RU2692125C1 - Method of determining amplitude-phase distribution in a phasing antenna array opening - Google Patents
Method of determining amplitude-phase distribution in a phasing antenna array opening Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692125C1 RU2692125C1 RU2018142063A RU2018142063A RU2692125C1 RU 2692125 C1 RU2692125 C1 RU 2692125C1 RU 2018142063 A RU2018142063 A RU 2018142063A RU 2018142063 A RU2018142063 A RU 2018142063A RU 2692125 C1 RU2692125 C1 RU 2692125C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna array
- phased antenna
- coordinate
- phase
- amplitude
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано для определения амплитудно-фазового распределения (АФР) в раскрыве фазированной антенной решетки (ФАР).The invention relates to the field of antenna technology and can be used to determine the amplitude-phase distribution (PRA) in the aperture of a phased antenna array (HEADLIGHT).
Известен способ определения АФР в раскрыве ФАР, основанный на измерении амплитуд и фаз поля на заданной поверхности, расположенной в ближней зоне ФАР при модуляции фазовых сдвигов на элементах ФАР [Методы измерения характеристик антенн СВЧ / Л.Н. Захарьев, А.А. Леманский, В.И. Турчин и др.; Под ред. Н.М. Цейтлина. - М.: Радио и связь, 1985, с. 312-319]. Этот способ реализуется путем поочередного изменения фаз сигналов, проходящих через элементы ФАР, от 0 до 360° и регистрации мощности сигнала, излучаемого с помощью измерительной вспомогательной антенны и принимаемого всей ФАР при каждом фазовом состоянии. Недостатком известного способа является трудность обеспечения высокой точности восстановления АФР, особенно в ФАР с большим числом элементов.There is a method for determining AFR in the aperture of HEADLIGHTS based on measuring the amplitudes and phases of the field on a given surface located in the near zone of the HEADLAMP with modulation of phase shifts on the HEADLAMPS [Methods for measuring the characteristics of microwave antennas / L.N. Zakharyev, A.A. Lemansky, V.I. Turchin et al .; Ed. N.M. Zeitlin. - M .: Radio and communication, 1985, p. 312-319]. This method is implemented by alternately changing the phases of the signals passing through the elements of the HEADLIGHTS from 0 to 360 ° and recording the power of the signal emitted by the measuring auxiliary antenna and received by the entire HEADLINE at each phase state. The disadvantage of this method is the difficulty of ensuring high accuracy of the restoration of PRA, especially in the HEADLIGHTS with a large number of elements.
В способе измерения амплитудно-фазового распределения поля фазированной антенной решетки [Авторское свидетельство СССР №1786452, МПК G01R 29/10, опубл. 07.01.93] предлагается повысить точность определения АФР за счет предварительной установки фазы принятого сигнала в канале каждого излучателя исследуемой ФАР. Предварительная установка фазы принятого сигнала осуществлялась путем L-кратной установки этой фазы по случайному закону, равномерно распределенному в пределах [-π; π]. Однако данный способ также имеет недостатки, суть которых заключается в необходимости сложной статистической обработки измеренных амплитуд и фаз суммарного сигнала, принятого ФАР, необходимости решения системы уравнений, а также необходимости точного взаимного расположения ФАР и зонда с учетом фазового центра зонда.In the method of measuring the amplitude and phase distribution of the field of a phased antenna array [USSR Author's Certificate No. 1786452, IPC G01R 29/10, publ. 01/07/93] it is proposed to improve the accuracy of determination of PRA by pre-setting the phase of the received signal in the channel of each radiator of the investigated PARAM. Pre-installation of the phase of the received signal was carried out by L-fold installation of this phase according to a random law, uniformly distributed within [-π; π]. However, this method also has drawbacks, the essence of which is the need for complex statistical processing of the measured amplitudes and phases of the total signal received by the HEADLIGHTS, the need to solve a system of equations, and the need for accurate relative positioning of the HEADLIGHT and the probe taking into account the phase center of the probe.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения диаграммы направленности фазированной антенной решетки [Патент RU 2343495 С2, МПК G01R 29/10, опубл. 10.01.2009], который выбран в качестве прототипа. В этом способе устранен недостаток, связанный с необходимостью точного взаимного расположения ФАР и зонда, например, благодаря использованию коллиматора, а также не требуется статистическая обработка измеренных амплитуд и фаз суммарного сигнала. Суть способа, заявленного в прототипе, заключается в приеме или излучении сигналов ФАР, изменении сдвигов фаз одного или нескольких элементов ФАР, измерении амплитуды и фазы сигнала, переданного или принятого вспомогательной антенной, определении из измеренных данных амплитуды и фазы возбуждения элементов и вычислении диаграммы направленности ФАР в соответствии с математической модельюThe closest in technical essence of the present invention is a method for determining the radiation pattern of a phased antenna array [Patent RU 2343495 C2, IPC G01R 29/10, publ. 10.01.2009], which is selected as a prototype. This method eliminates the drawback associated with the need for accurate relative positioning of the HEADLIGHT and the probe, for example, through the use of a collimator, and also does not require statistical processing of the measured amplitudes and phases of the total signal. The essence of the method stated in the prototype consists in receiving or emitting the PAR signal, changing the phase shifts of one or several PAR elements, measuring the amplitude and phase of the signal transmitted or received by the auxiliary antenna, determining the amplitude and phase of the excitation elements from the measured data, and calculating the PAR according to the mathematical model
где 
N - количество элементов фазированной антенной решетки.N is the number of elements of a phased antenna array.
Испытуемая ФАР располагается перед коллиматором в такой области, где излучаемое или принимаемое электромагнитное поле представляет собой плоскую волну, параллельно фронту плоской волны таким образом, чтобы электрические длины путей от элементов ФАР до входа измерительной аппаратуры были одинаковы, а измеренные значения амплитуды и фазы сигнала, переданного или принятого вспомогательной антенной, непосредственно используются для восстановления диаграммы направленности в соответствии с вышеупомянутой математической моделью.The test HEADLAMP is located in front of the collimator in a region where the radiated or received electromagnetic field is a plane wave, parallel to the front of the plane wave so that the electrical path lengths from the PAR elements to the input of the measuring equipment are the same, and the measured values of the amplitude and phase of the signal transmitted or adopted by the auxiliary antenna, directly used to restore the radiation pattern in accordance with the above mathematical model.
Определение из измеренных данных амплитуд и фаз возбуждения элементов в прототипе осуществляется решением системы линейных уравнений с использованием ДН элемента ФАР. Совокупность амплитуд и фаз возбуждения элементов ФАР, полученная в прототипе, составляет АФР на раскрыве ФАР.The determination of the measured amplitudes and phases of the excitation elements in the prototype is carried out by solving a system of linear equations using the DN element of the HEADLAMP. The set of amplitudes and phases of excitation of elements of the HEADLIGHTS obtained in the prototype, is AFR on the aperture of the HEADLIGHT.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1. В прототипе в процессе измерений требуется перебор всех фазовых состояний каждого фазовращателя, что ведет к значительному увеличению времени измерений.1. In the prototype in the measurement process requires the enumeration of all phase states of each phase shifter, which leads to a significant increase in the measurement time.
2. Для выполнения операции определения из измеренных данных амплитуд и фаз возбуждения элементов ФАР (операции определения АФР) необходимо решать систему линейных уравнений большого порядка, что требует значительного времени обработки.2. To perform the operation of determining, from the measured data, the amplitudes and phases of excitation of the elements of the HEADLIGHTS (operations for determining PRA), it is necessary to solve a system of linear equations of large order, which requires considerable processing time.
3. При определении АФР (амплитуд и фаз возбуждения элементов) используется ДН одного элемента ФАР, что является источником дополнительных ошибок.3. In determining PRA (amplitudes and phases of excitation of elements), the DN of one element of the HEADLAM is used, which is a source of additional errors.
Задачей изобретения является достижение возможности определения АФР ФАР, в различных условиях проведения измерений.The objective of the invention is to achieve the possibility of determining the AFR HEADLIGHT, in various conditions of measurement.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности и уменьшение времени определения АФР в раскрыве ФАР.The technical result of the proposed method is to improve the accuracy and reduce the time of determination of PRA in the aperture of the HEADLIGHT.
Сущность предлагаемого способа определения амплитудно-фазового распределения в раскрыве фазированной антенной решетки включает прием или излучение сигналов фазированной антенной решеткой, при этом сигналы переносятся электромагнитным полем, изменение сдвигов фаз сигналов, проходящих через один или несколько элементов фазированной антенной решетки, измерение измерительной аппаратурой амплитуды и фазы сигнала переданного или принятого вспомогательной антенной, определение из измеренных данных амплитуды и фазы возбуждения элементов, при этом фазированная антенная решетка располагается в такой области, где излучаемое или принимаемое электромагнитное поле представляет собой плоскую электромагнитную волну.The essence of the proposed method for determining the amplitude-phase distribution in the aperture of a phased antenna array includes receiving or emitting signals from a phased antenna array, while the signals are transferred by an electromagnetic field, changing phase shifts of signals passing through one or more elements of a phased antenna array, measuring the amplitude and phase with measuring equipment the signal transmitted or received by the auxiliary antenna, the definition of the measured amplitude and phase of the excitation element In this case, the phased antenna array is located in an area where the radiated or received electromagnetic field is a flat electromagnetic wave.
Новым в заявляемом изобретении является то, что электрические длины путей от элементов фазированной антенной решетки до входа измерительной аппаратуры произвольны, плоскость раскрыва фазированной антенной решетки располагают под углом относительно фронта плоской электромагнитной волны, до начала измерений определяют расстояния Tu и Tν в системе координат (u, ν), задают набор из Р направлений луча с координатами (us, νs), охватывающий в системе координат (u, ν) прямоугольную область, длина которой по координате и составляет Tu, а длина по координате v составляет 2*Tν, при этом направления луча располагают в этой области по сетке с шагами Δu и Δν, меньше или равными λ/Lx и λ/Ly соответственно, изменяют сдвиги фаз сигналов, проходящих через элементы фазированной антенной решетки, устанавливая луч фазированной антенной решетки в одно из направлений набора, и измеряют амплитуду Fs и фазу ψs сигнала, затем операции повторяют, каждый раз устанавливая луч фазированной антенной решетки последовательно в остальные направления, определяют амплитудно-фазовое распределение (An, ϕn) на раскрыве фазированной антенной решетки по выражению:New in the claimed invention is that the electrical lengths of the paths from the phased antenna array elements to the measuring equipment input are arbitrary, the aperture plane of the phased antenna array is positioned at an angle relative to the front of the plane electromagnetic wave, before the measurements start they determine the distances T u and T ν in the coordinate system ( u, ν), define a set of P beam directions with coordinates (u s , ν s ), covering in the coordinate system (u, ν) a rectangular area whose length along the coordinate is T u , and the length the ordinate v is 2 * T ν , while the beam directions are located in this area along the grid with steps Δu and Δν less than or equal to λ / L x and λ / L y, respectively, change the phase shifts of the signals passing through the elements of a phased antenna array, setting the beam of the phased antenna array in one of the directions of dialing, and measuring the amplitude F s and phase ψ s of the signal, then repeating the operations, each time setting the beam of the phased antenna array successively in the other directions, determining the amplitude-phase distribution (A n , ϕ n ) on rask the phased antenna array in terms of:
гдеWhere
Tu=λ/dx - расстояние по координате u;T u = λ / d x - the distance in the coordinate u;
Tv=λ/dy - расстояние по координате ν;T v = λ / d y is the distance in the coordinate ν;
dx - расстояние между элементами фазированной антенной решетки по координате х;d x - the distance between the elements of the phased antenna array in the x coordinate;
dy - расстояние между элементами фазированной антенной решетки по координате у,d y - the distance between the elements of the phased antenna array in the y coordinate,
An - амплитуда возбуждения элемента с номером n;A n - the amplitude of excitation of the element with the number n;
ϕn - фаза возбуждения элемента с номером n;ϕ n - the phase of excitation of the element with the number n;
n - номер элемента в раскрыве фазированной антенной решетки;n is the element number in the aperture of the phased antenna array;
s - номер направления луча;s is the number of the direction of the beam;
Р - количество направлений луча;P is the number of directions of the beam;
us, νs - направление луча с номером s в системе координат (u, ν);u s , ν s is the direction of the ray with the number s in the coordinate system (u, ν);
u=sin(θ)cos(ϕ);u = sin (θ) cos (ϕ);
ν=sin(θ)sin(ϕ);ν = sin (θ) sin (ϕ);
θ, ϕ - угловые координаты в сферической системе координат;θ, ϕ - angular coordinates in a spherical coordinate system;
uc=sin(θc)cos(ϕc);u c = sin (θ c ) cos (ϕ c );
νc=sin(θc)sin(ϕc);ν c = sin (θ c ) sin (ϕ c );
θc - угол между плоскостью раскрыва фазированной антенной решетки и фронтом плоской электромагнитной волны по координате θ;θ c is the angle between the aperture plane of the phased antenna array and the front of a plane electromagnetic wave along the coordinate θ;
ϕc - угол между плоскостью раскрыва фазированной антенной решетки и фронтом плоской электромагнитной волны по координате ϕ;ϕ c is the angle between the aperture plane of the phased antenna array and the front of a plane electromagnetic wave along the coordinate ϕ;
Δu, Δν - шаг сетки направлений луча в системе координат (u, ν),Δu, Δν - step grid of the directions of the beam in the coordinate system (u, ν),
Lx - длина фазированной антенной решетки по координате х;L x - the length of the phased antenna array in the x coordinate;
Ly - длина фазированной антенной решетки по координате у;L y - the length of the phased antenna array along the y coordinate;
Fs - амплитуда сигнала, измеренная при направлении луча (us, νs);F s is the signal amplitude measured with the direction of the beam (u s , ν s );
ψs - фаза сигнала, измеренная при направлении луча (us, νs);ψ s is the phase of the signal, measured with the direction of the beam (u s , ν s );
xn, yn - координаты элемента с номером n в раскрыве фазированной антенной решетки;x n , y n - the coordinates of the element with the number n in the aperture of the phased antenna array;
k=2π/λ - волновое число;k = 2π / λ is the wave number;
λ - длина волны сигнала в свободном пространстве.λ is the wavelength of a signal in free space.
Согласно предлагаемому способу для определения АФР требуется измерить амплитуды и фазы сигнала. Совокупность измеренных по предлагаемому способу значений амплитуд и фаз сигнала является «множителем направленности» ФАР [Марков Г.Т, Сазонов Д.М. Антенны - М.: Энергия, 1975, с. 307-310]. АФР в раскрыве плоской ФАР и ее множитель направленности связаны между собой посредством двумерного преобразования Фурье. Аналогичную математическую связь имеют также временные зависимости двумерных сигналов и их двумерные частотные спектры [Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - с. 49].According to the proposed method, to determine the PRA, it is required to measure the amplitudes and phases of the signal. The totality of the amplitudes and phases of the signal measured by the proposed method is the “directional multiplier” of the HEADLIGHTS [G. T., Sazonov D.M. Antennas - M .: Energy, 1975, p. 307-310]. The PRA in the aperture of the flat phased array and its directional multiplier are interconnected by means of a two-dimensional Fourier transform. The time dependences of two-dimensional signals and their two-dimensional frequency spectra have a similar mathematical connection [D. Dadzhion, R. Mercero. Digital processing of multidimensional signals: Trans. from English - M .: Mir, 1988. - p. 49].
Для сигналов с ограниченным спектром справедлива теорема Котельникова (теорема отсчетов): если наивысшая частота в спектре функции s(t) меньше, чем ƒв, то функция s(t) полностью определяется последовательностью своих значений в моменты, отстоящие друг от друга не более чем на 1/(2ƒв) [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986. - с. 59.].For signals with a limited spectrum, the Kotelnikov theorem (the sampling theorem) is valid: if the highest frequency in the spectrum of the function s (t) is less than ƒв, then the function s (t) is completely determined by the sequence of its values at times not more than 1 / (2ƒ c ) [Gonorovsky I.S. Radio engineering circuits and signals: Textbook for universities. - 4th ed., Pererab. and add. - M .: Radio and communication, 1986. - p. 59.].
В применении к антенной технике это означает, что если размеры раскрыва ФАР составляют Lx и Ly, то АФР в раскрыве полностью определяется последовательностями значений двумерного множителя направленности в прямоугольной области пространства, размеры которой в системе координат (u, ν) составляют Tu и 2*Tν, где Tu=λ/dx; Tν=λ/dy. При этом значения множителя направленности отстоят друг от друга в системе координат (u, ν) не более чем на Δu≤λ/Lx и Δν≤λ/Ly.As applied to antenna technology, this means that if the dimensions of the opening of the HEADLIGHTS are L x and L y , the PRA in the aperture is completely determined by the sequence of values of the two-dimensional directional multiplier in a rectangular area of space, whose dimensions in the coordinate system (u, ν) are T u and 2 * T ν , where T u = λ / d x ; T ν = λ / d y . In this case, the values of the directivity multiplier are separated from each other in the coordinate system (u, ν) by no more than Δu≤λ / L x and Δν≤λ / L y .
На Фиг. 1. приведен один из вариантов реализации схемы измерений,FIG. 1. shows one of the options for implementing the measurement scheme,
где:Where:
1 - ФАР;1 - HEADLIGHT;
2 - компьютер;2 - computer;
3 - коммутатор сверхвысокой частоты;3 - ultra high frequency switch;
4 - генератор сигнала сверхвысокой частоты;4 - ultra high frequency signal generator;
5 - вспомогательная антенна;5 - auxiliary antenna;
6 - измерительная аппаратура;6 - measuring equipment;
7 - блок управления ФАР.7 - headlight control unit.
На Фиг. 2 приведен пример раскрыва плоской фазированной антенной решетки.FIG. 2 shows an example of aperture of a flat phased antenna array.
На Фиг. 3 приведен пример измеренных значений амплитуд сигнала в Р направлениях луча для плоской ФАР, приведенной на Фиг. 2. Окружность указывает границу области видимости ФАР.FIG. 3 shows an example of the measured values of the signal amplitudes in the P directions of the beam for a flat headlight shown in FIG. 2. The circle indicates the boundary of the HEADLARE scope.
На Фиг. 4 приведен пример амплитудного распределения на раскрыве плоской фазированной антенной решетки, определенного по измеренным амплитудам и фазам сигнала.FIG. 4 shows an example of the amplitude distribution on the aperture of a flat phased antenna array, determined from the measured amplitudes and phases of the signal.
На Фиг. 5 приведен пример фазового распределения на раскрыве плоской фазированной антенной решетки, определенного по измеренным амплитудам и фазам сигнала.FIG. 5 shows an example of the phase distribution on the aperture of a flat phased antenna array, determined from the measured amplitudes and phases of the signal.
В режиме работы ФАР (1) на прием определение АФР в раскрыве ФАР осуществляется следующим образом.In the FAR mode of operation (1), the definition of PRA in the FAR opening is as follows.
До начала измерений по известным значениям расстояний между элементами раскрыва ФАР по координатам х и y (dx, dy) определяют расстояния Tu и Tν между точками в системе координат (u, ν) для того, чтобы ограничить область измерений. Затем набор из Р направлений луча задают координатами (us, νs), которые лежат внутри границы области измерений.Prior to the start of measurements, the distances T u and T ν between the points in the coordinate system (u, ν) in order to limit the measurement range are determined by the known values of the distances between the elements of the OPEN OPENING in the x and y coordinates (d x , d y ). Then a set of P beam directions is given by the coordinates (u s , ν s ), which lie inside the boundary of the measurement area.
ФАР (1) до начала измерений располагается фиксировано относительно фронта плоской электромагнитной волны, в процессе измерений ФАР остается неподвижной. При этом у ФАР электрические длины путей от различных элементов ФАР до входа измерительной аппаратуры могут быть неодинаковы.The HEADLIGHT (1) is fixed relative to the front of a plane electromagnetic wave before the measurements begin, the PHAR remains stationary during the measurements. At the same time, at the HEADLIGHTS the electrical lengths of the paths from the various elements of the HEADLIGHTS to the input of the measuring apparatus may be different.
Компьютер (2) дает команду коммутатору (3) пропускать сигнал от генератора (4) на вспомогательную антенну (5), а сигнал, принятый ФАР (1), передавать на измерительную аппаратуру (6).The computer (2) instructs the switch (3) to pass the signal from the generator (4) to the auxiliary antenna (5), and transmit the signal received by the HEADLAMP (1) to the measuring equipment (6).
С помощью генератора (4) генерируется сигнал, который проходит через коммутатор (3) и непрерывно излучается в пространство с помощью вспомогательной антенны (5). Сигнал в пространстве представляет собой электромагнитную волну. Вспомогательная антенна (5) обеспечивает формирование в области расположения ФАР (1) плоского фронта этой электромагнитной волны.Using the generator (4), a signal is generated that passes through the switch (3) and is continuously radiated into space using an auxiliary antenna (5). The signal in space is an electromagnetic wave. The auxiliary antenna (5) ensures the formation in the area of the HEADLAMP (1) of the flat front of this electromagnetic wave.
Устанавливают луч ФАР (1) с помощью блока управления ФАР (7) и фазовращателей в заранее заданное направление и принимают сигнал, пришедший от вспомогательной антенны (5). Сигнал от ФАР через коммутатор (3) поступает на измерительную аппаратуру (6), которая измеряет амплитуду и фазу сигнала и запоминает их.The beam of the HEADLIGHT (1) is installed using the headlight control unit (7) and phase shifters in a predetermined direction and receives the signal from the auxiliary antenna (5). The signal from the HEADLIGHTS through the switch (3) enters the measuring equipment (6), which measures the amplitude and phase of the signal and stores them.
Затем луч ФАР устанавливают в следующее из заранее заданных направлений и повторяют измерения. Перечисленные действия повторяют для всех заданных направлений луча, при этом некоторые направления луча выходят за границы области видимости ФАР, приведенной на Фиг. 3 (окружность). Затем амплитуды и фазы сигнала, измеренные при каждом направлении луча, поступают в компьютер (2), где определяют амплитудно-фазовое распределение (An, ϕn) на раскрыве фазированной антенной решетки по выражению:Then the beam of the HEADLAMP is installed in the next of the predetermined directions and repeat the measurement. These actions are repeated for all given directions of the beam, while some directions of the beam go beyond the scope of the HEADLIGHTS shown in FIG. 3 (circle). Then the amplitude and phase of the signal measured at each beam direction are supplied to a computer (2), which define the amplitude-phase distribution (A n, φ n) at the aperture phased antenna array according to the expression:
гдеWhere
An - амплитуда возбуждения элемента с номером n;A n - the amplitude of excitation of the element with the number n;
ϕn - фаза возбуждения элемента с номером n;ϕ n - the phase of excitation of the element with the number n;
n - номер элемента в раскрыве фазированной антенной решетки;n is the element number in the aperture of the phased antenna array;
s - номер направления луча;s is the number of the direction of the beam;
Р - количество направлений луча;P is the number of directions of the beam;
us, νs - направление луча с номером s в системе координат (u, ν);u s , ν s is the direction of the ray with the number s in the coordinate system (u, ν);
u=sin(θ)cos(ϕ);u = sin (θ) cos (ϕ);
ν=sin(θ)sin(ϕ);ν = sin (θ) sin (ϕ);
θ, ϕ - угловые координаты в сферической системе координат;θ, ϕ - angular coordinates in a spherical coordinate system;
uc=sin(θc)cos(ϕc);u c = sin (θ c ) cos (ϕ c );
νc=sin(θc)sin(ϕc);ν c = sin (θ c ) sin (ϕ c );
θc - угол между плоскостью раскрыва фазированной антенной решетки и фронтом плоской электромагнитной волны по координате θ;θ c is the angle between the aperture plane of the phased antenna array and the front of a plane electromagnetic wave along the coordinate θ;
ϕc - угол между плоскостью раскрыва фазированной антенной решетки и фронтом плоской электромагнитной волны по координате ϕ;ϕ c is the angle between the aperture plane of the phased antenna array and the front of a plane electromagnetic wave along the coordinate ϕ;
Δu, Δν - шаг сетки направлений луча в системе координат (u, ν),Δu, Δν - step grid of the directions of the beam in the coordinate system (u, ν),
Lx - длина фазированной антенной решетки по координате х;L x - the length of the phased antenna array in the x coordinate;
Ly - длина фазированной антенной решетки по координате y;L y - the length of the phased antenna array along the y coordinate;
Fs- амплитуда сигнала, измеренная при направлении луча (us, νs);F s is the signal amplitude measured with the direction of the beam (u s , ν s );
ψs - фаза сигнала, измеренная при направлении луча (us, νs);ψ s is the phase of the signal, measured with the direction of the beam (u s , ν s );
xn, yn - координаты элемента с номером n в раскрыве фазированной антенной решетки;x n , y n - the coordinates of the element with the number n in the aperture of the phased antenna array;
k=2π/λ - волновое число;k = 2π / λ is the wave number;
λ - длина волны сигнала в свободном пространстве.λ is the wavelength of a signal in free space.
Предлагаемый способ в случае излучения сигнала ФАР может быть осуществлен аналогичным образом. Компьютер (2) дает команду коммутатору (3) пропускать сигнал от генератора сигнала на ФАР (1), а сигнал, принятый вспомогательной антенной (5), передавать на измерительную аппаратуру (6). При этом сигнал излучается самой ФАР (1) и принимается вспомогательной антенной. Измерения амплитуд и фаз сигнала на передачу проводят по тем же операциям, что и на прием.The proposed method in the case of radiation signal PARA can be carried out in a similar way. The computer (2) instructs the switch (3) to pass the signal from the signal generator to the HEADLAMP (1), and transmit the signal received by the auxiliary antenna (5) to the measuring equipment (6). In this case, the signal is emitted by the PAR (1) itself and is received by the auxiliary antenna. Measurements of amplitudes and phases of a signal for transmission are carried out according to the same operations as for receiving.
В процессе проведения измерений плоский фронт электромагнитной волны может быть сформирован как посредством использования коллиматора, так и удалением вспомогательной антенны в дальнюю зону ФАР. Главным условием в заявляемом изобретении является формирование плоского фронта электромагнитной волны в области расположения ФАР.In the process of measuring, a flat front of an electromagnetic wave can be formed either by using a collimator, or by removing the auxiliary antenna to the far zone of the HEADLIGHT. The main condition in the claimed invention is the formation of a flat electromagnetic wave front in the area of the HEADLIGHTS.
Приведем пример определения АФР, плоской ФАР с прямоугольным раскрывом, приведенной на Фиг. 2. При этом плоскость раскрыва ФАР расположена под углом θc=35°, ϕc=38° относительно фронта плоской электромагнитной волны. Длина ФАР по координате X составляет Lx=12λ, длина ФАР по координате Y составляет Ly=6λ. Шаги сетки измерений амплитуды и фазы сигнала выбираем равными Δu=(1/12.5), Δν=(1/6.5). Задаем количество измерений сигналов Р при отклонениях луча во всей области измерений с учетом ее прямоугольной формы и размеров в системе координат (u, ν): Р=25*25=625. Измеренные значения амплитуд сигнала приведены на Фиг. 3. Согласно формуле изобретения определяем АФР по выражению:Let us give an example of the definition of AFR, a flat phased array with a rectangular opening, shown in FIG. 2. At the same time, the aperture plane of the HEADLIGHT is located at an angle θ c = 35 °, ϕ c = 38 ° relative to the front of a plane electromagnetic wave. The length of the HEADLAMP in the X coordinate is L x = 12λ, the length of the HEADLIGHT in the Y coordinate is L y = 6λ. The grid steps for measuring the amplitude and phase of the signal are chosen to be Δu = (1 / 12.5), Δν = (1 / 6.5). We set the number of measurements of the signals P when the beam deviates in the entire measurement area, taking into account its rectangular shape and dimensions in the coordinate system (u, ν): P = 25 * 25 = 625. The measured signal amplitudes are shown in FIG. 3. According to the claims, we define the PRA by the expression:
В результате получаем амплитудное распределение на раскрыве плоской ФАР, приведенное на Фиг. 4 и фазовое распределение на раскрыве плоской ФАР, приведенное на Фиг. 5.As a result, we obtain the amplitude distribution on the aperture of the flat phased array shown in FIG. 4 and the phase distribution on the aperture of the plane PAR, shown in FIG. five.
Предлагаемый способ свободен от недостатков, присущих прототипу, поскольку:The proposed method is free from the disadvantages of the prototype, because:
1. в предлагаемом способе измерения можно проводить как в малогабаритных безэховых камерах, использующих коллиматор, так и в условиях полигонов при установке вспомогательной антенны в дальней зоне;1. in the proposed method, measurements can be carried out both in small anechoic chambers using a collimator, and in polygon conditions when installing an auxiliary antenna in the far zone;
2. в предлагаемом способе не требуется перебор всех фазовых состояний каждого фазовращателя;2. in the proposed method does not require enumeration of all phase states of each phase shifter;
3. для определения АФР (амплитуд и фаз возбуждения элементов ФАР) из измеренных данных в предлагаемом способе необходимо применить обратное дискретное преобразование Фурье, что сокращает время обработки измеренных данных относительно прототипа.3. to determine the PRA (amplitudes and phases of excitation of elements of the PAR) from the measured data in the proposed method it is necessary to apply the inverse discrete Fourier transform, which reduces the processing time of the measured data relative to the prototype.
4. в предлагаемом способе ДН одного элемента ФАР не используется.4. In the proposed method, the DN of one element of the HEADLAMP is not used.
Перечисленные преимущества предлагаемого способа позволяют считать способ универсальным по организации условий проведения измерений, а также повысить точность и уменьшить время определения АФР в раскрыве ФАР. Точность определения АФР в раскрыве ФАР в предлагаемом способе повышается за счет исключения из процедуры определения АФР ДН одного элемента ФАР. Так как перебора всех фазовых состояний каждого фазовращателя не требуется, обеспечивается уменьшение времени определения АФР в раскрыве ФАР в предлагаемом способе.The listed advantages of the proposed method allow to consider the method as universal in organizing measurement conditions, as well as to improve accuracy and reduce the time of determination of PRA in the aperture of the HEADLIGHT. The accuracy of the determination of PRA in the aperture of HEADLIGHTS in the proposed method is improved by eliminating one element of the HEADLARE from the procedure for determining AFR DN. Since the enumeration of all phase states of each phase shifter is not required, the time taken to determine the PRA in the PAH opening in the proposed method is reduced.
Claims (28)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142063A RU2692125C1 (en) | 2018-11-28 | 2018-11-28 | Method of determining amplitude-phase distribution in a phasing antenna array opening |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142063A RU2692125C1 (en) | 2018-11-28 | 2018-11-28 | Method of determining amplitude-phase distribution in a phasing antenna array opening |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2692125C1 true RU2692125C1 (en) | 2019-06-21 |
Family
ID=67038050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018142063A RU2692125C1 (en) | 2018-11-28 | 2018-11-28 | Method of determining amplitude-phase distribution in a phasing antenna array opening |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2692125C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2805384C1 (en) * | 2023-06-09 | 2023-10-16 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method for beam control in active phased array antenna |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1415204A1 (en) * | 1986-03-04 | 1988-08-07 | Предприятие П/Я В-2489 | Multichannel device for measuring aerial parameters |
| SU1647463A1 (en) * | 1988-12-12 | 1991-05-07 | Предприятие П/Я Р-6045 | Method for measuring phase antenna array parameters |
| US5235342A (en) * | 1989-08-30 | 1993-08-10 | Gec-Marconi, Ltd. | Antenna array with system for locating and adjusting phase centers of elements of the antenna array |
| RU2343495C2 (en) * | 2006-03-30 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Морской научно-исследовательский институт радиоэлектроники "Альтаир" (ОАО "МНИИРЭ "Альтаир") | Method of phased array pattern analysis |
-
2018
- 2018-11-28 RU RU2018142063A patent/RU2692125C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1415204A1 (en) * | 1986-03-04 | 1988-08-07 | Предприятие П/Я В-2489 | Multichannel device for measuring aerial parameters |
| SU1647463A1 (en) * | 1988-12-12 | 1991-05-07 | Предприятие П/Я Р-6045 | Method for measuring phase antenna array parameters |
| US5235342A (en) * | 1989-08-30 | 1993-08-10 | Gec-Marconi, Ltd. | Antenna array with system for locating and adjusting phase centers of elements of the antenna array |
| RU2343495C2 (en) * | 2006-03-30 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Морской научно-исследовательский институт радиоэлектроники "Альтаир" (ОАО "МНИИРЭ "Альтаир") | Method of phased array pattern analysis |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2805384C1 (en) * | 2023-06-09 | 2023-10-16 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method for beam control in active phased array antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10177862B2 (en) | System and method for performing over-the-air tests for massive multi-input/multi-output wireless system | |
| JP6337030B2 (en) | Massive-MIMO antenna measuring apparatus and directivity measuring method thereof | |
| WO2008069495A1 (en) | System and method for measuring antenna radiation pattern in fresnel region based on phi-variation method | |
| Hassett | Phased array antenna calibration measurement techniques and methods | |
| US11131701B1 (en) | Multi-probe anechoic chamber for beam performance testing of an active electronically steered array antenna | |
| KR20150076756A (en) | Apparatus for arranging array plane of phase array antenna and method for operating the same | |
| JP6678554B2 (en) | Antenna measuring device | |
| CN113419208B (en) | Interference source real-time direction finding method and device, storage medium and electronic equipment | |
| RU2692125C1 (en) | Method of determining amplitude-phase distribution in a phasing antenna array opening | |
| RU2634735C1 (en) | Determination method of amplitude-phase distribution in aperture of phased antenna array | |
| CN112180368A (en) | Data processing method, device, system and storage medium | |
| RU2610820C1 (en) | Method of determining beam pattern of phased antenna array | |
| CN111965602B (en) | Phased array radar amplitude-phase consistency detection method and system | |
| Schejbal et al. | Accuracy analyses of synthesized-reference-wave holography for determining antenna radiation characteristics | |
| US11982761B2 (en) | Method for calibrating a phased array | |
| Dubovitskiy et al. | Design of an X-band phased antenna array on parabolic reflector antennas with beam steering by phase center displacement control | |
| Rafique et al. | Accuracy improvement for antenna measurement in a noisy anechoic chamber using an artificial way | |
| Cui et al. | Circular antenna array synthesis technique including mutual coupling using unit-excitation active element pattern | |
| Raniszewski et al. | The investigation of mutual coupling effects on a large array antenna radiation pattern | |
| Hua et al. | Analysis and correction of triad field angle error in array radio frequency simulation | |
| Shu-Ji et al. | Digital active phased array antenna measurement method based on correlation technique | |
| Kuzin et al. | The Technique of Measurement of the Pattern of Receive Phased Antenna Array for Automotive Radar | |
| RU2599901C1 (en) | Antenna of polygon for measuring radar characteristics of targets in fresnel zone | |
| Fu et al. | An imaging algorithm for burden surface with T-shaped MIMO radar in the blast furnace | |
| Adomnitei et al. | Phase Shift Effects Analysis on Radiation Pattern of a Ground Plane Antenna Array |