JPH0531943B2 - - Google Patents
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- JPH0531943B2 JPH0531943B2 JP60188109A JP18810985A JPH0531943B2 JP H0531943 B2 JPH0531943 B2 JP H0531943B2 JP 60188109 A JP60188109 A JP 60188109A JP 18810985 A JP18810985 A JP 18810985A JP H0531943 B2 JPH0531943 B2 JP H0531943B2
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- JP
- Japan
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- phase
- antenna
- amplitude
- relative
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- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 16
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は複数個の素子アンテナと、各素子ア
ンテナにつながれた可変移相器とを備え、これら
可変移相器の設定位相を制御して、電子的にビー
ム走査あるいはパターン成形を行なうアレーアン
テナ、すなわち、フエーズドアレーアンテナ
(phased array antenna)において、全素子アン
テナの動作状態において、各素子アンテナの励振
振幅と位相を測定できるアンテナ測定方法に関す
るものである。
ンテナにつながれた可変移相器とを備え、これら
可変移相器の設定位相を制御して、電子的にビー
ム走査あるいはパターン成形を行なうアレーアン
テナ、すなわち、フエーズドアレーアンテナ
(phased array antenna)において、全素子アン
テナの動作状態において、各素子アンテナの励振
振幅と位相を測定できるアンテナ測定方法に関す
るものである。
従来のこの種のアンテナ方法においては、各素
子アンテナにピツクアツププローブ(pick−up
−probe)を設け、このプローブにより各素子ア
ンテナに流れる電流を検出し、その振幅、位相を
測定していた。この従来の例を第6図を用いて説
明する。
子アンテナにピツクアツププローブ(pick−up
−probe)を設け、このプローブにより各素子ア
ンテナに流れる電流を検出し、その振幅、位相を
測定していた。この従来の例を第6図を用いて説
明する。
第6図において、1は素子アンテナ、2は可変
移相器、3は電力分配器、4は送信源であり、こ
れまで通常のフエーズドアレーアンテナの送信時
の基本構成である。ここで、各素子アンテナ1に
流れる信号電流の振幅、位相が所定の値になつて
いるかを測定するために、第6図において、プロ
ーブ5、スイツチ6、振幅位相受信機7が備えら
れている。すなわち、送信源4からの信号は電力
分配器3により適当な分配比で分配され、可変移
相器2により所定の位相変化を受け、素子アンテ
ナから空間に放射される。この信号の一部が検出
信号として、プローブ5により検出され、スイツ
チ6を介して振幅位相受信機7に送られる。
移相器、3は電力分配器、4は送信源であり、こ
れまで通常のフエーズドアレーアンテナの送信時
の基本構成である。ここで、各素子アンテナ1に
流れる信号電流の振幅、位相が所定の値になつて
いるかを測定するために、第6図において、プロ
ーブ5、スイツチ6、振幅位相受信機7が備えら
れている。すなわち、送信源4からの信号は電力
分配器3により適当な分配比で分配され、可変移
相器2により所定の位相変化を受け、素子アンテ
ナから空間に放射される。この信号の一部が検出
信号として、プローブ5により検出され、スイツ
チ6を介して振幅位相受信機7に送られる。
従来のアンテナ測定方法は以上のような構成で
あるため、装置が大がかりになり、またプローブ
5自体の影響により、測定誤差が生じ、正しい測
定ができないことがある。また位相の測定には振
幅位相受信機が必要である。
あるため、装置が大がかりになり、またプローブ
5自体の影響により、測定誤差が生じ、正しい測
定ができないことがある。また位相の測定には振
幅位相受信機が必要である。
この発明におけるアンテナ測定方法は、従来例
の様な測定すべき信号に、直接の影響を与える様
なプローブは用いず、フエーズドアレー本来の動
作状態に何らの変化も与えないで測定ができる測
定方法を目指したものである。
の様な測定すべき信号に、直接の影響を与える様
なプローブは用いず、フエーズドアレー本来の動
作状態に何らの変化も与えないで測定ができる測
定方法を目指したものである。
このためこの発明にかかかるアンテナ測定方法
は、可変デイジタル移相器の位相を変化させてフ
エーズドアレーアンテナの合成電力を測定し、そ
の電力レベル変化の最大対最小比r2と最大値を与
える位相変化量Δ0を求め、これらrとΔ0から各
素子アンテナの相対振幅および相対位相を算出す
るとともに、上記移相器の設定位相をp1,p2,…
pi、損失をa1,a2,…ai、合成電力をA1 2,A2 2,
…Ai 2として、設定位相に対する合成電力の変化
を求めて、上記各素子アンテナの相対振幅および
相対位相の補正量を求め、この補正量に基づいて
各素子アンテナの相対振幅および相対位相を求め
るようにしたことを特徴とするものでである。
は、可変デイジタル移相器の位相を変化させてフ
エーズドアレーアンテナの合成電力を測定し、そ
の電力レベル変化の最大対最小比r2と最大値を与
える位相変化量Δ0を求め、これらrとΔ0から各
素子アンテナの相対振幅および相対位相を算出す
るとともに、上記移相器の設定位相をp1,p2,…
pi、損失をa1,a2,…ai、合成電力をA1 2,A2 2,
…Ai 2として、設定位相に対する合成電力の変化
を求めて、上記各素子アンテナの相対振幅および
相対位相の補正量を求め、この補正量に基づいて
各素子アンテナの相対振幅および相対位相を求め
るようにしたことを特徴とするものでである。
フエーズドアレーアンテナと対向アンテナのい
ずれか一方に接続された送信機から送信される電
波を他方に接続された受信機に受信する。
ずれか一方に接続された送信機から送信される電
波を他方に接続された受信機に受信する。
このとき制御回路により測定すべき素子アンテ
ナの位相のみを可変するように可変移相器を制御
する。そしてメモリに読み込んだ可変移相器の設
定位相と損失変動のデータを用いて各素子アンテ
ナの相対振幅位相を計算機で算出する。
ナの位相のみを可変するように可変移相器を制御
する。そしてメモリに読み込んだ可変移相器の設
定位相と損失変動のデータを用いて各素子アンテ
ナの相対振幅位相を計算機で算出する。
これによりフエーズドアレーの動作状態に何ら
かの変化を与えずに各素子アンテナの励振振幅と
位相を測定することができる。
かの変化を与えずに各素子アンテナの励振振幅と
位相を測定することができる。
以下図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。
る。
先ず、初めにこの発明による測定方法を可能な
らしめるフエーズドアレーアンテナの素子アンテ
ナの振幅位相測定の理論について述べる。第2図
は全アレー動作状態の合成電界ベクトルと各素子
アンテナ1による電界ベクトルとの関係を示す図
である。第2図に示すようにフエーズドアレーの
全アレー動作状態において合成の電界ベクトルは
各素子アンテナ1による電界ベクトルの和で表わ
される。ここで、第n番目の素子アンテナ1(以
下、第n素子)の電界ベクトルをEnej〓n(En:振
幅、φn:位相、j:虚数単位)とする。この位
相φnを変化させれば全アレー合成の電界ベクト
ルは第n素子の電界ベクトルの回転に伴なつて変
化する。ここに、この合成電界のベクトルの振幅
の変化を測定することによつて、第n素子の位相
振幅En/E0、および相対位相φn−φ0が以上の様
にして求められる。ただし、E0,φ0は第2図に
示すように初期状態の合成電界ベクトルの振幅と
位相である。
らしめるフエーズドアレーアンテナの素子アンテ
ナの振幅位相測定の理論について述べる。第2図
は全アレー動作状態の合成電界ベクトルと各素子
アンテナ1による電界ベクトルとの関係を示す図
である。第2図に示すようにフエーズドアレーの
全アレー動作状態において合成の電界ベクトルは
各素子アンテナ1による電界ベクトルの和で表わ
される。ここで、第n番目の素子アンテナ1(以
下、第n素子)の電界ベクトルをEnej〓n(En:振
幅、φn:位相、j:虚数単位)とする。この位
相φnを変化させれば全アレー合成の電界ベクト
ルは第n素子の電界ベクトルの回転に伴なつて変
化する。ここに、この合成電界のベクトルの振幅
の変化を測定することによつて、第n素子の位相
振幅En/E0、および相対位相φn−φ0が以上の様
にして求められる。ただし、E0,φ0は第2図に
示すように初期状態の合成電界ベクトルの振幅と
位相である。
第n素子の位相をΔだけ変化させたときの合成
電界ベクトルは次式で表わされる。
電界ベクトルは次式で表わされる。
E1=E0ej〓0−Enej〓n(1−ej〓) ……(1)
したがつて
X=φn−φ0 ……(2)
とおいて式(1)を変形すれば次の様になる。
E1={(E0cosX+EncosΔ−En)+j(−E0sinX
+EnsinΔ)}ej(x+〓0 ) ……(3) したがつて k=En/E0 ……(4) とおけば式(3)より次式が導かれる。
+EnsinΔ)}ej(x+〓0 ) ……(3) したがつて k=En/E0 ……(4) とおけば式(3)より次式が導かれる。
|E1|2/E0 2=(Y2+k2)+2kYcos(Δ+Δ0)
……(5)
ただし
Y2=(cosX−k)2+sin2X ……(6)
tanΔ0=sinX/cosX−k ……(7)
すなわち、第n素子の位相変化により合成電力
レベルは式(5)の様にcos関数状に変化する。ここ
でこのcos関数の最大値と最小値の比をr2とすれ
ば、式(5)により r2=(Y+k)2/(Y−K)2 ……(8) となる。また、式(5)により−Δ0はcosine変化の
最大値を与える位相変化量である。これらrと
Δ0は式(5)の相対電力の測定により求められる量
であり、このrとΔ0より第n素子の相対振幅
(k=En/E0)と相対位相(X=φn−φ0)が以
下の様に決定される。
レベルは式(5)の様にcos関数状に変化する。ここ
でこのcos関数の最大値と最小値の比をr2とすれ
ば、式(5)により r2=(Y+k)2/(Y−K)2 ……(8) となる。また、式(5)により−Δ0はcosine変化の
最大値を与える位相変化量である。これらrと
Δ0は式(5)の相対電力の測定により求められる量
であり、このrとΔ0より第n素子の相対振幅
(k=En/E0)と相対位相(X=φn−φ0)が以
下の様に決定される。
式(8)より
r=±(Y+k/Y−k) ……(9)
であり、正符号の場合を考えると
Y=(r+1/r−1k) ……(10)
となり、また式(7)より
sinΔ0=sinX/Y ……(11)
cosΔ0=cosX−k/Y ……(12)
となる。したがつて、式(10),(11),(12)よりYを消去
すれば、kとXの連立方程式 sinX=(r+1/r−1sinΔ0)k ……(13) cosX=(1+r+1/r−1cosΔ0)k ……(14) が得られ、これを解けば結局、次式が得られる。
すれば、kとXの連立方程式 sinX=(r+1/r−1sinΔ0)k ……(13) cosX=(1+r+1/r−1cosΔ0)k ……(14) が得られ、これを解けば結局、次式が得られる。
k=k1=p/√1+2 cos△0+p2 …(15)
X=X1=tan-1(sinΔ0/cosΔ0+p) ……(16)
ただし
p=r−1/r+1 ……(17)
以上は式(9)の右辺が正符号の場合であるが、同
じく負符号の場合は同様にして次式が得られる。
じく負符号の場合は同様にして次式が得られる。
k=k2=p/√1+2p cos△0+p2 …(18)
X=X2=tan-1
(sin△0/cos△0+(1/p)) …(19)
すなわち、第n素子の位相を可変移相器2によ
つて変化させて、合成電力レベルの変化を測定す
れば、位相変化に対してcos関数状のレベル変化
(式(5)に対応)が得られ、そのデータより最大/
最小値、rおよび最大点における位相量Δ0が求
められる。これらのrとΔ0を用いて式(15),(16)
または式(18),(19)を計算すれば位相変化させた
素子アンテナの相対振幅、位相が決定されること
になる。初期設定を同じにして全ての素子アンテ
ナ1の相対振幅、位相を知る事ができる。
つて変化させて、合成電力レベルの変化を測定す
れば、位相変化に対してcos関数状のレベル変化
(式(5)に対応)が得られ、そのデータより最大/
最小値、rおよび最大点における位相量Δ0が求
められる。これらのrとΔ0を用いて式(15),(16)
または式(18),(19)を計算すれば位相変化させた
素子アンテナの相対振幅、位相が決定されること
になる。初期設定を同じにして全ての素子アンテ
ナ1の相対振幅、位相を知る事ができる。
尚、式(15),(16)と式(18),(19)の2組の解いず
れかを採るべきかについては得られる相対振幅k1
またはk2と電力分配器3の設計電力分配比との対
応、あるいは初期設定の位相分布を変えてもう一
度上記の測定を行なつてkとXを求め、1回目の
結果と比較してkが同じとなる解を選ぶなどして
決めることができる。
れかを採るべきかについては得られる相対振幅k1
またはk2と電力分配器3の設計電力分配比との対
応、あるいは初期設定の位相分布を変えてもう一
度上記の測定を行なつてkとXを求め、1回目の
結果と比較してkが同じとなる解を選ぶなどして
決めることができる。
ここで、可変移相器2として、デイジタル移相
器を用いる場合、ビツト変化に対応する設定位相
誤差、透過損失の変動がある。このため、上記の
処理で求める相対振幅位相に誤差を生じる。そこ
で次の手順によりこの設定位相誤差、透過損失の
変動の補正を行なう。設定位相をp1,p2…,透過
損失をa1,a2…,合成電界をA1 2,A2 2,…とす
る。ここで第3図は位相変化に伴なう合成電力の
変化を示す図である。まず、第3図に示す様に設
定位相に対する合成電力の変化を求める。この結
果得られた第n素子の相対振幅位相をaMn,PH
nとする。第4図はこの時の合成電界を示す図で
ある。ここでPQ→は第n素子の素子電界ベクトル、
Oは原点である。透過損失を補正する為にPQ→を
Pi回転させた半直線上にOR=Aiとなる点Rを求
める。ここでPRに−aiの補正を加えたベクトル
PRc→を求める。ORc=Aicとして新しい合成電界
を求め新しいcosine曲線を求め、新たな相対振幅
位相AMn1,PHn1を求める。この処理を繰り返す
事により透過損失の変動による影響が除ける。こ
の手順のフローチヤートを第5図に示す。
器を用いる場合、ビツト変化に対応する設定位相
誤差、透過損失の変動がある。このため、上記の
処理で求める相対振幅位相に誤差を生じる。そこ
で次の手順によりこの設定位相誤差、透過損失の
変動の補正を行なう。設定位相をp1,p2…,透過
損失をa1,a2…,合成電界をA1 2,A2 2,…とす
る。ここで第3図は位相変化に伴なう合成電力の
変化を示す図である。まず、第3図に示す様に設
定位相に対する合成電力の変化を求める。この結
果得られた第n素子の相対振幅位相をaMn,PH
nとする。第4図はこの時の合成電界を示す図で
ある。ここでPQ→は第n素子の素子電界ベクトル、
Oは原点である。透過損失を補正する為にPQ→を
Pi回転させた半直線上にOR=Aiとなる点Rを求
める。ここでPRに−aiの補正を加えたベクトル
PRc→を求める。ORc=Aicとして新しい合成電界
を求め新しいcosine曲線を求め、新たな相対振幅
位相AMn1,PHn1を求める。この処理を繰り返す
事により透過損失の変動による影響が除ける。こ
の手順のフローチヤートを第5図に示す。
以上の説明で明らかなようにこの発明の基礎と
なる測定理論によれば、全アレー動作状態のまま
で、測定素子のみの位相を変化させ、合成電力レ
ベルを測るという単純な方法で精度良く、素子ア
ンテナの振幅位相を知ることができる。
なる測定理論によれば、全アレー動作状態のまま
で、測定素子のみの位相を変化させ、合成電力レ
ベルを測るという単純な方法で精度良く、素子ア
ンテナの振幅位相を知ることができる。
次に第1図によりこの発明に適用するフエーズ
ドアレーアンテナの測定装置の実施例について説
明する。
ドアレーアンテナの測定装置の実施例について説
明する。
第1図において8は送信源、9は対向アンテ
ナ、10はスイツチ、11は制御回路、12aは
受信機、12bは計算機、12cは前述測定論理
に基づいて可位移相器の設定位置と損失変動のデ
ータを読み込んだメモリであり、他は第1図と同
じである。この発明は以上のような構成であり全
アレー動作状態において各素子アンテナ1の振幅
位相を測定する場合には、スイツチ10を制御回
路11側につなぎかえ、同時に送信源8を動作さ
せ、対向アンテナ9より電波を送信する状態にす
る。かくして、先の測定理論に基づいて制御回路
11により各素子アンテナ1について、測定アン
テナの位相を可変移相器2により変化させ、同時
に受信機12aによる測定値とメモリ12cに読
み込んだ損失変動データにもとづき計算機12b
によつて、このときのアレー合成受信出力レベル
変化を測定して第4図に示され手順によつて、透
過損失の変動、設定位相誤差の影響を補正して各
素子アンテナ1の振幅、位相を算出する。
ナ、10はスイツチ、11は制御回路、12aは
受信機、12bは計算機、12cは前述測定論理
に基づいて可位移相器の設定位置と損失変動のデ
ータを読み込んだメモリであり、他は第1図と同
じである。この発明は以上のような構成であり全
アレー動作状態において各素子アンテナ1の振幅
位相を測定する場合には、スイツチ10を制御回
路11側につなぎかえ、同時に送信源8を動作さ
せ、対向アンテナ9より電波を送信する状態にす
る。かくして、先の測定理論に基づいて制御回路
11により各素子アンテナ1について、測定アン
テナの位相を可変移相器2により変化させ、同時
に受信機12aによる測定値とメモリ12cに読
み込んだ損失変動データにもとづき計算機12b
によつて、このときのアレー合成受信出力レベル
変化を測定して第4図に示され手順によつて、透
過損失の変動、設定位相誤差の影響を補正して各
素子アンテナ1の振幅、位相を算出する。
上記装置の素子アンテナの配列構成、給電回路
の構成や形式、さらに診断用に用いる標準アンテ
ナ、制御回路、受信機や計算機の構成や形式など
の種類は一切問わない。
の構成や形式、さらに診断用に用いる標準アンテ
ナ、制御回路、受信機や計算機の構成や形式など
の種類は一切問わない。
以上説明したようにこの発明にかかるアンテナ
測定方法は、可変デイジタル移相器の位相を変化
させてフエーズドアレーアンテナの合成電力を測
定し、その電力レベル変化の最大対最小比r2と最
大値を与える位相変化量Δ0を求め、これらrと
Δ0から各素子アンテナの相対振幅および相対位
相を算出するとともに、上記移相器の設定位相を
p1,p2,…pi、損失をa1,a2,…ai、合成電力を
A1 2,A2 2,…Ai 2として、設定位相に対する合成
電力の変化を求めて、上記各素子アンテナの相対
振幅および相対位相の補正量を求め、この補正量
に基づいて各素子アンテナの相対振幅および相対
位相をしたので簡単な装置で全アレー動作中のフ
エーズドアレーアンテナの各素子アンテナの振幅
位相を精度よく測定することができる。
測定方法は、可変デイジタル移相器の位相を変化
させてフエーズドアレーアンテナの合成電力を測
定し、その電力レベル変化の最大対最小比r2と最
大値を与える位相変化量Δ0を求め、これらrと
Δ0から各素子アンテナの相対振幅および相対位
相を算出するとともに、上記移相器の設定位相を
p1,p2,…pi、損失をa1,a2,…ai、合成電力を
A1 2,A2 2,…Ai 2として、設定位相に対する合成
電力の変化を求めて、上記各素子アンテナの相対
振幅および相対位相の補正量を求め、この補正量
に基づいて各素子アンテナの相対振幅および相対
位相をしたので簡単な装置で全アレー動作中のフ
エーズドアレーアンテナの各素子アンテナの振幅
位相を精度よく測定することができる。
第1図はこの発明の一実施例を示す構成図、第
2図は素子電界と合成電界の関係を示すベクトル
図、第3図は位相変化と合成電力の変化を示すベ
クトル図、第4図は透過損失の変動の補正法を示
すベクトル図、第5図は上記補正法のフローチヤ
ートを示すフローチヤート図、第6図は従来の実
施例を示す構成図である。 図中1は素子アンテナ、2は可変移相器、3は
電力分配器、4は送信源、5はプローブ、6はス
イツチ、7は振幅位相受信機、8は送信源、9は
対向アンテナ、10はスイツチ、11は制御回
路、12aは受信機、12bは計算機である。な
お図中、同一あるいは相当部品には同一符号を付
して示してある。
2図は素子電界と合成電界の関係を示すベクトル
図、第3図は位相変化と合成電力の変化を示すベ
クトル図、第4図は透過損失の変動の補正法を示
すベクトル図、第5図は上記補正法のフローチヤ
ートを示すフローチヤート図、第6図は従来の実
施例を示す構成図である。 図中1は素子アンテナ、2は可変移相器、3は
電力分配器、4は送信源、5はプローブ、6はス
イツチ、7は振幅位相受信機、8は送信源、9は
対向アンテナ、10はスイツチ、11は制御回
路、12aは受信機、12bは計算機である。な
お図中、同一あるいは相当部品には同一符号を付
して示してある。
Claims (1)
- 1 複数個の素子アンテナと各素子アンテナにつ
ながれた可変デイジタル移相器とから成るフエー
ズドアレーアンテナの上記各素子アンテナの振
幅、位相を測定するアンテナ測定方法において、
上記移相器の位相を変化させて上記フエーズドア
レーアンテナの合成電力を測定し、その電力レベ
ル変化の最大対最小比r2と最大値を与える位相変
化量Δ0を求め、これらrとΔ0から各素子アンテ
ナの相対振幅および相対位相を算出するととも
に、上記移相器の設定位相をp1,p2,…pi、損失
をa1,a2,…ai、合成電力をA1 2,A2 2,…Ai 2と
して、設定位相に対する合成電力の変化を求め
て、上記各素子アンテナの相対振幅および相対位
相の補正量を求め、この補正量に基づいて各素子
アンテナの相対振幅および相対位相を求めるよう
にしたことを特徴とするアンテナ測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60188109A JPS6247561A (ja) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | アンテナ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60188109A JPS6247561A (ja) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | アンテナ測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6247561A JPS6247561A (ja) | 1987-03-02 |
JPH0531943B2 true JPH0531943B2 (ja) | 1993-05-13 |
Family
ID=16217856
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60188109A Granted JPS6247561A (ja) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | アンテナ測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6247561A (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5793267A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Mitsubishi Electric Corp | Antenna measuring method |
-
1985
- 1985-08-27 JP JP60188109A patent/JPS6247561A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5793267A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Mitsubishi Electric Corp | Antenna measuring method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6247561A (ja) | 1987-03-02 |
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