RU2352952C1 - Single-antenna measuring gauge of polarised matrix - Google Patents
Single-antenna measuring gauge of polarised matrix Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352952C1 RU2352952C1 RU2007140059/09A RU2007140059A RU2352952C1 RU 2352952 C1 RU2352952 C1 RU 2352952C1 RU 2007140059/09 A RU2007140059/09 A RU 2007140059/09A RU 2007140059 A RU2007140059 A RU 2007140059A RU 2352952 C1 RU2352952 C1 RU 2352952C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- antenna
- directional
- polarization
- polarisations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для измерения радиолокационных характеристик целей. Преимущественное применение изобретения - измерение поляризационной матрицы радиолокационных целей на моделях.The invention relates to the field of radar and is intended to measure the radar characteristics of targets. The preferred application of the invention is the measurement of the polarization matrix of radar targets on models.
Известна измерительная установка для измерения «нелинейных» радиолокационных характеристик целей (RU пат. № 2265230 G01R 29/08, G01S 13/04, Бюл. № 33 от 27.11.2005 г.). Это устройство содержит задающий генератор, полосовой фильтр, передающую и приемную антенны, регистратор, последовательно соединенные усилитель, гетеродин и блок стабилизации частоты гетеродина. Между приемной антенной и регистратором последовательно соединены разделитель поляризаций и два параллельных приемных канала. Каждый канал состоит из последовательно соединенного смесителя и усилителя приемного канала. Выходы усилителей присоединены к соответствующим входам регистратора, а вторые их выходы подключены к фазовому детектору, выход которого подключен к регистратору. Между задающим генератором и полосовым фильтром введен направленный ответвитель. К боковому выходу направленного ответвителя последовательно подключены усилитель и блок стабилизации частоты гетеродина. Передающая антенна выполнена круговой поляризации излучения. Два выхода гетеродина подключены к смесителям соответствующих приемных каналов, третий выход - к блоку стабилизации частоты, а выход полосового фильтра подсоединен к передающей антенне.A known measuring device for measuring "non-linear" radar characteristics of targets (RU Pat. No. 2265230 G01R 29/08, G01S 13/04, Bull. No. 33 of 11/27/2005). This device contains a master oscillator, a bandpass filter, a transmitting and receiving antenna, a recorder, a serially connected amplifier, a local oscillator, and a local oscillator frequency stabilization unit. Between the receiving antenna and the recorder, a polarization separator and two parallel receiving channels are connected in series. Each channel consists of a series-connected mixer and an amplifier of the receiving channel. The outputs of the amplifiers are connected to the corresponding inputs of the recorder, and their second outputs are connected to a phase detector, the output of which is connected to the registrar. A directional coupler is introduced between the master oscillator and the bandpass filter. An amplifier and a local oscillator frequency stabilization unit are connected in series to the lateral output of the directional coupler. The transmitting antenna is made of circularly polarized radiation. Two local oscillator outputs are connected to the mixers of the respective receiving channels, the third output is connected to the frequency stabilization unit, and the output of the bandpass filter is connected to the transmitting antenna.
Это установка не позволяет измерять полную поляризационную матрицу и для измерения комплексных элементов требуется большая дальность до цели для создания условий измерений, близких к условиям измерения в дальней зоне антенны, что приводит к увеличению потенциала установки, размеру измерительной площадки и материальным затратам.This setup does not allow the measurement of the total polarization matrix, and for measuring complex elements, a large range to the target is required to create measurement conditions that are close to the measurement conditions in the far zone of the antenna, which leads to an increase in the setup potential, the size of the measuring platform and material costs.
Известный одноантенный измеритель обратного рассеяния (СССР авт.св. № 302810, H03J 5/00, Бюл. № 15 от 28.04.71) содержит генератор, основной и опорный каналы, поляризатор, устройство разделения и регистрации падающих и радиоволн вторичного излучения целью и приемопередающую антенну. Устройство разделения излучаемых антенной и переотраженных целью радиоволн выполнено в виде волноводного направленного разделителя поляризаций с основной линией квадратного или круглого сечения и с двумя боковыми линиями прямоугольного сечения. Широкие стенки боковых волноводов взаимно перпендикулярны. Измеритель обратного рассеяния предназначен для измерения поляризационной матрицы М цели при закреплении цели на жесткой опоре.The well-known single-antenna backscattering meter (USSR autosw. No. 302810, H03J 5/00, Bull. No. 15 dated 04/28/71) contains a generator, a main and reference channels, a polarizer, a device for separating and recording incident and secondary radiation waves from the target and transmitting the antenna. A device for separating radio waves emitted by the antenna and reflected by the target is made in the form of a waveguide directional polarization separator with a main line of square or circular cross section and with two lateral lines of rectangular cross section. The wide walls of the side waveguides are mutually perpendicular. The backscatter meter is designed to measure the polarization matrix M of the target when fixing the target on a rigid support.
Матричное уравнение (1), связывающее две ортогональные компоненты падающих на цель радиоволн с соответствующими компонентами вторичного излучения целью радиоволн, имеет видMatrix equation (1), connecting two orthogonal components of the incident radio waves with the corresponding components of the secondary radiation, the target of the radio waves, has the form
где Ei,x и Ei,y - ортогональные компоненты падающих на цель радиоволн;where Ei, x and Ei, y are the orthogonal components of the radio waves incident on the target;
Er,х и Er,y - ортогональные компоненты вторичного излучения целью радиоволны;Er, x and Er, y are the orthogonal components of the secondary radiation by the target of the radio wave;
a·expiφxx, b·expiφxy, c·expiφyx и d·expiφyy - элементы поляризационной матрицы;a · expiφ xx , b · expiφ xy , c · expiφ yx and d · expiφ yy are elements of the polarization matrix;
a, b, с и d - модули элементов поляризационной матрицы;a, b, c and d are the modules of the elements of the polarization matrix;
φуу, φхх, φух и φху - аргументы элементов поляризационной матрицы.φ yy , φ xx , φ yh and φ xy are the arguments of the elements of the polarization matrix.
Матрица М, модули которой откалиброваны в значениях эффективной поверхности рассеяния - σ (ЭПР), записывается в видеThe matrix M, whose modules are calibrated in the values of the effective scattering surface - σ (EPR), is written as
где σуу, σxx и σух, σху - эффективные поверхности рассеяния цели при параллельном и ортогональном приеме вторичного излучения целью радиоволн в заданном поляризационном базисе.σ yy where, σ xx yi and σ, σ xy - Effective surface scattering target in parallel and orthogonal to the reception of the secondary radiation of radio waves in a predetermined order polarization basis.
Поляризационная матрица симметрична, если передающая и приемная антенны совмещены. В этом случае элементы матрицы √σух, expiφух и √σxy, expiφxy равны и матрица рассеяния (2) принимает видThe polarization matrix is symmetrical if the transmit and receive antennas are combined. In this case, the matrix elements √σ yi, expiφ yx and √σ xy, expiφ xy equal and the scattering matrix (2) takes the form
Это устройство измеряет полную поляризационной матрицу, но для измерения комплексных элементов требуется большая дальность до цели для создания условий измерений, близких к условиям измерения в дальней зоне антенны, что требует увеличить потенциал установки, размер измерительной площадки и материальные затраты.This device measures the full polarization matrix, but for measuring complex elements, a large range to the target is required to create measurement conditions close to the measurement conditions in the far zone of the antenna, which requires increasing the installation potential, the size of the measuring platform and material costs.
Известно устройство, позволяющее существенно сократить необходимое расстояние до цели. Этим устройством является коллиматор, выполненный в виде линзовой антенны с линзой с одной внутренней преломляющей поверхностью (Майзельс Е.Н., Торгованов В.А., Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей, М., Сов. радио, 1972, с.59, рис. 3.1.а). Линза с одной внутренней преломляющей поверхностью приближает фазовое распределение электромагнитного поля в раскрыве к фазовому распределению в плоской электромагнитной волне, но увеличивает неоднородность амплитудного распределения облучателя, что ведет к большим погрешностям измерения, к уменьшению потенциала измерительной установки и динамического диапазона измерений.A device is known that can significantly reduce the required distance to the target. This device is a collimator made in the form of a lens antenna with a lens with one internal refracting surface (Mayzels E.N., Torganov A.A., Measurement of scattering characteristics of radar targets, M., Sov. Radio, 1972, p. 59, fig. . 3.1.a). A lens with one internal refracting surface approximates the phase distribution of the electromagnetic field in the aperture to the phase distribution in a plane electromagnetic wave, but increases the inhomogeneity of the amplitude distribution of the irradiator, which leads to large measurement errors, to a decrease in the potential of the measuring setup and the dynamic range of measurements.
Амплитудное распределение поля в раскрыве линзы не совпадает с угловым амплитудным распределением поля ее облучателя. При прохождении энергии через линзу вследствие неодинаковости углов преломления для различных лучей происходит изменение ширины элементарных пучков лучей до и после прохождения лучом преломляющей поверхности линзы.The amplitude distribution of the field in the aperture of the lens does not coincide with the angular amplitude distribution of the field of its irradiator. When energy passes through the lens due to the different angles of refraction for different rays, the width of the elementary beam beams changes before and after the beam passes through the refractive surface of the lens.
Для линзы с внутренней преломляющей поверхностью элементарные пучки, падающие на преломляющую поверхность, расширяются (фиг.1), что приводит к увеличению спада амплитудного распределения от оси линзы к краям, в то же время для линзы с внешней преломляющей поверхности элементарные пучки, падающие на преломляющую поверхность, сужаются (фиг.2), тем самым увеличивают амплитуду в амплитудном распределение на краях линзы и компенсируют спад амплитуды, вызванный диаграммой направленности облучателя.For a lens with an internal refracting surface, the elementary beams incident on the refracting surface expand (Fig. 1), which leads to an increase in the decay of the amplitude distribution from the axis of the lens to the edges, while for a lens with an external refracting surface, the elementary beams incident on the refracting the surface is narrowed (figure 2), thereby increasing the amplitude in the amplitude distribution at the edges of the lens and compensate for the decrease in amplitude caused by the radiation pattern of the irradiator.
На фиг.1 и 2 введены обозначения: f - фокусное расстояние линзы; t - толщина линзы; α - угол, под которым луч выходит из раскрыва облучателя; r - луч, падающий на преломляющую поверхность линзы под углом α; θ - угол, образованный лучом r и перпендикуляром в точке его падения на преломляющую поверхность линзы; у и х - координаты декартовой системы координат с центром в фазовом центре облучателя; y1 и x1 - координаты декартовой системы координат с центром в точке падения луча r на преломляющую поверхность линзы.Figures 1 and 2 introduced the notation: f is the focal length of the lens; t is the thickness of the lens; α is the angle at which the beam leaves the aperture of the irradiator; r is the beam incident on the refractive surface of the lens at an angle α; θ is the angle formed by the beam r and the perpendicular at the point of its incidence on the refractive surface of the lens; y and x are the coordinates of the Cartesian coordinate system with the center in the phase center of the irradiator; y 1 and x 1 are the coordinates of the Cartesian coordinate system with the center at the point of incidence of the ray r on the refractive surface of the lens.
На фиг.3 приведены рассчитанные графики относительного углового распределения потока мощности Р(α) на внешней поверхности линзы с внутренней (пунктирная кривая) и внешней (сплошная кривая) преломляющей поверхностью, выполненные из пенопласта ПС-1 с диэлектрической постоянной, равной 1,1. Распределение потока мощности Р(α) облучателя обозначено штрихпунктирной линией. Графики подтверждают, что линза с внутренней преломляющей поверхностью увеличивает амплитудную неоднородность, а линза с внешней преломляющей поверхностью уменьшает амплитудную неоднородность в раскрыве.Figure 3 shows the calculated graphs of the relative angular distribution of the power flux P (α) on the outer surface of the lens with an internal (dashed curve) and external (solid curve) refractive surface made of PS-1 foam with a dielectric constant of 1.1. The distribution of the power flux P (α) of the irradiator is indicated by a dash-dot line. The graphs confirm that a lens with an internal refractive surface increases the amplitude heterogeneity, and a lens with an external refractive surface reduces the amplitude heterogeneity in the aperture.
У линзы с одной внешней преломляющей поверхностью, выполненной из пенопласта РС-1, коэффициент использования раскрыва в два раза больше по сравнению с линзой с одной внутренней преломляющей поверхностью. При одинаковых размерах амплитудной неоднородности в раскрывах линз с внутренней и внешней преломляющей поверхностью последняя имеет фокусное расстояние в 2-3 раза меньше, что увеличивает потенциал измерительной установки на 12-19 дБ по сравнению с установкой, снабженной линзой с внутренней преломляющей поверхностью.For a lens with one external refractive surface made of PC-1 foam, the opening utilization factor is two times higher than for a lens with one internal refractive surface. With the same size of the amplitude inhomogeneity in the apertures of lenses with an internal and external refracting surface, the latter has a focal length of 2–3 times less, which increases the potential of the measuring setup by 12–19 dB in comparison with a setup equipped with a lens with an internal refracting surface.
Технический результат изобретения - уменьшение размеров измерительной установки, увеличение ее потенциала и динамического диапазона измерений при прочих равных условиях.The technical result of the invention is to reduce the size of the measuring installation, increasing its potential and dynamic range of measurements, ceteris paribus.
На фиг.4 представлена структурная схема одноантенного измерителя. Одноантенный измеритель поляризационной матрицы содержит: 1 - передатчик (Прд); 2 - поляризатор (Пл); 3 - направленный разделитель поляризаций (НРП) с ортогональными Е и Н плечами; 4 - две переменные комплексные нагрузки (ПН); 5 - два амплифазометра (АФ); линзовую антенну, состоящую из облучателя 6 и линзы (Л) 7 с одной внешней преломляющей поверхностью.Figure 4 presents the structural diagram of a single-antenna meter. A single-antenna meter of the polarization matrix contains: 1 - transmitter (Prd); 2 - polarizer (Pl); 3 - directional polarization separator (NRP) with orthogonal E and H shoulders; 4 - two variable complex loads (PN); 5 - two ampliphase meters (AF); a lens antenna consisting of an irradiator 6 and a lens (L) 7 with one external refracting surface.
Выход передатчика 1 соединен с входами опорных сигналов амплифазометров 5 и с входом поляризатора 2. Выход поляризатора 2 соединен с входом основного плеча направленного разделителя поляризаций 3. Выход разделителя поляризаций 3 соединен с входом приемопередающей антенны. Ненаправленные выходы Е и Н боковых плеч разделителя поляризаций 3 соединены с соответствующими переменными нагрузками 4. Направленные выходы Е и Н боковых плеч разделителя поляризации 3 соединены с сигнальными входами соответствующих амплифазометров 5.The output of the transmitter 1 is connected to the inputs of the reference signals of the ampliometers 5 and to the input of the
Приемопередающая антенна выполнена линзовой из облучателя 6 и линзы 7. Линза 7 выполнена с одной внешней преломляющей поверхностью.The transceiver antenna is made lens of the irradiator 6 and lens 7. Lens 7 is made with one external refracting surface.
Одноантенный измеритель работает следующим образом. СВЧ-сигнал передатчика 1 поступает на вход поляризатора 2, небольшая часть СВЧ-сигнала поступает на входы опорных сигналов амплифазометров 5, необходимых для измерения фаз. Поляризатор 2 преобразует волну с вертикальной линейной поляризацией на его входе в волну с требуемой поляризацией на его выходе (горизонтальную, наклонную, с круговой поляризацией или не меняет поляризацию). С выхода поляризатора 2 СВЧ-сигнал поступает на облучатель 6, а с его выхода - на внутреннюю непреломляющую поверхность линзы 8. На внешней преломляющей поверхности линзы формируется электромагнитное поле с равномерными распределениями амплитуды и фазы, которым облучается модель цели. Отражения СВЧ-сигнала от частей СВЧ-тракта, облучателя и линзы (местных предметов) компенсируются до уровня шумов супергетеродинных приемников амплифазометров с помощью комплексных переменных нагрузок 4. С помощью нагрузок изменяют амплитуду и фазу отраженных от них сигналов. После чего перед линзой помещают измеряемую модель. Вторичное излучение модели цели через линзу и облучатель поступает на выход основного плеча НРП 3, а из него - на направленные выходы Е (вертикальной поляризации) и Н (горизонтальной поляризации) боковых плеч. С выходов Е и Н боковых плеч НРП 3 сигнал поступает на входы соответствующих амплифазометров 5.Single-antenna meter works as follows. The microwave signal of the transmitter 1 is fed to the input of the
Передатчик 1 выполнен непрерывного излучения. Поляризатор 2 имеет вход прямоугольного волновода, переходящего в круглый волновод. В круглом волноводе имеются две четвертьволновые вставки, одна из которых преобразует вертикальную поляризацию волны в волну с круговой поляризацией, а вторая - круговую поляризацию в линейную с требуемым наклоном плоскости поляризации. Круглый волновод поляризатора переходит в квадратный. Основное плечо направленного разделителя поляризации 3 имеет квадратное сечение, а боковые плечи выполнены на волноводах прямоугольного сечения. Комплексные переменные нагрузки 4 выполнены на волноводе прямоугольного сечения с изменением амплитуды и фазы отраженного СВЧ-сигнала. Амплифазометры выполнены с супергетеродинными приемниками, фазовыми и амплитудными детекторами и регистраторами фаз и амплитуд. Облучатель 6 выполнен в виде рупора. Линза 7 выполнена из пенопласта с одной внешней преломляющей поверхностью.The transmitter 1 is made of continuous radiation.
Пример выполнения одноантенного измерителя поляризационной матрицыAn example of the implementation of a single-antenna meter polarization matrix
Генератор 1 работает на волне 3,2 см, его мощность 2 Вт, стабильность несущей частоты - одна десятимиллионная, которая сохраняется в течение 30 минут. Диаметр круглого волновода поляризатора 23 мм. Сечение основного плеча НРП 3 квадратное 20×20 мм, боковые Е и Н плечи выполнены на прямоугольном волноводе с сечением 23×10 мм. Раскрыв облучателя равен 6,4 см. Линза выполнена из пенопласта ПС-1 с одной внешней преломляющей поверхностью, диаметр линзы 150 см и фокусное расстояние 200 см. Комплексные переменные нагрузки выполнены на волноводе прямоугольного сечения 23×10 мм с возможностью изменения амплитуды в 20 раз и фазы на 2π отраженного СВЧ-сигнала. Нагрузки обеспечивают компенсацию сигналов сторонних предметов на 60 дБ. В раскрыве линзы в пределах 50×50 см обеспечивается равномерное распределение: амплитуды с точностью 1 дБ и фазы - π/8.Generator 1 operates at a wavelength of 3.2 cm, its power is 2 watts, the stability of the carrier frequency is one ten millionth, which remains for 30 minutes. The diameter of the circular waveguide of the polarizer is 23 mm. The cross section of the main arm of the NRP 3 is square 20 × 20 mm, the lateral E and H shoulders are made on a rectangular waveguide with a cross section of 23 × 10 mm. The opening of the irradiator is 6.4 cm. The lens is made of PS-1 foam with one external refracting surface, the diameter of the lens is 150 cm and the focal length is 200 cm. Complex variable loads are made on a rectangular waveguide 23 × 10 mm with the possibility of changing the amplitude by 20 times and 2π phase of the reflected microwave signal. Loads provide 60 dB compensation for third-party object signals. In the aperture of the lens, a uniform distribution is ensured within 50 × 50 cm: amplitudes with an accuracy of 1 dB and phases - π / 8.
Технический результат изобретения достигнут. При заданных размерах поля 50×50 см с равномерными распределениями амплитуды и фазы уменьшены размеры площади под измеритель в два раза, его потенциал и динамический диапазон измерений увеличены на 8 дБ.The technical result of the invention is achieved. For a given field size of 50 × 50 cm with uniform amplitude and phase distributions, the area under the meter is reduced by half, its potential and the dynamic range of measurements are increased by 8 dB.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140059/09A RU2352952C1 (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Single-antenna measuring gauge of polarised matrix |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140059/09A RU2352952C1 (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Single-antenna measuring gauge of polarised matrix |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2352952C1 true RU2352952C1 (en) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007140059/09A RU2352952C1 (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Single-antenna measuring gauge of polarised matrix |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2352952C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2533298C1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-11-20 | Георгий Галиуллович Валеев | Device to measure dispersion matrix |
RU2598770C1 (en) * | 2015-09-07 | 2016-09-27 | Георгий Галиуллович Валеев | Radio-measuring plant for measuring radar cross-section of model of radar targets |
-
2007
- 2007-10-31 RU RU2007140059/09A patent/RU2352952C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МАЙЗЕЛЬС Е.Н. и др. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Советское радио, 1972, с.59, рис.3.1.а). * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2533298C1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-11-20 | Георгий Галиуллович Валеев | Device to measure dispersion matrix |
RU2598770C1 (en) * | 2015-09-07 | 2016-09-27 | Георгий Галиуллович Валеев | Radio-measuring plant for measuring radar cross-section of model of radar targets |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sarabandi et al. | Calibration of polarimetric radar systems with good polarization isolation | |
US9699678B2 (en) | Plane wave generation within a small volume of space for evaluation of wireless devices | |
CN105911531B (en) | A kind of device for phased array antenna field calibration | |
US7848896B2 (en) | Non-contact measurement system for accurate measurement of frequency and amplitude of mechanical vibration | |
CN107202942A (en) | A kind of free-space Method dielectric constant measurement system and measuring method for adding polarization grid | |
RU2620961C1 (en) | Method of determining the diagrams of the direction of the active phased antenna array | |
TWI540792B (en) | A far-field calibration system of an antenna arrary system | |
US10359373B2 (en) | Measuring device | |
CN109557043B (en) | System and method for detecting electromagnetic characteristics of object by using terahertz electromagnetic wave | |
RU2352952C1 (en) | Single-antenna measuring gauge of polarised matrix | |
Mao et al. | Digital beamforming and receiving array research based on Rydberg field probes | |
CN103884422A (en) | Quasi-optics type probe for terahertz near-field measurement, detection system and detection method | |
RU2516697C2 (en) | Method of aircraft bank measurement and device to this end | |
Sichelstiel et al. | Self-focusing array research model | |
EP3869616B1 (en) | Measurement system for measuring an angular error introduced by a radome and corresponding method | |
Henault et al. | Effects of mutual coupling on the accuracy of adcock direction finding systems | |
Francis et al. | Planar near-field measurements of low-sidelobe antennas | |
RU2530542C1 (en) | Method and device for measurement of angular height of object of search in surveillance non-linear radars | |
RU2584260C1 (en) | Radio-measuring unit for measuring radar cross-section of objects | |
Mizrakhy et al. | Investigation of polarization back-scattering characteristics of metal cube in sub-THz frequency range by the quasi-optical waveguide modeling method | |
Larsson et al. | Calibration methods for wideband forward RCS measurements | |
Zheng et al. | Mid-field calibration technique of active phased array antennas | |
RU2331895C1 (en) | Method and device for scattering matrix measuring | |
RU2716273C1 (en) | Direction finding method and device for implementation thereof | |
Corona et al. | A new technique for free-space permittivity measurements of lossy dielectrics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121101 |