14.06.2019
219.017.832c

Способ контроля диаграммы направленности активной фазированной антенной решётки

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к контролю электрических характеристик антенн, в частности активных фазированных антенных решеток (АФАР), содержащих электрически управляемые фазовращатели для формирования заданной диаграммы направленности (ДН). Технический результат заключается в упрощении контроля диаграммы направленности. Предлагаемый способ контроля диаграммы направленности применим как для приемной, так и излучающей части АФАР. При реализации способа измерительный или излучающий зонд располагается неподвижно в ближней зоне АФАР в направлении нулевого пеленга антенной решетки. Диаграмма направленности АФАР с помощью фазовращателей каждого из каналов антенной решетки фокусируется в точку на поверхности сферы радиусом, равным расстоянию от геометрического центра АФАР до зонда. Точка фокусировки определяется углами, соответствующими исследуемым лепесткам. Таким образом, при фокусировке АФАР в ближней зоне на расстоянии примерно 60-70% от границы ближней зоны и использовании неподвижного зонда можно получить ДН в относительных величинах, повторяющую форму ДН в дальней зоне с погрешностью не более 3 дБ. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиолокации, в частности к работе активных фазированных антенных решеток, содержащих электрически управляемые фазовращатели для обеспечения сканирования луча и формирования заданной диаграммы направленности (ДН).

Контроль характеристик диаграммы направленности осуществляется методами измерений в дальней зоне (облетный, полигонный и т.п.) и методами измерений в ближней зоне (голографический и коллиматорный).

Измерения в дальней зоне требуют сложного оборудования для транспортирования средств измерений по заданной траектории или перемещения (поворота) контролируемой активной фазированной антенной решетки (АФАР) на заданные углы.

Методы измерений в ближней зоне позволяют в восемь раз сократить расстояние, необходимое для проведения измерений, и соответственно уменьшить мощность излучения.

Голографический метод основан на фиксировании откликов неподвижной контролируемой антенны, работающей в режиме приема, на сферические волны, посылаемые зондом при его перемещении относительно антенны в ее ближней зоне, и восстановлении диаграммы направленности путем преобразования полученных откликов (Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне. Л.Д. Бахрах и др. - Л.: Наука, 1985). Полученные данные требуют длительной обработки после проведения измерений.

Наиболее близким к предлагаемому способу измерения является коллиматорный метод (Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне. Л.Д. Бахрах и др. - Л.: Наука, 1985), при котором с помощью вспомогательной отражающей антенны формируется квазиплоский фронт волны излучения зонда. Возможно, также отказаться от вспомогательной антенны и использовать вместо зонда линейный коллиматор, формирующий квазиплоскую волну, но он будет превышать размеры контролируемой АФАР. В обоих случаях для проведения измерений необходимо изменение направления фронта волны излучателя, которое осуществляется механическим поворотом устройств.

Таким образом, существующие способы контроля диаграммы направленности в ближней зоне применимы только для проверки диаграммы направленности приемной части АФАР, требуют физического перемещения антенной решетки или излучающего зонда, точной настройки устройств и их взаимного расположения, и весьма трудоемки в реализации.

Предлагаемый способ применим в отношении АФАР с электрическим сканированием для проверки, как приемной части, так и излучающей. Измерительный или излучающий зонд располагается неподвижно в ближней зоне АФАР в направлении нулевого пеленга антенной решетки. Диаграмма направленности АФАР с помощью фазовращателей каждого из каналов антенной решетки фокусируется в точку на поверхности сферы радиусом, равным расстоянию от геометрического центра АФАР до зонда. Точка фокусировки определяется углами, соответствующими исследуемым лепесткам. В случае линейной антенной решетки сфера вырождается в окружность.

Для проведения измерений необходимо иметь реальную диаграмму направленности АФАР, нормированную относительно главного направления. Тогда, при фокусировке АФАР в ближней зоне на расстоянии 60-70% от границы ближней зоны, можно получить диаграмму направленности (также в относительных величинах), повторяющую форму диаграммы направленности в дальней зоне с погрешностью не более 3 дБ.

Измерения в ближней зоне проводятся по следующему алгоритму: Неподвижный зонд располагается в ближней зоне АФАР в направлении нулевого пеленга. Диаграмма направленности АФАР фокусируется в точке расположения неподвижного зонда. Измеряется уровень мощности (излучаемый или принимаемый АФАР). Производится перефокусировка ДН АФАР на угол, соответствующий контролируемой точке диаграммы направленности, измеряется уровень мощности в направлении нулевого пеленга относительно уровня мощности, измеренного при фокусировке в точке расположения неподвижного зонда. Относительный уровень мощности бокового лепестка ДН, сфокусированной в ближней зоне, совпадает с относительным уровнем мощности лепестка ДН, измеренной в дальней зоне.

Расчет фазовых сдвигов, которые необходимо задать на каждом элементе линейной антенной решетки для ее фокусировки в необходимой точке, ведется следующим образом:

Определяются координаты фокуса антенной решетки (х0, у0).

где R - расстояние от центра антенны до неподвижного зонда,

α - угол расположения бокового лепестка, он же - угол поворота диаграммы направленности.

На рис. 1 показано пояснение расположения системы координат относительно линейной АФАР. Ось X здесь расположена вдоль антенной решетки, ось Y перпендикулярна антенной решетке и совпадает с нулевым направлением ДН АФАР в дальней зоне. Точка (0,0) находится в геометрическом центре антенной решетки. Угол α измеряется от оси Y.

Определяется расстояние от точки фокусировки до i-го элемента АФАР (Ri)

где хi - координата центра i-го элемента АФАР (измеряется как расстояние от центра АФАР (точки (0,0))).

Определяется значение фазового сдвига (ϕi) i-го элемента АФАР для поворота ДН и фокусировки в ближней зоне по формуле

где ƒ0 - рабочая частота антенной решетки,

с - скорость света,

max{R1,2,…,N} - максимальное значение из набора расстояний от точки фокусировки до элементов АФАР (Ri).

Для плоской (двумерной) антенной решетки формулы (1-2) видоизменяются следующим образом:

где α и β - углы расположения бокового лепестка, они же - углы поворота диаграммы направленности.

На рис. 2 показано пояснение расположения системы координат относительно плоской АФАР. Ось Z перпендикулярна антенной решетке и совпадает с нулевым направлением ДН АФАР в дальней зоне, оси X и Y расположены в плоскости самой антенной решетки. Точка (0,0,0) находится в геометрическом центре антенной решетки. Угол α измеряется от оси X, угол β - от оси Z.

где xi и yi - координаты центра i-го элемента АФАР (измеряется как расстояние от осей симметрии АФАР - осей Y и X соответственно).

Значение фазового сдвига (ϕi) i-го элемента АФАР определяется по формуле (3).

Контроль характеристик диаграммы направленности по данному способу можно осуществить при помощи стандартного неподвижного измерительного излучающего зонда и разработанного для расчетов и установки требуемых фазовых сдвигов программного обеспечения.

Таким образом, при фокусировке АФАР в ближней зоне на расстоянии примерно 60-70% от границы ближней зоны и использовании неподвижного зонда можно получить ДН в относительных величинах, повторяющую форму ДН в дальней зоне с погрешностью не более 3 дБ.

Способ контроля диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки, заключающийся в измерении диаграммы направленности антенной решетки с помощью зонда, расположенного в ближней зоне, отличающийся тем, что уровень как принимаемого, так и излучаемого АФАР сигнала измеряется с помощью неподвижного зонда, расположенного в направлении нулевого пеленга, при фокусировке диаграммы направленности на заданный угол и расстояние, равное расстоянию от центра АФАР до измерительного зонда, путем задания фазовых сдвигов на фазовращателях каждого элемента решетки.
Способ контроля диаграммы направленности активной фазированной антенной решётки
Способ контроля диаграммы направленности активной фазированной антенной решётки
Способ контроля диаграммы направленности активной фазированной антенной решётки
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 12

Похожие РИД в системе

Защитите авторские права с едрид