RU2017164C1

RU2017164C1 - Device for measuring distribution of field in antenna aperture

Info

Publication number: RU2017164C1
Authority: RU
Inventors: В.Г. Аветисян
Original assignee: Научно-исследовательский институт радиофизических измерений
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: aerial measurement technology. SUBSTANCE: device has generator, amplitude-phase meter, data processing and outputting unit, transmission line, which is formed by trombone compensator of probe vertical motion, which has the first waveguide trombone and the first mechanism for changing length of the path. Device also has the second trombone and the second mechanism for changing length of the path. EFFECT: improved precision of measurement. 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерений на миллиметровых волнах. The invention relates to techniques for measuring millimeter waves.

Известно устройство для измерения распределения поля, куда вводится подвижный зонд, перемещаемый с помощью сканера и соединенный с входом неподвижной измерительной волноводной схемы гибким диэлектрическим волноводом (Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах. Методы и техника. /Под ред.Р.А.Валитова и Б.И.Макаренко. М.: Радио и связь, 1984, с.167). A device is known for measuring the distribution of the field where a movable probe is inserted, moved with a scanner and connected to the input of a stationary measuring waveguide circuit with a flexible dielectric waveguide (Measurements on millimeter and submillimeter waves. Methods and technique. / Ed. R.A. Valitova and B . I. Makarenko. M: Radio and communications, 1984, p. 167).

Однако в таком устройстве при перемещении зонда меняется радиус кривизны изгиба диэлектрического волновода, что вызывает искажения по фазе и амплитуде сигнала на входе измерительной схемы. Подобные искажения могут возникнуть также из-за наводок от внешнего поля и из-за изменения величины развязок между отдельными участками открытого диэлектрического волновода при изменении его конфигурации в процессе сканирования зонда. However, in such a device, when the probe is moved, the bend radius of the dielectric waveguide changes, which causes distortion in the phase and amplitude of the signal at the input of the measuring circuit. Similar distortions can also arise due to pickups from an external field and due to a change in the magnitude of the decoupling between individual sections of an open dielectric waveguide when its configuration changes during the scanning of the probe.

Известно также устройство для определения параметров антенн, где в качестве линии передачи сигнала от неподвижного генератора к подвижному зонду используется волноводная линия, в которой необходимый сигнал на зонд снимается с помощью штыря связи, передвигающегося в щели, прорезанной вдоль оси волновода по середине его широкой стенки. Штырь связи является сильно отражающим так, что наряду с падающей волной в волноводе возбуждается интенсивная отраженная волна. При этом в индикаторе минимума стоячей волны, зонд которого расположен до этого волновода, вырабатывается сигнал управления, воздействующий на фазовращатель, установленный между зондом индикатора минимума стоячей волны и прорезанным волноводом так, что он меняет фазу проходящей волны на волновод таким образом, что фаза сигнала на выходе зонда остается постоянной (И.Е.Гольберг, Д.Б.Зимин, Г.Е.Корбуков, А.П.Курочкин, Е.Г.Седенков. Комплекс аппаратуры для определения параметров антенн голографическими методами. В кн. "Радио и акустическая голография"/Под ред. Г.Е.Корбукова и С.В.Кулакова. Л.: Наука, 1976). A device is also known for determining the parameters of antennas, where a waveguide line is used as a signal transmission line from a stationary generator to a movable probe, in which the necessary signal is removed to the probe using a communication pin moving in a slot cut along the axis of the waveguide in the middle of its wide wall. The coupling pin is highly reflective so that, along with the incident wave, an intense reflected wave is excited in the waveguide. In this case, in the indicator of the minimum of the standing wave, the probe of which is located before this waveguide, a control signal is generated that acts on the phase shifter installed between the probe of the indicator of the minimum of the standing wave and the slotted waveguide so that it changes the phase of the transmitted wave to the waveguide so that the phase of the signal the probe output remains constant (I.E. Golberg, D. B. Zimin, G. E. Korbukov, A. P. Kurochkin, E. G. Sedenkov. A complex of equipment for determining the parameters of antennas by holographic methods. In the book "Radio and acoustic goal graphy "/ Ed. G.E.Korbukova and S.V.Kulakova. L .: Science, 1976).

В случае реализации этого устройства в диапазоне миллиметровых волн наличие волновода с прорезанной щелью посередине его стенки, перпендикулярной электрическому вектору распространяющейся волны, приведет к большим погрешностям измерения. Если волновод одномодовый, то, например, для диапазона волн порядка λ= 4-3 мм теоретическое затухание в таком волноводе из меди составляет величину от 2-4 дБ/м, а при наличии щели оно будет еще больше, и при движении зонда, а значит и при различных положениях штыря связи в этом волноводе, сигнал на выходе зонда будет нестабилен по мощности на величину, численно равную затуханию отрезка волновода величиной в длину зоны сканирования. Нестабильность фазы будет обусловлена чувствительностью индикатора минимума стоячей волны и точностью фазовращателя. Достаточная чувствительность индикатора минимума в 3- сантиметровом диапазоне длин волн обеспечивается в прототипе при уровне отраженного сигнала - 12 дБ относительно уровня падающей волны, а в миллиметровом диапазоне по-видимому потребуется больший уровень. Применение вместо одномодового волновода сверхразмерного, обладающего малым затуханием основной рабочей моды распространяющейся волны, с целью снижения значительной нестабильности по мощности не улучшает положения, так как штырь, являясь сильно отражающим, представляет из себя значительную неоднородность в сверхразмерном волноводе, которая будет являться источником возбуждения интенсивных паразитных мод. Распространяющиеся прямо интенсивные паразитные моды вследствие преобразования типов волн и взаимодействия с основной модой приведут к возрастанию нестабильности амплитуды и фазы сигнала, достигшего выхода зонда. Кроме того, отраженные интенсивные паразитные моды опять же вследствие преобразования и взаимодействия с отраженной основной модой в месте расположения зонда индикатора минимума стоячей волны создадут нерегулярные случайные биения, что приведет к вырабатыванию индикатором минимума стоячей волны случайного выходного сигнала управления фазовращателей, что еще больше увеличит нестабильность по фазе выходного сигнала зонда, тем самым увеличивая погрешность измерения электромагнитных характеристик антенны. If this device is implemented in the millimeter wave range, the presence of a waveguide with a slit cut in the middle of its wall perpendicular to the propagating wave electric vector will lead to large measurement errors. If the waveguide is single-mode, then, for example, for a wavelength range of the order of λ = 4-3 mm, the theoretical attenuation in such a copper waveguide is from 2-4 dB / m, and if there is a gap, it will be even greater when the probe moves, and therefore, at different positions of the communication pin in this waveguide, the signal at the output of the probe will be unstable in power by a value numerically equal to the attenuation of the length of the waveguide by the length of the scanning zone. The phase instability will be determined by the sensitivity of the standing wave minimum indicator and the accuracy of the phase shifter. Sufficient sensitivity of the minimum indicator in the 3-centimeter wavelength range is provided in the prototype at a reflected signal level of 12 dB relative to the incident wave level, and a higher level is likely to be required in the millimeter range. The use of an oversized instead of a single-mode waveguide with a low attenuation of the main working mode of a propagating wave does not improve the situation in order to reduce significant power instability, since the pin, being highly reflective, represents a significant inhomogeneity in the oversized waveguide, which will be the source of excitation of intense spurious Maud. Directly propagating intense parasitic modes due to wave type conversion and interaction with the main mode will increase the instability of the amplitude and phase of the signal that reaches the probe output. In addition, the reflected intense parasitic modes, again, due to the conversion and interaction with the reflected main mode at the location of the probe of the standing wave minimum indicator, will produce irregular random beats, which will lead to the generation of the standing wave minimum indicator of the random output control signal of the phase shifters, which will further increase the instability of phase of the probe output signal, thereby increasing the error in measuring the electromagnetic characteristics of the antenna.

Цель изобретения - повышение точности измерений. Использование предлагаемого устройства обеспечит повышение качества и производительности аттестации антенн и уменьшение затрат на изготовление измерительных комплексов. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements. Using the proposed device will improve the quality and performance of certification of antennas and reduce the cost of manufacturing measuring systems.

Для этого расположенный на механическом сканере тракт линии передачи сигнала от неподвижного генератора к подвижному зонду состоит из введенных сверхразмерных волноводов с подвижными сочленениями и фильтрами типов волн для подавления паразитных мод; тромбонного компенсатора вертикального движения зонда, состоящего из первого волноводного тромбона и механизма компенсации изменения длины тракта при вертикальном движении зонда, содержащего каретку для крепления волновода со скрепленным с ним через переход зондом, каретку крепления колена тромбона, на которой закреплены также оси двух роликов, связанных передачей с гибкой связью, осуществляемой стальным тросом, с двумя другими роликами, ось одного ролика закреплена на вертикальной стойке сканера, а другой ролик приводится во вращение двигателем вертикального привода сканера, причем один конец троса прикреплен жестко к вертикальной стойке сканера, а другой конец натянут пружиной, крепящейся также к вертикальной стойке, закрепленной на горизонтальной каретке. For this, the path of the signal transmission line from the stationary generator to the movable probe located on the mechanical scanner consists of introduced oversized waveguides with movable joints and filters of wave types to suppress stray modes; a trombone compensator for vertical movement of the probe, consisting of the first waveguide trombone and a mechanism for compensating for changes in the length of the path during vertical movement of the probe, containing a carriage for attaching a waveguide with a probe attached to it through a transition, a carriage for mounting a trombone elbow, on which are also fixed the axes of two rollers connected by transmission with a flexible connection made by a steel cable, with two other rollers, the axis of one roller is mounted on a vertical rack of the scanner, and the other roller is rotated e scanner vertical driving motor, wherein one end of the cable is rigidly secured to the vertical leg of the scanner and the other end is tensioned by a spring, also fastened to the vertical post secured to the horizontal carriage.

Тракт тромбонного компенсатора вертикального движения зонда состоит из последовательно соединенных подвижными сочленениями волновода, прикрепленного к горизонтальной каретке, колена первого тромбона, волновода, прикрепленного также к горизонтальной каретке, и волновода, соединенного через переход с зондом. Каретка крепления волновода с зондом скреплена жестко со стальным тросом на самом длинном его свободном участке и так же, как и каретка крепления колена тромбона при движении зонда перемещается вдоль направляющего паза на стойке сканера, причем перемещениe каретки колена тромбона всегда в два раза меньше одновременного перемещения каретки крепления волновода с зондом, так как свободные участки стального троса параллельны. Благодаря такой конструкции механизма компенсации изменения длины тракта каретки перемещаются без люфта даже при реверсировании движения зонда. The path of the trombone compensator for the vertical movement of the probe consists of a waveguide attached to the horizontal carriage connected in series by movable joints, an elbow of the first trombone, a waveguide also attached to the horizontal carriage, and a waveguide connected through a junction with the probe. The carriage for attaching the waveguide to the probe is fixed rigidly with a steel cable on its longest free section and, like the trombone knee carriage, when the probe moves, it moves along the guide groove on the scanner stand, and the trombone knee carriage is always two times smaller than the carriage mounting the waveguide with the probe, since the free sections of the steel cable are parallel. Thanks to this design of the compensation mechanism, changes in the path length of the carriage move without play, even when the probe is reversed.

Введенный тромбонный компенсатор горизонтального движения зонда состоит из второго волноводного тромбона и механизма компенсации изменения длины тракта при горизонтальном движении, отличающегося по конструкции от механизма компенсации изменения длины тракта при вертикальном движении зонда. Отличие в конструкции обусловлено необходимостью перемещения массивной горизонтальной каретки с расположенной на ней вертикальной стойкой сканера со всеми волноводами и механизмом, связанными с ней, и достаточностью движения зонда в горизонтальном направлении при измерениях только в одном направлении, что снимает проблему выбора люфтов при реверсировании движения. The introduced trombone compensator for horizontal movement of the probe consists of a second waveguide trombone and a mechanism for compensating for changes in path length during horizontal movement, which differs in design from a mechanism for compensating for changes in path length during vertical probe motion. The difference in design is due to the need to move the massive horizontal carriage with the vertical scanner stand located on it with all the waveguides and the mechanism associated with it, and the probe moving in the horizontal direction when measuring in only one direction, which eliminates the problem of choosing backlash when reversing the movement.

Механизм компенсации изменения длины тракта при горизонтальном движении состоит из гайки, жестко скрепленной с горизонтальной кареткой сканера и находящейся в резьбовом зацеплении с одним концом винта, на другом конце которого находится в резьбовом зацеплении с винтом другая гайка, жестко связанная с коленом второго волноводного тромбона, причем шаг резьбы последней гайки в два раза меньше шага резьбы первой гайки. Винт приводится во вращение двигателем горизонтального привода сканера и при этом перемещение горизонтальной каретки сканера в два раза больше одновременного перемещения колена второго тромбона относительно неподвижного волновода, подключенного к генератору. The mechanism for compensating for changes in the path length during horizontal movement consists of a nut rigidly fastened to the horizontal scanner carriage and in threaded engagement with one end of the screw, on the other end of which is in threaded engagement with the screw another nut, rigidly connected to the elbow of the second waveguide trombone, the thread pitch of the last nut is half the thread pitch of the first nut. The screw is driven into rotation by the engine of the horizontal drive of the scanner and the movement of the horizontal carriage of the scanner is two times greater than the simultaneous movement of the elbow of the second trombone relative to the stationary waveguide connected to the generator.

Тромбонные компенсаторы обеих видов движения соединены между собой через другой неподвижный волновод, в одном конце которого находится одно из плеч колена второго тромбона, а в другом конце - другой конец второго волновода, прикрепленного к горизонтальной каретке. Trombone compensators of both types of motion are interconnected through another stationary waveguide, at one end of which there is one of the shoulders of the knee of the second trombone, and at the other end is the other end of the second waveguide attached to the horizontal carriage.

Сущность предложенного устройства состоит в том, что стабильность фазовой и амплитудной характеристик тракта линии передачи сигнала от неподвижного генератора к зонду при его сканировании осуществляется путем сохранения неизменности суммарной геометрической длины линии передачи с подвижными сочленениями на сверхразмерных волноводах и с расположенными в них фильтрами типов волн. Компенсация изменения длины тракта осуществляется тромбонными компенсаторами горизонтального и вертикального движений зонда. При этом снижаются искажения передаваемого сигнала как по фазе, так и по амплитуде, вследствие чего и повышается точность измерения. The essence of the proposed device lies in the fact that the stability of the phase and amplitude characteristics of the path of the signal transmission line from the stationary generator to the probe during its scanning is carried out by maintaining the invariance of the total geometric length of the transmission line with movable joints on oversized waveguides and with wave type filters located in them. Compensation for changes in the path length is carried out by trombone compensators for horizontal and vertical probe movements. In this case, the distortion of the transmitted signal is reduced both in phase and in amplitude, as a result of which the measurement accuracy increases.

На фиг.1 представлен механический сканер устройства с расположенной на нем линией передачи; на фиг.2 - кинематическая схема механизма компенсации изменения длины тракта при вертикальном движении зонда; на фиг.3 - конструкция подвижного сочленения на сверхразмерных волноводах; на фиг.4 и 5 - расположение и конструкция фильтров типа волн в сверхразмерном волноводе. Figure 1 shows the mechanical scanner of the device with a transmission line located on it; figure 2 is a kinematic diagram of the mechanism for compensating for changes in the length of the path with the vertical movement of the probe; figure 3 - design of a movable joint on oversized waveguides; Figures 4 and 5 show the location and design of wave-type filters in an oversized waveguide.

Устройство для измерения распределения поля в раскрыве антенны содержит направляющие 1; горизонтальную каретку 2; расположенную на ней вертикальную стойку 3 с направляющими пазами 4 и 5 соответственно для кареток 6 и 7; зонд 8, соединенный переходом с волноводом 9, который закреплен на каретке 6 и сочленен с волноводом 10, прикрепленным к горизонтальной каретке 2 и своим другим концом сочлененный с одним плечом волноводного колена 11 первого тромбона, который закреплен на каретке 7; волновод 12, также прикрепленный к горизонтальной каретке 2 и одним концом сочлененный с вторым плечом колена 11 тромбона, а другим концом - с неподвижным волноводом 13; волноводное колено 14 второго тромбона, сочлененного одним плечом с волноводом 13, а другим плечом - с неподвижным волноводом 15, который соединен с сигнальным выходом генератора; механизм компенсации изменения длины тракта при горизонтальном движении зонда, состоящий из гайки 16, скрепленной жестко с горизонтальной кареткой 2; гайки 17, скрепленной жестко с коленом 14 тромбона; винта 18 с возможностью вращения от двигателя горизонтального привода сканера и находящегося в резьбовом зацеплении с гайками 16 и 17, причем шаг резьбы гайки 16 в два раза больше шага резьбы гайки 17. A device for measuring the distribution of the field in the aperture of the antenna contains guides 1; horizontal carriage 2; located on it a vertical rack 3 with guide grooves 4 and 5, respectively, for the carriages 6 and 7; a probe 8 connected by a transition to a waveguide 9, which is mounted on a carriage 6 and connected to a waveguide 10 attached to a horizontal carriage 2 and connected at one other end to a waveguide elbow 11 of the first trombone that is mounted on the carriage 7; the waveguide 12, also attached to the horizontal carriage 2 and at one end articulated with the second shoulder of the trombone knee 11, and the other end with a fixed waveguide 13; the waveguide elbow 14 of the second trombone articulated by one arm with the waveguide 13, and the other arm with a fixed waveguide 15, which is connected to the signal output of the generator; a mechanism for compensating for changes in the path length with horizontal probe movement, consisting of a nut 16 fastened rigidly to the horizontal carriage 2; nuts 17 fastened firmly to the trombone elbow 14; screw 18 with the possibility of rotation from the engine of the horizontal drive of the scanner and in threaded engagement with nuts 16 and 17, and the thread pitch of the nut 16 is two times greater than the thread pitch of the nut 17.

Механизм компенсации изменения длины тракта при вертикальном движении зонда (см.фиг.2) состоит из роликов 19 и 20, оси которых закреплены на каретке 7 крепления колена 11 первого тромбона; ролика 21, ось которого закреплена на стойке 3; ролика 22 с возможностью вращения от двигателя вертикального привода; стального троса 23 передачи с гибкой связью между роликами 19-22, свободные участки которого параллельны и один конец троса прикреплен к стойке 3, а другой конец натянут пружиной 24, прикрепленной к стойке 3, причем на участке между роликами 21 и 22 трос жестко скреплен с кареткой 6 крепления волноводов 9. The mechanism for compensating for changes in the length of the path during the vertical movement of the probe (see Fig. 2) consists of rollers 19 and 20, the axes of which are fixed to the carriage 7 of the knee 11 of the first trombone; the roller 21, the axis of which is mounted on the rack 3; a roller 22 rotatably from a vertical drive engine; steel cable 23 of the transmission with a flexible connection between the rollers 19-22, the free sections of which are parallel and one end of the cable is attached to the rack 3, and the other end is tensioned by a spring 24 attached to the rack 3, and in the area between the rollers 21 and 22, the cable is rigidly fastened with carriage 6 for mounting waveguides 9.

Все волноводы являются сверхразмерными, изгибы волноводов - квазиоптические уголки на 90^о, а сочленения между ними являются подвижными (см. фиг. 3) и содержат фторопластовые прокладки 24, установленные в пазах на внешней поверхности сверхразмерного волновода меньшего сечения либо припаянные к этой поверхности своими металлическими основаниями, если фторопласт односторонне фольгирован; фильтр типов волн 25, установленный за пирамидальным рупором 26 окончания сверхразмерного волновода меньшего сечения, причем между концом рупора и внутренней поверхностью сверхразмерного волновода большего сечения существует малый зазор размером 0,1-0,2 мм. Фильтр типов волн 25 (см.фиг.4 и 5) содержит пять тонких толщиной до 100 мкм прямоугольных слюдяных пластин 27, покрытых тонким слоем нихрома и установленных на разных расстояниях друг от друга по сечению волновода перпендикулярно вектору электрического поля Е рабочей моды Н₁₀, и двух таких же пластин формы ласточкина, установленных от стенок волновода, параллельных вектору Е, на расстоянии a/12 - a/6 и параллельно им (а - размер стенки волновода, перпендикулярный вектору Е); пунктиром на фиг.1 обозначена траектория зонда 8 в процессе сканирования.All waveguides are oversize, bends waveguides - quasioptical corners 90 ^a, a junction therebetween are movable (see Figure 3..) And contain a fluoroplastic gasket 24 installed in slots on the outer surface of reduced section oversized waveguide or soldered to the surface of its metal bases, if the fluoroplastic is unilaterally foil; a filter of wave types 25 installed behind the pyramidal horn 26 of the end of the oversized waveguide of smaller cross section, and between the end of the horn and the inner surface of the oversized waveguide of larger cross section there is a small gap of 0.1-0.2 mm in size. The filter of wave types 25 (see Figs. 4 and 5) contains five thin rectangular mica plates 27 with a thickness of up to 100 μm, coated with a thin layer of nichrome and installed at different distances from each other along the waveguide cross section perpendicular to the electric field vector E of the working mode H ₁₀ , and two of the same swallow-shaped plates installed from the waveguide walls parallel to the vector E, at a distance a / 12 - a / 6 and parallel to them (a is the waveguide wall size perpendicular to the vector E); the dotted line in figure 1 indicates the trajectory of the probe 8 during the scanning process.

Работа устройства состоит в следующем. The operation of the device is as follows.

Сигнал от генератора поступает в волновод 15 и, пройдя тракт линии передачи, излучается зондом 8 на исследуемую антенну, в зоне раскрыва которой и сканирует зонд. С антенны сигнал поступает в амплифазометр, опорный сигнал которого поступает с опорного выхода генератора, а выходной сигнал амплифазометра поступает в систему обработки и выдачи данных. The signal from the generator enters the waveguide 15 and, having passed the transmission line path, is emitted by the probe 8 to the antenna under study, in the aperture zone of which it scans the probe. From the antenna, the signal enters the ampliometer, the reference signal of which comes from the reference output of the generator, and the output signal of the ampliometer is fed to the data processing and output system.

Передача сигнала от неподвижного генератора к зонду в процессе его сканирования осуществляется следующим образом. При включении двигателя горизонтального привода винт 18 приходит во вращение в направлении, указанном стрелкой. Вначале выбирается люфт гаек 16 и 17, затем обе гайки приходят в поступательное движение, указанное стрелками. Начиная с момента совместного движения гаек 16 и 17, который будем считать началом отсчета первого горизонтального шага, до останова двигателя горизонтального привода, если гайка 16 пройдет расстояние l_г, то за то же самое время гайка 17 пройдет расстояние l_г/2, поскольку шаг резьбы гайки 16 в два раза больше шага резьбы гайки 17. Точность соотношений расстояний зависит от точности нарезки резьб и, например, при нулевом классе точности нарезки на длине резьбы 600 мм допускаемая накопленная ошибка шага винта не превышает 10 мкм. Вместе с гайкой 16 перемещается по направляющим 1 горизонтальная каретка 2, а вместе с ней - стойка 3 и неподвижный пока относительно нее зонд 8. При этом одновременно прикрепленный к горизонтальной каретке волновод 12 входит соосно благодаря направляющим фторопластовым прокладкам 24 в неподвижный волновод 13 и конец волновода 12 в виде рупора 26 переместится на расстояние l_г. Но за то же время колено 14 второго тромбона, увлекаемое скрепленной с ним гайкой 17, переместится в том же направлении на расстояние l_г/2 относительно неподвижных волноводов 13 и 15, причем перемещение плеч колена в этих волноводах происходит соосно благодаря аналогичным подвижным сочленениям. В результате общая длина тракта на такой квазиоптической линии передачи с рабочей волной Н₁₀, начиная от выхода генератора до выхода зонда 8, остается неизменной в процессе горизонтального движения зонда, а передаточные фазовая и амплитудная характеристики такой квазиоптической линии остаются достаточно стабильными. Хотя в тракте и имеются неоднородности в виде уголков и подвижных сочленений, являющиеся источниками возбуждения высших мод, и при сохранении общей длины тракта меняются расстояния между этими неоднородностями, но, во-первых, это слабые неоднородности в смысле возбуждения паразитных мод, во-вторых, возникшие моды эффективно подавляются введенными фильтрами типов волн. Горизонтальные пластины при таком расположении обеспечивают подавление типов волн H_mn, E_mn(m≠0, n≠0) и типов волн Н_оn, однако не действуют практически на типы волн Н_mo. Две вертикальные пластины в виде ласточкина хвоста при такой конструкции практически не вызывают отражений и вносят малое затухание основной моды Н₁₀, но значительно большее для паразитных мод Н₂₀, Н₃₀.The signal from the stationary generator to the probe during its scanning is carried out as follows. When the horizontal drive motor is turned on, screw 18 rotates in the direction of the arrow. First, the backlash of nuts 16 and 17 is selected, then both nuts come into translational motion indicated by arrows. Starting from the moment of joint movement of the nuts 16 and 17, which we will consider as the reference point of the first horizontal step, until the horizontal drive motor stops, if the nut 16 passes the distance l _g , then the nut 17 will pass the distance l _g / 2 since the step the thread of the nut 16 is twice as large as the thread pitch of the nut 17. The accuracy of the distance ratios depends on the accuracy of the threading and, for example, with a zero grade of precision cutting on the length of the thread 600 mm, the permissible accumulated screw pitch error does not exceed 10 μm. Together with the nut 16, the horizontal carriage 2 moves along the guides 1, and with it the strut 3 and the probe 8 still stationary relative to it. At the same time, the waveguide 12 attached to the horizontal carriage simultaneously enters coaxially with the guiding fluoroplastic gaskets 24 into the stationary waveguide 13 and the end of the waveguide 12 in the form of a horn 26 will move a distance l _g . But at the same time, the knee 14 of the second trombone, carried away by the nut 17 fastened with it, will move in the same direction at a distance of l _g / 2 relative to the stationary waveguides 13 and 15, and the movement of the knee shoulders in these waveguides is coaxial due to similar movable joints. As a result, the total path length on such a quasi-optical transmission line with a working wave of H ₁₀ , starting from the generator output to the output of probe 8, remains unchanged during the horizontal movement of the probe, and the phase and amplitude transfer characteristics of such a quasi-optical line remain quite stable. Although there are inhomogeneities in the path in the form of angles and movable joints that are sources of excitation of higher modes, and while maintaining the total path length, the distances between these inhomogeneities change, but, firstly, these are weak inhomogeneities in the sense of excitation of spurious modes, and secondly, the arising modes are effectively suppressed by the introduced wave type filters. Horizontal plates with this arrangement provide suppression of the types of waves H _mn , E _mn (m ≠ 0, n ≠ 0) and types of waves H _on , however, they practically do not affect the types of waves H _mo . Two vertical dovetail plates with this design practically do not cause reflections and introduce a small attenuation of the main mode H ₁₀ , but much more for parasitic modes H ₂₀ , H ₃₀ .

После останова двигателя горизонтального привода включается двигатель вертикального привода, который начинает вращать ролик 22 в направлении, указанном стрелкой. При этом каретка 6, жестко скрепленная с тросом 23, начинает перемещаться вниз по направляющему пазу 4. Это вызывает вертикальное движение зонда 8 совместно с волноводом 9, конец которого соосно насаживается на прикрепленный к горизонтальной каретке 2 волновод 10 на некоторое расстояние l_в. При этом за то же самое время из-за передачи посредством стального троса 23 между роликами 22,21,20 и 19 и условия параллельности свободных участков стального троса каретка 7 вдоль своего направляющего паза 5, а значит и закрепленное на ней колено 11 первого тромбона отходят от первоначальных положений на расстояние l_в/2, тем самым сохраняя неизменность длины тракта в процессе вертикального движения зонда 8. Далее происходит останов двигателя вертикального привода, вновь включается двигатель горизонтального привода и вновь начинает вращаться в прежнем направлении винт 18, причем гайки 16 и 17 сразу же приходят в одновременное движение, так как люфты уже были выбраны в начале предыдущего шага горизонтального движения, и происходит непрерывно одновременная компенсация изменения длины тракта. После останова двигателя горизонтального привода начинается реверсированное движение двигателя вертикального привода. При этом каретки 6 и 7 начинают одновременно двигаться с движением троса 23 в направлениях, противоположных первоначальным, и опять же происходит непреpывно одновременная компенсация изменения длины передающего тракта.After the horizontal drive motor stops, the vertical drive motor is turned on, which starts to rotate the roller 22 in the direction of the arrow. In this case, the carriage 6, rigidly fastened to the cable 23, begins to move down the guide groove 4. This causes the vertical movement of the probe 8 together with the waveguide 9, the end of which is coaxially mounted on the waveguide 10 attached to the horizontal carriage 2 for a certain distance l _in . At the same time, due to the transfer by means of a steel cable 23 between the rollers 22,21,20 and 19 and the condition of parallelism of the free sections of the steel cable, the carriage 7 along its guide groove 5, and hence the knee 11 of the first trombone attached to it, depart from the initial positions at a distance l _in / 2, thereby maintaining the path length unchanged during the vertical movement of the probe 8. Next, the vertical drive motor stops, the horizontal drive motor turns on again and starts to rotate again in the same direction, screw 18, and the nuts 16 and 17 immediately come into simultaneous movement, since the backlashes were already selected at the beginning of the previous horizontal movement step, and the path length is continuously compensated for simultaneously. After the horizontal drive motor stops, the reversed movement of the vertical drive motor begins. In this case, the carriages 6 and 7 begin to simultaneously move with the movement of the cable 23 in the directions opposite to the original ones, and again, there is a continuous simultaneous compensation for changes in the length of the transmission path.

Таким образом, в процессе сканирования зонда геометрическая длина передающего сигнал тракта всегда остается неизменной по величине, и электрические характеристики, а именно фазовая и амплитудная передаточные характеристики тракта, поддерживаются благодаря этому и предложенной конструкции тракта стабильными, что способствует стабильности сигнала по фазе и амплитуде на выходе зонда, что и обеспечивает повышение точности измерений электромагнитных характеристик антенны. Thus, during the scanning of the probe, the geometric length of the signal-transmitting path always remains unchanged in magnitude, and the electrical characteristics, namely the phase and amplitude transfer characteristics of the path, are supported by this and the proposed path design, which contributes to the stability of the signal in phase and amplitude at the output probe, which provides improved measurement accuracy of the electromagnetic characteristics of the antenna.

Предложенное устройство имеет следующие преимущества: линия передачи не содержит электрически управляемых элементов и приборов, что повышает надежность его в работе. The proposed device has the following advantages: the transmission line does not contain electrically controlled elements and devices, which increases its reliability in operation.

Устройство более универсально, так как в отличии от прототипа, при работе которого требуется только режим приема антенны, с предложенным устройством можно проводить измерения антенн как пассивных, так и активных и вообще некоторого распределения поля на плоскости, для чего в последнем случае достаточно размещения в измеряемом поле неподвижного второго приемного зонда в качестве источника опорного сигнала. The device is more versatile, since, unlike the prototype, which requires only the antenna reception mode, with the proposed device it is possible to measure antennas, both passive and active, and generally some field distribution on the plane, for which, in the latter case, placement in the measured the field of the stationary second receiving probe as the source of the reference signal.

Линия передачи сигнала, изготовленная на сверхразмерных волноводах, являясь квазиоптической линией, пригодна для работы в широком диапазоне длин волн. Например, такая линия, скомпанованная на волноводах, близких к сечению одномодового волновода 3-сантиметрового диапазона, будет работать в диапазоне миллиметровых волн с длинами волн 4 мм и ниже при наличии сменных зондов с соответствующими переходами, что создает возможность унификации сканеров при их изготовлении на различные длины волн в пределах указанного диапазона. The signal transmission line manufactured on oversized waveguides, being a quasi-optical line, is suitable for operation in a wide range of wavelengths. For example, such a line, compiled on waveguides close to the cross section of a single-mode waveguide in the 3-cm range, will work in the millimeter wave range with wavelengths of 4 mm and lower if there are replaceable probes with corresponding transitions, which makes it possible to unify scanners in their manufacture for different wavelengths within the specified range.

Claims

DEVICE FOR MEASURING FIELD DISTRIBUTION IN ANTENNA OPENING, containing a generator, a transmission line made in the form of two series-connected transmission lines, the input of which is connected to the signal output of the generator, and the output is connected to a probe, an amplifometer, the signal input of which is connected to the antenna, the reference input is connected with a reference output of the generator, and the output is connected to the input of the data processing and output unit, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, the first transmission line consists of a first waveguide a compensator for the vertical movement of the probe containing the first waveguide trombone and the first mechanism for compensating for changes in the path length, consisting of the first and second carriages located in the guide grooves, made on the vertical arm of the mechanical scanner, on the other side of which the axes of the first and second rollers are fixed, which are connected flexible transmission by means of a steel cable with third and fourth rollers, the axes of which are fixed on the second carriage, while the first roller is fixed with the possibility of rotation openings from a vertical drive engine, one end of a steel cable, the free sections of which are parallel, is fixed to the lower part of the vertical rack, to the upper part of which one spring end is fixed, the second end of which is connected to the second end of the steel cable, the section between the first and second rollers of which is rigid fixed with the first carriage, on the other side of which the first waveguide is fixed, one end of which is connected to the probe through the transition, and the second end is connected to the first stationary conduit of the first waveguide the rhombon, the knee of which is fixed on the second carriage, the second transmission line consists of a trombone compensator for horizontal movement of the probe containing a second waveguide trombone and a second mechanism for compensating for changes in the length of the path, consisting of fixed and movable horizontal carriages of a mechanical scanner, the first and second nuts interconnected with the help of a screw with the possibility of rotation from the engine of horizontal movement, while the thread pitch of the first nut is chosen twice as large as the thread pitch of the second nut, which rigidly fixed to the knee of the second waveguide trombone, the first and second stationary waveguides of which are mounted on a stationary horizontal carriage of the mechanical scanner, the first stationary waveguide of the second waveguide trombone is coupled with the second waveguide of the first waveguide trombone, the second and first stationary waveguides of which are mounted on the horizontal carriage of the mechanical scanner, on the other side of which the first nut is rigidly fixed, the second end of the second stationary waveguide of the second waveguide trombone is an input transmission line, wherein the dimensions of the cross sections of the first sections of waveguides of the waveguide, the first and second waveguide trombones selected oversize, waveguide segments and smaller cross section is located filters wave types.