RU2089921C1 - Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот - Google Patents

Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот Download PDF

Info

Publication number
RU2089921C1
RU2089921C1 RU94017092A RU94017092A RU2089921C1 RU 2089921 C1 RU2089921 C1 RU 2089921C1 RU 94017092 A RU94017092 A RU 94017092A RU 94017092 A RU94017092 A RU 94017092A RU 2089921 C1 RU2089921 C1 RU 2089921C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
sensor
field
dipole
elementary
Prior art date
Application number
RU94017092A
Other languages
English (en)
Other versions
RU94017092A (ru
Inventor
Игорь Павлович Ковалев
Original Assignee
Игорь Павлович Ковалев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Павлович Ковалев filed Critical Игорь Павлович Ковалев
Priority to RU94017092A priority Critical patent/RU2089921C1/ru
Publication of RU94017092A publication Critical patent/RU94017092A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2089921C1 publication Critical patent/RU2089921C1/ru

Links

Landscapes

  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

Предложен способ измерения диаграммы направленности в диапазоне частот антенны, заключающийся в возбуждении исследуемой антенны импульсным сигналом и излучении этой антенной импульсного электромагнитного поля, регистрации этого поля датчиками различной ориентации, определении диаграммы направленности исследуемой антенны на требуемых частотах посредством преобразования Фурье по времени и пространственным переменным, согласно которому перед преобразованием Фурье выполняют пеленгацию, определяют координаты элементарных источников и интенсивности этих источников, а регистрацию поля выполняют несколькими неподвижными датчиками. Изобретение относится к радиоголографии, измерению характеристик антенн и излучающих объектов. Способ обеспечивает упрощение процесса измерения и может быть широко использован в радиоголографии. 1 ил.

Description

Изобретение относится к радиоголографии, измерению характеристик антенн и излучающих объектов.
Известные голографические установки регистрируют волновое поле на некоторой поверхности. Строго говоря, эта поверхность должна быть замкнутой и охватывать исследуемые источники электромагнитного поля. Такие установки используют в радиодиапазоне для определения характеристик антенн /1,2/.
При практической реализации для регистрации электромагнитного поля излучения антенны используют либо совокупность датчиков, расположенных в дискретных точках на некоторой поверхности (параллельная регистрация), либо один датчик и систему сканирования, обеспечивающую относительное перемещение датчика и исследуемого поля (последовательная регистрация).
Недостатком существующих способов регистрации радиоголограмм является необходимость большого числа датчиков при параллельной регистрации или сложная система сканирования, обеспечивающая перемещение в двух направлениях при последовательной регистрации. Еще более сложным и длительным оказывается процесс измерения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот. В этом случае при сканировании необходимо еще изменять частоту возбуждающего антенну сигнала.
Один из способов, облегчающих измерение диаграммы направленности в диапазоне частот, описан в /3/. Он основан на использовании широкополосного импульсного сигнала, содержащего все частоты, на которых требуется измерение диаграммы направленности. Этот способ выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Способ заключается в возбуждении исследуемой антенны импульсным сигналом и излучении этой антенной импульсного электромагнитного поля, регистрации этого поля датчиками различной ориентации, определении диаграммы направленности исследуемой антенны на требуемых частотах посредством преобразования Фурье по времени и пространственным переменным.
Недостаток прототипа в том, что в нем присутствует система сканирования (блок 7 на фиг.1 в описании /3/). Это дорогостоящая механическая система, требующая высокой точности изготовления, а проведение измерений диаграммы направленности при сканировании в широком диапазоне углов занимает много времени.
Задача изобретения состоит в отказе от системы сканирования, что позволит удешевить измерительную установку и ускорить процесс измерений.
Цель изобретения упрощение и ускорение процесса измерения диаграммы.
Эта цель достигается тем, что в способе определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот, заключающемся в возбуждении исследуемой антенны импульсным сигналом и излучении этой антенной импульсного электромагнитного поля, регистрации этого поля датчиками различной ориентации, определении диаграммы направленности исследуемой антенны на требуемых частотах посредством преобразования Фурье по времени и пространственным переменным, перед преобразованием Фурье выполняют пеленгацию, определяют координаты элементарных источников и интенсивности этих источников, образующих излучение исследуемой антенны, а регистрацию поля выполняют несколькими неподвижными датчиками.
При пеленгации определяют координаты (Xn, Yn, Zn) элементарных излучателей, моменты времени (tn), в которые происходит возбуждение излучателя воздействующим на антенну импульсом малой длительности и интенсивности элементарных источников, составляющие (Pxn, Pyn, Pzn) дипольного момента-вектора
Figure 00000002
Затем восстанавливают полное поле излучения исследуемой антенны, суммируя поля, создаваемые элементарными диполями. Для определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот, т.е. поля в дальней зоне, суммирование представляет преобразование Фурье по времени и пространственным переменным от интенсивностей элементарных источников и его выполняют, как и в прототипе, с помощью быстрого преобразования Фурье.
Т. е. при построении радиоголограммы в предлагаемом способе регистрируют поле в нескольких дискретных точках неподвижными датчиками и вместо перемещения в пространстве используют изменение сигналов во времени. Минимальное число датчиков для измерения полной диаграммы направленности антенны в диапазоне частот равно трем. Однако для исключения особых случаев, в которых излучение некоторых элементарных источников в направлении какого-либо датчика может отсутствовать и не регистрируется этим датчиком, число датчиков следует увеличить до четырех. Число датчиков может быть еще увеличено для уменьшения погрешности результатов измерений. Число датчиков может быть и уменьшено, если известно заранее расположение элементарных источников или если нужна не полная диаграмма направленности, а, например, одно из главных сечений диаграммы.
Схема установки, реализующей описанный способ, приведена на чертеже.
Установка содержит импульсный генератор 1, исследуемую антенну 2, датчики 3 электромагнитного поля, переключатель 4, широкополосный стробоскопический осциллограф 5, регистратор 6 сигналов датчиков, блок пеленгации 7 и блок обработки 8, выполняющий преобразование Фурье.
Способ осуществляют следующим образом.
С помощью импульсного генератора 1 возбуждают исследуемую антенну 2, излучающую импульсное электромагнитное поле. Преобразуют излученное поле в электрические сигналы посредством датчиков 3. Поочередно подключают переключателем 4 сигналы датчиков к входу стробоскопического осциллографа 5, позволяющего наблюдать эти сигналы на экране и преобразующего быстрые сигналы датчиков в медленные, которые регистрируют регистратором 6. Эти зарегистрированные сигналы фактически являются импульсной радиоголограммой. Обрабатывают радиоголограмму и определяют диаграмму направленности антенны посредством блоков 7 и 8. Эти блоки реализуют на ЭВМ, входящей в настоящее время во многие измерительные устройства и измерительные комплексы.
Выполняют преобразование Фурье по времени и пространственным переменным и определяют диаграмму направленности антенны с помощью блока 8. С помощью блока 7 выполняют пеленгацию.
Определяют координаты (Xn Yn Zn) элементарных источников, моменты их возбуждения (tn) исходным импульсом и интенсивности (Pxn Pyn Pzn) этих источников.
Число таких элементарных источников полагается конечным и равным. Если в реальной антенне число источников бесконечно, то их излучение будет аппроксимировано излучением N источников.
Указанные величины Xn, Yn, Zn, tn, Pxn Pyn, Pzn(n=1,2,N) определяют из решения системы уравнений
Figure 00000003

Здесь введены обозначения:
Figure 00000004

где
(i)U(t) сигнал i-го датчика,
tни tк начало и конец этого сигнала,
tn момент возбуждения n-го элементарного источника,
c скорость света,
Xi, Yi, Zi декартовы координаты i-го датчика,
Figure 00000005
расстояние от начала координат до этого датчика,
Figure 00000006
расстояние между i-м датчиком и n-м элементарным источником.
В дальней зоне Rin приближенно равно:
Rin=Ri-(XiXn+YiYn+ ZiZn)/Ri,
Xn, Yn, Zn декартовы координаты n-го элементарного источника,
Pxn, Pyn, Pzn проекции векторного дипольного момента на оси координат,
N число элементарных источников,
I число датчиков,
K определяет число уравнений в системе (их число равно K•I),
(i)Rx, (i)Ry, (i)Rz коэффициенты, определяющие реакцию i-го датчика на составляющую Ex, Ey и Ez электрического поля.
В результате решения системы уравнений определяют величины Pxn, Pyn Pzn, tn, Xn, Yn, Zn (все остальные величины, входящие в уравнения, определяют положением и характером датчиков). После решения системы уравнений диаграмма направленности определяют в соответствии с выражением /4/:
Figure 00000007

В этих выражениях X, Y, Z декартовы координаты точки наблюдения.
Figure 00000008
расстояние от точки наблюдения до начала координат, угол Φ отсчитывают в плоскости Xoy от оси X, угол q от оси Z, w круговая частота. Eθ и EΦ/ составляющие поля в дальней зоне антенны,
Figure 00000009

Рассмотрим простой пример определения диаграммы направленности предлагаемым способом.
Полагаем, что исследуемая антенна содержит два элементарных источника, расположенные на оси X в точках с координатами X1=1, X2=-1. Эти элементарные источники (диполи) ориентированы вдоль оси Z и имеют равные по величине и противоположные по знаку дипольные моменты (Pz1=P, Pz2=-P). Полагаем, что при импульсном возбуждении эти диполи одновременно в некоторый момент времени, принимаемый за ноль, излучают δ -импульсы (t1=t2=0). Пусть нас интересует диаграмма направленности в плоскости XOY. Как известно из литературы /5/, нормированная диаграмма направленности определяется выражением:
Figure 00000010

При определении диаграммы направленности в этом примере по зарегистрированному импульсному излучению будем полагать для упрощения выкладок, что известна ориентация элементарных излучателей (вдоль оси Z) и то, что они расположены на оси X, но координаты этих излучателей и их интенсивности заранее неизвестны. Излучение регистрируется двумя датчиками, расположенными на оси X, в точках с координатами X0 и -Xo. эти датчики при импульсном возбуждении зарегистрируют сигналы:
Figure 00000011

Здесь (i)U(t) (i= 1,2) сигналы на выходах первого и второго датчиков, δ - δ -функция.
Определяют значения
Figure 00000012

При этом полагают, что R/X0=1, так как нормированная диаграмма не зависит от уровня сигналов.
Система уравнений примет при всех записанных предположениях такой вид:
Figure 00000013

Решение этой системы даст значения: X1=1, X2=-1, t1=t2=0, P1=-P2=P.
Определение диаграммы направленности REθ = Fθ(Φ) в плоскости XOY ( q = π/2 ) по формуле дает
Figure 00000014
ч
Опускают постоянный, не зависящий от угла Φ,множитель
Figure 00000015
и получают приведенное ранее выражение для нормированной диаграммы направленности
Figure 00000016

Это совпадение подтверждает возможность определения диаграммы направленности антенны предлагаемым способом.
Источники информации:
1. Бахрак Л.Д. Курочкин А.П. Голография в микроволновой технике. М.Сов. радио,1979.
2. Захарьев Л.Н. Методы измерения характеристик антенн.М.Радио и связь. 1985.
3. Авторское свидетельство СССР N 1415203, кл.G 01 R29/10, 1986,прототип.
4. Федоров Б.Ф. Эльман Р.И. Цифровая голография.М.Наука.1976.
5. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств под ред. Деулина В.Н. Жука М.С. М.Энергия.1977.

Claims (1)

  1. Радиоголографический способ определения диаграммы направленности широкополосной антенны в диапазоне частот, заключающийся в возбуждении исследуемой антенны импульсным сигналом и излучении этой антенной импульсов электромагнитного поля, регистрации этого поля датчиками различной ориентации, определении диаграммы направленности антенны на требуемых частотах посредством преобразования Фурье по времени и пространственным переменным, отличающийся тем, что регистрацию поля выполняют несколькими неподвижными датчиками и перед преобразованием Фурье пеленгацией определяют координаты элементарных диполей, образующих излучение исследуемой антенны, моменты времени tn, в которые происходит возбуждение диполей, и их дипольные моменты решением относительно Xn, Yn, Zn, tn, Pxn, Pyn, Pzn системы уравнений
    Figure 00000017

    где К 1, 2, К;
    i 1, 2 i;
    (i)U(t) сигнал i-го датчика;
    tн, tк начало и конец этого сигнала;
    tn момент возбуждения n-го элементарного диполя;
    c скорость света;
    λ - длина волны;
    Xi, Yi, Zi декартовые координаты i-го датчика;
    Figure 00000018
    расстояние от начала координат до этого датчика;
    Figure 00000019
    расстояние между i-м датчиком и n-м элементарным диполем;
    Xn, Yn, Zn декартовые координаты n-го элементарного диполя;
    Pxn, Pyn, Pzn проекции векторного дипольного момента на оси координат;
    n число элементарных диполей;
    i число датчиков;
    K К 1, число уравнений в системе;
    (i)Kx, (i)Ky, (i)Kz - коэффициенты, определяющие реакцию i-го датчика на составляющие Ex, Ey, Ez электрического поля.
RU94017092A 1994-05-10 1994-05-10 Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот RU2089921C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94017092A RU2089921C1 (ru) 1994-05-10 1994-05-10 Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94017092A RU2089921C1 (ru) 1994-05-10 1994-05-10 Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94017092A RU94017092A (ru) 1996-07-27
RU2089921C1 true RU2089921C1 (ru) 1997-09-10

Family

ID=20155697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94017092A RU2089921C1 (ru) 1994-05-10 1994-05-10 Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2089921C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023205A1 (en) * 2000-09-13 2002-03-21 University Of Northumbria At Newcastle Microwave holographic measuring method and apparatus
EP1291972A1 (en) * 2001-08-30 2003-03-12 S.O. Solo Enterprise Ltd. Radioholographic aerials apparatus and method therefor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1415203, кл. G 01 R 29/10, 1988. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023205A1 (en) * 2000-09-13 2002-03-21 University Of Northumbria At Newcastle Microwave holographic measuring method and apparatus
EP1291972A1 (en) * 2001-08-30 2003-03-12 S.O. Solo Enterprise Ltd. Radioholographic aerials apparatus and method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
RU94017092A (ru) 1996-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3719922A (en) Digital camera
Paris et al. Basic theory of probe-compensated near-field measurements
KR100316440B1 (ko) 야금공정에서하나이상의표면의위치를동시에측정하기위한방법
US6469672B1 (en) Method and system for time domain antenna holography
CN109507688B (zh) 一种激光发射装置、激光雷达探测装置及方法
US6084412A (en) Imaging objects in a dissipative medium by nearfield electromagnetic holography
JPH059752B2 (ru)
RU2339966C1 (ru) Способ определения координат источника радиоизлучения
RU2089921C1 (ru) Радиоголографический способ определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот
US20030076256A1 (en) Method for creation of planar or complex wavefronts in close proximity to a transmitter array
JP2007515107A (ja) 線形サブアンテナによって構成される十字アンテナおよび一連の処理
CN113552069B (zh) 基于干涉合成孔径的激光超声水下目标探测方法及系统
EP1320758B1 (en) Microwave holographic measuring method and apparatus
US6344743B1 (en) Standing wave magnetometer
US3662389A (en) Determination of far field antenna patterns using fresnel probe measurements
US6469658B2 (en) Method for creation of planar or complex wavefronts in close proximity to a transmitter array
Guo et al. 3-D localization of buried objects by nearfield electromagnetic holography
Azaro et al. A 3‐GHz microwave imaging system based on a modulated scattering technique and on a modified Born approximation
RU2416108C1 (ru) Способ комплексной локации цели
Nordebo et al. Sensitivity analysis for antenna near-field imaging
Battaglia et al. Near Field Phase Recovery Exploiting Only One Measurement Surface And A Smart Warping Sampling Strategy
Amineh et al. Research Article Three-Dimensional Holographic Imaging Using Single Frequency Microwave Data
Leou et al. Evaluation of bistatic far-field quantities from near-field measurements
RU2688588C1 (ru) Способ определения сверхвысокочастотных параметров материала в полосе частот и устройство для его осуществления
Maisto et al. Warping method for probe location in near/far field transformation