RU2012003C1 - Method for determination of directional pattern for aerial - Google Patents
Method for determination of directional pattern for aerial Download PDFInfo
- Publication number
- RU2012003C1 RU2012003C1 SU4938324A RU2012003C1 RU 2012003 C1 RU2012003 C1 RU 2012003C1 SU 4938324 A SU4938324 A SU 4938324A RU 2012003 C1 RU2012003 C1 RU 2012003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- receiving probe
- under test
- antenna under
- measured
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерений параметров антенн. The invention relates to techniques for measuring antenna parameters.
Известны способы измерения диаграммы направленности (ДН) антенн в безэховой камере, включающие восстановление ДН испытуемой антенны по данным измерений ближних электромагнитных полей с учетом ДН приемных зондов. Known methods for measuring the radiation pattern (MD) of antennas in an anechoic chamber, including the restoration of the MD of the tested antenna according to measurements of near electromagnetic fields, taking into account the MD of the receiving probes.
Недостатком указанных способов является большая трудоемкость в определении корректирующей матрицы для измеренных значений ближних полей. The disadvantage of these methods is the great complexity in determining the correction matrix for the measured values of the near fields.
Наиболее близким по технической сущности измерений ДН является способ, который основан на возбуждении испытуемой антенны в безэховой цилиндрической камере источником СВЧ-колебаний, измерении в отсчетном угловом положении (n) приемным зондом с известной ДН величины электромагнитного поля (< lΣ (2π n/N] испытуемой антенны, коррекции значения этого поля (< l (2 π n/N)] и восстановлении ДН испытуемой антенны (F) из соотношения F = <l (2π n / N) ] [Ф] { [Ф] [ (2 π n / N) > } [Ф] -1 где [Ф] , [Ф] -1 - унитарные матрицы прямого и обратного дискретного преобразования Фурье:
[(2π n/N) > - матрица-столбец из комплексно-сопряженной ДН приемного зонда;
{ . . . } - диагональная матрица;
n = 0,1, . . . , N - 1;
N - общее число отсчетных угловых положений при измерении ДН.The closest in technical essence to the measurements of DNs is a method that is based on the excitation of the antenna under test in an anechoic cylindrical chamber by a microwave source, measurement in a reference angular position (n) by a receiving probe with a known DN of the electromagnetic field (<l Σ (2π n / N ] of the tested antenna, the correction of the value of this field (<l (2 π n / N)] and the restoration of the bottom of the tested antenna (F) from the relation F = <l (2π n / N)] [Ф] {[Ф] [ (2 π n / N)>} [Ф] -1 where [Ф], [Ф] -1 are unitary matrices of the direct and inverse discrete Fourier transform:
[ (2π n / N)> is the column matrix from the complex conjugate DN of the receiving probe;
{. . . } is the diagonal matrix;
n = 0,1,. . . , N is 1;
N is the total number of reference angular positions when measuring the pattern.
Недостатком такого способа также является большая трудоемкость в определении корректирующей матрицы для измеренных значений ближних полей вследствие использования дополнительной эталонной антенны. The disadvantage of this method is the great complexity in determining the correction matrix for the measured values of the near fields due to the use of an additional reference antenna.
Целью изобретения является повышение оперативности измерений путем упрощения процедуры коррекции измеренных значений электромагнитного поля для уменьшения влияния приемного зонда на ближнее поле испытуемой антенны. The aim of the invention is to increase the efficiency of measurements by simplifying the procedure for correcting the measured values of the electromagnetic field to reduce the influence of the receiving probe on the near field of the antenna under test.
Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют коэффициенты отражения от входа испытуемой антенны () и от нагрузки приемного зонда () в их фидерных линиях, а также измеряют коэффициенты передачи по направлению между испытуемой антенной и приемным зондом (), а затем корректируют измеренные значения электpомагнитного поля в соответствии с соотношением
< l(2Πn/N)] = <lΣ(2Πn/N)] { 1-[(1+)/(1+ГАΣ)] 2} .This goal is achieved by the fact that additionally measure the reflection coefficients from the input of the tested antenna ( ) and from the load of the receiving probe ( ) in their feeder lines, and also measure the transmission coefficients in the direction between the antenna under test and the receiving probe ( ), and then correct the measured values of the electromagnetic field in accordance with the ratio
<l (2Πn / N)] = <l Σ (2Πn / N)] {1- [ (1+ ) / (1 + Г АΣ )] 2 }.
Предложенный способ соответствует критерию "новизна", так как имеет от прототипа отличительные признаки, заключающиеся в том, что дополнительно измеряют коэффициенты передачи по напряжению между испытуемой антенной и приемным зондом (). Кроме того, измеряют коэффициенты отражения от входа испытуемой антенны () и от нагрузки приемного зонда () в их фидерных трактах. Способ, содержащий такую совокупность существенных признаков, не описан в источниках патентной и технической литературы, что подтверждается патентными исследованиями. Кроме того, отличительные признаки не обнаружены в известных технических решениях и благодаря им у предложенного способа появляется новое свойство, заключающееся в повышении оперативности измерений, не совпадающее со свойствами, проявленными отличительными признаками в известных решениях и не равное сумме этих свойств, что позволяет считать заявленное решение соответствующим критерию "существенные отличия".The proposed method meets the criterion of "novelty", as it has distinctive features from the prototype, namely that they additionally measure the transmission coefficients by voltage between the antenna under test and the receiving probe ( ) In addition, the reflection coefficients from the input of the antenna under test are measured ( ) and from the load of the receiving probe ( ) in their feeder paths. A method containing such a combination of essential features is not described in the sources of patent and technical literature, which is confirmed by patent research. In addition, the distinguishing features were not found in the known technical solutions and thanks to them, the proposed method has a new property consisting in increasing the measurement efficiency, not matching the properties shown by the distinctive features in the known solutions and not equal to the sum of these properties, which allows us to consider the claimed solution corresponding to the criterion of "significant differences".
На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для осуществления способа определения ДН антенны. The drawing shows a structural electrical diagram of a device for implementing the method for determining the antenna diameter.
Устройство содержит испытуемую антенну 1, подключенную через фидерную линию к генератору 2 СВЧ. В фидерную линию включены направленные ответвители (НО) 3 и 4 для прямой и отраженной от антенны 1 волн. Приемный зонд 5 через фидерную линию подключен к измерительному приемнику 6 (на схеме обозначенному в виде согласованной СВЧ-нагрузки). В эту фидерную линию также включены НО 7 и 8 прямой и отраженной волн. Автоматический измеритель 9 амплитуд и фаз (типа Р2), осуществляющий амплифазометрию относительных модулей и фаз СВЧ-сигналов, может подключаться своим опорным и сигнальным входами V и VI к выходам НО 3, 4, 7, 8, обозначенным I, II, III, IV. The device comprises a
Способ осуществляют следующим образом. Как известно, ДН испытуемой антенны (F) может быть восстановлена с использованием следующего соотношения
F = <l(2Πn/N)] [Ф] { [Ф] [(2Πn/N)>} [Ф] -1, (1) где < l(2 πn/N) - скорректированные значения (напряжения) измеренного электромагнитного поля испытуемой антенны;
[Ф] , [Ф] -1 - унитарные матрицы прямого и обратного дискретного преобразования Фурье;
[f*(2π n/N) > - матрица-столбец из комплексно-сопряженной ДН приемного зонда;
{ . . . } - диагональная матрица;
n = 0, 1, . . . , N-1;
N - общее число отсчетных угловых положений при измерении ДН.The method is as follows. As you know, the antenna test pattern (F) can be restored using the following relationship
F = <l (2Πn / N)] [Ф] {[Ф] [ (2Πn / N)>} [Ф] -1 , (1) where <l (2 πn / N) are the corrected values (voltage) of the measured electromagnetic field of the antenna under test;
[Ф], [Ф] -1 - unitary matrices of the direct and inverse discrete Fourier transform;
[f * (2π n / N)> is the column matrix from the complex conjugate beam of the receiving probe;
{. . . } is the diagonal matrix;
n = 0, 1,. . . N-1;
N is the total number of reference angular positions when measuring the pattern.
В формуле (1) корректировка измеренных значений электромагнитного поля испытуемой антенны (пропорциональных величине напряжений или ЭДС, наведенных в приемном зонде) достигается трудоемкой операцией, связанной с установкой и измерением ДН эталонной антенны. Сама корректировка измеренных напряжений (< lΣ (2 πn/N) позволяет учесть реакцию отражающего измерительного оборудования вследствие появления отраженной в фидере испытуемой антенны 1 волны. Определим, каким образом явление, связанное с уменьшением реакции приемного зонда, может быть учтено в основном алгоритме восстановления ДН (1). ЭДС, наведенная в приемном зонде в каждом угловом положении, может быть определена с учетом реакции приемного зонда следующим образом:
lΣ = l/[1-Z2/(ZАZЗ)] , (2) где l - "идеальное" значение ЭДС (без реакции зонда), определяемое так: l = lAZA -1Z;
lA - ЭДС на клеммах испытуемой антенны;
Z - взаимное сопротивление антенны и зонда;
ZA - входное сопротивление антенны;
ZЗ - входное сопротивление приемного зонда. Используя метод наведенных ЭДС для антенны и приемного зонда можно записать, что
Z откуда следует iЗ = -iAZ/ZЗ и, lА = iАZ1- , а также lАZ
- lΣ-l+lΣ= 0 (3) Выражение (3) представляет собой квадратное уравнение относительно l, корнями которого являются
l1,2= lΣ (4) Знак плюс в формуле (4) не имеет физического смысла, так как в этом случае l _→ ∞ при lΣ _→ 0. Поэтому с учетом того, что lΣ / Z3 = εσ 2, lA 2/ZA = εA 2 и l2 /ZЗ = ε , где ε Σ, εA и ε- нормированные ЭДС, получим вместо (4)
ε = . (5) Поскольку конкретные физические условия таковы, что всегда εΣ 2 << εA 2(мощность, перехватываемая, например, линейным коллиматорным зондом, существенно меньше мощности, подводимой к испытуемой антенне), то радикал в формуле (5) правомерно аппроксимировать тремя членами его разложения в степенной ряд:
ε [1-(εΣ/εА)2] εΣ. (6) Cчитаем, что для фидерного тракта антенны εА= += (1+), где , - нормированные амплитуды падающей и отраженной волн; = /- коэффициент отражения от входа антенны, определяемый не только качеством ее согласования, но и реакцией приемного зонда, т. е. эхоусловиями антенных измерений. Аналогично представим и наведенные нормированные ЭДС в зонде:
ε = += (1+ГН), εΣ = += (1+), где = /= / - коэффициент отражения от нагрузки 6 (приемника) зонда, инвариантный для всех угловых положений приемного зонда. Таким образом, окончательно алгоритм (6) можно представить в виде
= { 1-[(1+)/(1+)] 2} , (7) где - коэффициент передачи по напряжению между приемным зондом и антенной при наличии между ними взаимовлияния.In formula (1), the correction of the measured values of the electromagnetic field of the antenna under test (proportional to the magnitude of the voltages or EMF induced in the receiving probe) is achieved by a time-consuming operation associated with the installation and measurement of the bottom of the reference antenna. The correction of the measured voltages (<l Σ (2 πn / N) itself allows one to take into account the reaction of the reflecting measuring equipment due to the appearance of the wave reflected in the feeder of the tested
l Σ = l / [1-Z 2 / (Z A Z Z )], (2) where l is the "ideal" value of the EMF (without the reaction of the probe), defined as follows: l = l A Z A -1 Z;
l A - EMF at the terminals of the antenna under test;
Z is the mutual resistance of the antenna and the probe;
Z A - input impedance of the antenna;
Z З - input resistance of the receiving probe. Using the induced EMF method for the antenna and the receiving probe, we can write that
Z whence follows i З = -i A Z / Z З and, l А = i А Z 1- , as well as l A Z
- l Σ -l + l Σ = 0 (3) Expression (3) is a quadratic equation for l whose roots are
l 1,2 = l Σ (4) The plus sign in formula (4) does not have physical meaning, since in this case l _ → ∞ as l Σ _ → 0. Therefore, given the fact that l Σ / Z 3 = ε σ 2 , l A 2 / Z A = ε A 2 and l 2 / Z З = ε, where ε Σ , ε A and ε are normalized EMF, we obtain instead of (4)
ε = . (5) Since the specific physical conditions are such that always ε Σ 2 << ε A 2 (the power intercepted, for example, by a linear collimator probe is significantly less than the power supplied to the antenna under test), the radical in formula (5) can be approximated by three members of its expansion in a power series:
ε [1- (ε Σ / ε A ) 2 ] ε Σ . (6) We believe that for the feeder path of the antenna ε A = + = (1+ ) where , - normalized amplitudes of the incident and reflected waves; = / - the reflection coefficient from the antenna input, determined not only by the quality of its matching, but also by the response of the receiving probe, i.e., echo conditions of antenna measurements. Let us similarly represent the induced normalized EMF in the probe:
ε = + = (1 + Г Н ), ε Σ = + = (1+ ) where = / = / - reflection coefficient from the load 6 (receiver) of the probe, invariant for all angular positions of the receiving probe. Thus, finally, algorithm (6) can be represented as
= { 1-[ (1+ ) / (1+ )] 2 }, (7) where - voltage transfer coefficient between the receiving probe and the antenna in the presence of mutual interference between them.
Величина в фигурных скобках по существу и является корректирующим сомножителем, определяемым для каждого отсчетного положения приемного зонда путем измерения и , что может быть осуществлено, например, измерителем типа Р2. Величина измеряется только однажды. Предпочтительнее, однако, тщательное согласование коллиматорного зонда со своей нагрузкой (приемником), при котором 0. Амплифазометрия значений , и осуществляется с использованием автоматического измерителя, схема подключения которого приведена на чертеже. Для восстановления ДН испытуемой антенны достаточно ограничиться измерениями только этих указанных величин, так как практически ДН восстанавливается и по результатам скорректированных значений , так как величина / в формуле (7) пропорциональна , а /= , при этом очевидно, что величина подводимой к антенне мощности должна быть постоянна в процессе измерений ДН, т. е. Ao = const для всех угловых отсчетных положений приемного зонда.The value in curly brackets is essentially a correction factor determined for each reference position of the receiving probe by measuring and , which can be done, for example, by a type P2 meter. Value measured only once. However, careful coordination of the collimator probe with its load (receiver), in which 0. Amplifazometry values , and carried out using an automatic meter, the connection diagram of which is shown in the drawing. In order to restore the bottom of the antenna under test, it is sufficient to confine oneself to measurements of only these indicated values, since practically the bottom side is restored according to the results of the adjusted values , since the quantity / in the formula (7) is proportional , and / = , it is obvious that the amount of power supplied to the antenna should be constant during the measurement of the radiation path, i.e., A o = const for all angular reference positions of the receiving probe.
Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в том, что он позволяет повысить оперативность измерений ближних полей антенн и установления их ДН, учитывая реакцию измерительного зонда. Все это позволяет считать его более эффективным при определении ДН антенн по результатам измерений их ближних полей. The technical and economic efficiency of the proposed method lies in the fact that it allows to increase the efficiency of measurements of the near fields of the antennas and establish their DN, taking into account the reaction of the measuring probe. All this allows us to consider it more effective in determining the antenna diameters from the results of measurements of their near fields.
Claims (1)
F = <l(2Πn/N)] [Φ] { [Φ] [(2Πn/N)>} [Φ] -1, ,
где [Φ ] , [Φ ] -1 - унитарные матрицы прямого и обратного дискретного преобразования Фурье;
[ (2πn/N) - матрица-столбец из комплексно-сопряженной ДН приемного зонда;
{ . . . } - диагональная матрица;
n = 0,1, . . . N - 1; N - общее число отсчетных угловых положений при измерении ДН,
отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности измерений путем упрощения процедуры коррекции измеренных значений электромагнитного поля для уменьшения влияния приемного зонда на ближнее поле испытуемой антенны, дополнительно измеряют коэффициенты отражения от входа испытуемой антенны () и от нагрузки приемного зонда () в их фидерных линиях, измеряют коэффициент передачи по напряжению между испытуемой антенной и приемным зондом (), корректируют измеренные значения электромагнитного поля в соответствии с соотношением
< l(2πn/N)] = lΣ(2πn/N)] { 1-[(1+)/(1+)] 2} . .METHOD FOR DETERMINING ANTENNA DIAGRAM DIAGRAM, based on the excitation of the antenna under test in an anechoic cylindrical chamber by a microwave source, measurement in a reference angular position (n) by a receiving probe with a known magnetic field magnitude (<l Σ (2 π n / N)]) of the test antenna, correcting the value of this field (<l (2 π n / N)]) and reconstructing the antenna beam of the antenna under test (F) from the relation
F = <l (2Πn / N)] [Φ] {[Φ] [ (2Πn / N)>} [Φ] -1 ,,
where [Φ], [Φ] -1 are unitary matrices of the direct and inverse discrete Fourier transforms;
[ (2πn / N) is the column matrix from the complex conjugate beam of the receiving probe;
{. . . } is the diagonal matrix;
n = 0,1,. . . N is 1; N is the total number of reference angular positions when measuring the DN,
characterized in that, in order to increase the efficiency of measurements by simplifying the procedure for correcting the measured values of the electromagnetic field to reduce the influence of the receiving probe on the near field of the antenna under test, the reflection coefficients from the input of the antenna under test are additionally measured ( ) and from the load of the receiving probe ( ) in their feeder lines, measure the voltage transfer coefficient between the antenna under test and the receiving probe ( ), correct the measured values of the electromagnetic field in accordance with the ratio
<l (2πn / N)] = l Σ (2πn / N)] {1- [ (1+ ) / (1+ )] 2 }. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938324 RU2012003C1 (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Method for determination of directional pattern for aerial |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938324 RU2012003C1 (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Method for determination of directional pattern for aerial |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012003C1 true RU2012003C1 (en) | 1994-04-30 |
Family
ID=21575596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4938324 RU2012003C1 (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Method for determination of directional pattern for aerial |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2012003C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649084C2 (en) * | 2015-12-25 | 2018-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Device for measuring the diagram of antenna orientation |
-
1991
- 1991-05-21 RU SU4938324 patent/RU2012003C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649084C2 (en) * | 2015-12-25 | 2018-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Device for measuring the diagram of antenna orientation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Heimovaara et al. | Frequency‐dependent dielectric permittivity from 0 to 1 GHz: Time domain reflectometry measurements compared with frequency domain network analyzer measurements | |
Ishigami et al. | Measurements of complex antenna factor by the near-field 3-antenna method | |
US4780661A (en) | High frequency impedance measuring apparatus using two bidirectional couplers | |
US4950994A (en) | Gradient and polarizing field compensation | |
US5532590A (en) | Apparatus for measuring circuit parameters wherein errors due to transmission lines are prevented | |
RU2012003C1 (en) | Method for determination of directional pattern for aerial | |
Mayhan et al. | A technique for measuring antenna drive port impedance using backscatter data | |
CN109298249A (en) | A kind of microwave claps wave radiation field measurement device and method | |
US3952245A (en) | Calibrated quadraxial system for measuring shielding transfer impedance | |
Stuchly et al. | Implantable electric-field probes-some performance characteristics | |
CZ2003143A3 (en) | Method for measuring faulty point in high-frequency cables and lines | |
RU2104561C1 (en) | Method and device for measuring antenna gain | |
Viner | 26.3-MHz radio source survey. I-The absolute flux scale | |
Furse et al. | Towards a spread spectrum VNA | |
SU1647463A1 (en) | Method for measuring phase antenna array parameters | |
SU1465750A1 (en) | Method of measuring concentration and mobility of current carriers in semiconductors | |
Lin et al. | New Transmission Line Setup and Improved TDR Dielectric Spectroscopy Based on Reflection-Decoupled Ratio Method | |
CN114487687B (en) | Device and method for non-contact rapid measurement of penetration depth of metal plate | |
Shin et al. | Evaluation of the load impedance in coaxial cable via time-frequency domain reflectometry | |
SU1721547A1 (en) | Method of determining field amplitude-phase distribution of antenna | |
De Vreede et al. | Calibration of RF field strength meters | |
US3849727A (en) | Current comparator for power and energy measurements | |
FitzGerrell | Swept-frequency antenna gain measurements | |
Dhondt et al. | An improved free-space technique modelling for measuring dielectric properties of materials | |
Fulcomer | NBS ambient magnetic field meter for measurement and analysis of low-level power frequency magnetic fields in air |