 2; Измеряемая антенна 3, выход которой подсоединен к входу приемного устройства 5, установлена через блок 4 неравномерного движения на поворотном устройстве 6, при этом выходы приемного устройства 5 и блока 4 неравномерного вращения соединены с самописцем 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Генерируют излучаемый сигнал, подают на вспомогательную антенну и излучают плоскую электромагнитную волну в свободное пространство. Измерение диаграммы направленности осуществляют путем последовательного поворота измеряемой антенны вокруг собственной оси в интересующей плоскости и регистрируют результат, при этом перемещение антенны по углу осуществляют по нелинейному закону, например arcstn t/t.

Рассмотрим подробно, за счет чего возникает выигрыш во времени измерения. Диаграмма направленности в дальней зоне может быть описана интегралом

F (О) = g A(x)eå""""dx, (1) где L — линейный размер антенны;

А(х) — амплитудное распределение по раскрыву;

К = 2л/2 — волновое число;

Яо —. длина волны.

Дополнив А(х) нулевыми значениями за пределами апертуры, можно перейти к бесконечным пределам в выражении (1), Кроме того, при работе устройства угловое положение антенны О связано с частотой вращения ИА соотношением

О= ас. (2) 15

Тогда на выходе приемного устройства временной сигнал F(t) будет определяться выражениями 91) и (2) и запишется в виде

F(t) = f А (х)е " GX, (3)

Обратившись к канонической форме записи преобразования Фурье, произвольный временной сигнал можно записать в виде

Н(т) = -„-- — B (x}e dx. (4)

Сравнивая выражения (3) и (4), можно сделать вывод, что выражение (3) — обратное

Фурье-преобразование при замене переменной

t= Ksin cot. (5)

Из радиотехники известно, что преобразование, обратное выражению (4),— спектр сигнала и ширина этого спектра определяет полосу пропускания последующего ФНЧ, а значит, и количество шумов на выходе приемного устройства (чем шире спектр, тем больше шумов исказят сигнал

F(t), тем меньше будет точность измерения).

Сопоставим ширину спектра временных функционалов (3) и (4), для чего построим графики функций Y1 = N t и У = К sin N t таким образом, чтобы конечные значения функций совпадали. Сравнивая графики, можно заметить, что до угла zt/3,56 функция Уг = Ksln аи нарастает быстрее (т.е. у нее большой угол наклона касательной), а дальше — медленней. Посмотрим графически, как это отразится на поведении функций Е(т) и H(t): происходит сжатие центральной части F(t) и растяжение "хвостов" (функции F(t) и H(t) изображаются в предположении, что

А(х) = g (х) — g (х — 1.), где g (x) — функция

Хевисайда, при этом H(t) - з!и t/t).

Пусть временной функционал H(t) имеет ширину спектра Лго . Очевидно, что наибольший вклад в спектр дает главный лепесток, так как он имеет максимальную энергию (формула Релея в узком смысле).

Если в случае с F(t) сжать лепесток в m раз, то и спектр этого сигнала расширится почти в m раз. И хотя потом спектр сжимается в области "хвостов", проигрыш очевиден, так как "хвосты" имеют меньшую суммарную энергию, частотные составляющие которой не фильтруются, так как они лежат ниже Л,.

Таким образом, по сравнению с канонической функцией Н(т) функция F(t) имеет спектр шире почти в m раз.

Сущность изобретения заключается в следующем: сделать вращение антенны неравномерным и превратить функцию F(t) в функцию, аналогичную H(t). В этом случае ее спектр сожмется в m раз и можно увеличить

1712900 агс sin —, т в (t)= или после замены переменных, ) 1, arct sin t (6)

t1

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Составитель О.Авдеева

Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Редактор А.Лежнина

Заказ 534 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 скорость вращения антенны в m раз, сохранив неравномерный характер вращения.

При увеличении скорости вращения в m раз в такое же количество раз уменьшится время измерения при сохранении той же точно- 5 сти, так как ширина спектра осталась прежней и количество шумов не увеличилось.

Определим количественно выигрыш во времени. Рассмотрим уравнения: 10

У = K — -cut

Л

Уг= Кslnвt, описывающие характер вращения ИА: У1— равномерное, У вЂ” неравномерное. 15

После дифференцирования получим значение ж /2, т.е. примерно в 1,5 раза.

Уменьшение времени измерения возможно для антенн с шириной диаграммы направленности не более 80-100". Для ненаправ- 20 ленной антенны (изотропный излучатель) выигрыш монотонно уменьшается с 1,5 до 1, Определим зависимость частоты вращения ИА от времени. Перепишем выражение (5) в виде 25

Сигнал, вырабатываемый генератором

1, поступает на вход вспомогательной антенны 2 и излучается в открытое пространство. Сигнал принимается измеряемой антенной 3. установленной через блок 4 неравномерного вращения на поворотном устройстве 6; и поступает на вход приемного устройства 5, с выхода которого подается на самописец 7. Поворот измеряемой антенны

3 вокруг своей оси поворотным устройством

6 и регистрация полученных результатов самописцем 7 — суть измерения диаграммы направленности. Поворотное устройство 6 осуществляет пространственное изменение положения ИА по нелинейному закону (6) при помощи блока 4 неравномерного вращения. Информация об угле поворота с блока 4 поступает на второй вход самописца 7.

Таким образом, изобретение позволяет сократить время измерения диаграммы направленности примерно в 1,5 раза при сохранении точности измерения.

Формула изобретения

Способ измерения диаграммы направленности антенны, основанный на облучении исследуемой антенны сигналом, вращении ее относительно центральной оси, регистрации выходного сигнала исследуемой антенны, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерений, вращение исследуемой антенны осуществляют с угловой скоростью, изменяющейся по закону arcsin t/t.