RU2807957C1 - Способ определения характеристик диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к антенной технике, в частности к способам температурной коррекции калибровки активных фазированных антенных решеток (АФАР) и расчета характеристик диаграмм направленности АФАР в широком диапазоне температур. Технический результат - повышение точности определения диаграммы направленности АФАР с учетом взаимного влияния антенных элементов в диапазоне рабочих температур t _min ≤t _{р аб} ≤t _max на заданное направление в режимах приема и передачи. Результат достигается тем, что в предложенном способе определения характеристик диаграммы направленности АФАР в отличие от прототипа перед сборкой АФАР выполняют измерения калибровочных коэффициентов каждого приемо-передающего модуля в режиме приема и передачи в дискретном множестве рабочих температур t _раб c шагом выборки по температуре ∆t, в том числе на температуре, на которой выполняют настройку и калибровку собранной АФАР t _изм , и последующие операции для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора, причем все измерения проводят в расчетном диапазоне входных сигналов, соответствующих условиям эксплуатации. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к способам температурной коррекции калибровки активных фазированных антенных решеток (АФАР) и расчета характеристик диаграмм направленности АФАР в широком диапазоне температур.

Параметры множества приемо-передающих каналов и сборки антенных элементов, составляющих АФАР, отличны при изготовлении, изменяются при изменении несущей частоты, температуры и старения элементов АФАР. Поэтому без коррекции калибровки АФАР с учетом калибровки АФАР в условиях завода-изготовителя невозможно нормальное функционирование АФАР при эксплуатации.

Известна система калибровки антенной решетки «Radar system having a ferroelectric phased array antenna operating with accurate, automatic environment-calibrated, electronic beam steering» [пат. США US6172642, опубл. 9.01.2001, МПК H01Q3/26], в которой:

АФАР состоит из 3-х секций, сконфигурированных в виде треугольной равносторонней конструкции. Приемопередающие антенные элементы секции АФАР через ферритовые фазовращатели и сумматор/делитель соединены с приемопередатчиком, датчики температуры измеряют температуру каждого фазовращателя АФАР. Для каждого направления луча АФАР θ для номинальной температуры = 25℃ рассчитываются сигналы управления фазовращателями , по экспериментальной зависимости ошибки сдвига фазы сигнала и температуры фазовращателя определяется требуемый управляющий сигнал, компенсирующий температурный сдвиг фазы сигналов в фазовращателе, по формуле

При эксплуатации для расчета для конкретных значений , отличающихся от узловых значений таблицы калибровки, используют данные и U _n записанные в память АФАР с шагом δ _U и δ _t , и интерполяцию.

Данный способ не распространяется на АФАР, в которых антенные элементы через управляемые по усилению и фазе приемопередающие модули (ППМ) и сумматор/делитель соединены с приемопередатчиком. В этих АФАР за счет взаимосвязи антенных элементов и отличий импеданса нагрузки антенных элементов при приеме и передаче управляющие сигналы каналов на требуемое направление θ не будут соответствовать расчетным, соответствующим взаимному расположению антенных элементов АФАР.

Известна система калибровки антенной решетки «On-site calibration of array antenna systems» [пат. США US10663563 В2, опубл. 26.5.2020, МПК G01S 7/40, G01S 13/44, G01S 7/28], в которой:

1. Выполняют оценки S _пр (n, θ, φ) – коэффициента передачи приемного канала в дискретном множестве рабочих частот f и температур T и создают калибровочную таблицу каналов приема АФАР по базе S _пр (n, θ, φ, f, T);

2. Выполняют калибровку передающих каналов с созданием калибровочной таблицы каналов передачи во всем диапазоне углов, рабочих частот и температур при излучениях сигнала проверяемым передающим каналом АФАР, а прием сигнала производится тест антенной.

Этот способ учитывает влияние взаимной связи между антенными элементами АФАР на коэффициенты передачи приемных и передающих каналов, что позволяет определять требуемые параметры управления приемопередающих каналов АФАР для ориентации диаграммы направленности АФАР на любое направление. Все измерения выполняются на дискретном множестве рабочих температур с созданием калибровочной базы настройки АФАР в зависимости от направления оси диаграммы направленности и температуры в характерной точке в районе АФАР.

Известен метод калибровки АФАР «Procede d’elaboration d’une table de calibration relative a une antenne reseau et dispositive correspondant» [Пат FR 2949610 (В1) опубл. 05.08.2011, МПК: H01Q 21/06] в котором формируется калибровочная таблица для каждой пары температура/частота путем сравнения результатов измерения в узловых точках рабочих температур/частот с результатами моделирования. Условием для создания таблицы калибровки на основе температуры является знание изменений параметров АФАР в зависимости от температуры.

Недостатком двух рассмотренных выше патентов является сложность создания базы данных по сигналам управления каналов АФАР в рабочем диапазоне температур. Для этого требуется громоздкая, дорогостоящая безэховая термокамера с радиопрозрачным окном, в которой должны размещаться дистанционно управляемое опорно-поворотное устройство и АФАР.

Достаточно близким к предлагаемому техническому решению является «Способ определения диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки» [RU 2620961 C1, опубл. 30.05.2017, МПК G01R 29/10], в котором формируется калибровочная таблица для каждой частоты путем получения калибровочных коэффициентах каждого канала в режиме приёма по направлению к нормали раскрыву АФАР, с помощью опорно-поворотного устройства получают зависимость комплексного коэффициента передачи каждого приемного канала от углового направления, формируют диаграммы направленности приемных каналов и аналитически определяют диаграмму направленности АФАР в режиме приема. Для калибровки АФАР в режиме передачи измеряют калибровочные коэффициентах каждого канала, по полученным калибровочные коэффициентах каждого канала рассчитывается комплексное амплитудно-фазовое распределение на выходе передающих каналов АФАР. Диаграмма направленности на передачу получается аналитически с использованием полученного амплитудно-фазового распределения и диаграммы направленности приемных каналов.

Недостатком метода является сложность определения калибровочных коэффициентов в диапазоне рабочих температур, связанная с созданием громоздкой, дорогостоящей безэховой термокамеры с радиопрозрачным окном, в которой должны размещаться дистанционно управляемое опорно-поворотное устройство и АФАР.

Наиболее близким к предлагаемому методу (прототипом) является «Способ определения характеристик диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки» [RU 2793571 C1, опубл. 04.04.2023, МПК G01R 29/10].

Он основан на том, что перед сборкой АФАР выполняют измерения калибровочных коэффициентов каждого приемопередающего модуля в режиме приема и передачи в дискретном множестве рабочих температур t _min   ≤ t _раб  ≤ t _max , в том числе на температуре t _изм , на которой выполняются настройка и калибровка собранной АФАР в условиях завода-изготовителя. Измеряют при температуре t _изм относительный комплексный коэффициент n-го канала k _{пр  n ,1} АФАР при неподвижном опорно-поворотном устройстве путем усреднения измерений, полученных при всех возможных набегах вазы и ослабления фазовращателя и аттенюатора приемного канала. После сборки АФАР при температуре t _изм определяют комплексные коэффициенты приемных каналов f _{пр n} (θ, φ). Формулы расчета ДН АФАР имеют вид

Отметим, что в данном методе относительный комплексный коэффициент n-го канала АФАР измеряют на одной температуре из множества t _раб при неподвижном опорно-поворотном устройстве путем усреднения измерений, полученных при всех возможных настройках фазовращателя и аттенюатора приемного и передающего канала:

где – комплексная амплитуда сигнала на выходе i-го приемного/передающего канала, < > – знак усреднения.

Недостатком метода является усреднения измерений, полученных при всех возможных настройках фазовращателя и аттенюатора приемного канала, для расчёта относительный комплексный коэффициент n-го канала. Как показывает современное техническое состояние фазовращателей и аттенюаторов, их
характеристики – коэффициент отражения, проходные ослабления, зависят от настройки, что также показывает на неравномерность расстройки от температуры. Например, фазовращатели производства MiniCurcits SPHSA-152+ и JSPHS-23+ c цифровым способ управления АФАР имеют следующие зависимости КСВН и проходных потерь от управляющего напряжения (фазового сдвига), см. фиг. 1.

Целью предполагаемого изобретения является учет состояния фазовращателей при определении диаграммы направленности АФАР с учетом взаимного влияния антенных элементов в диапазоне рабочих температур t _min   ≤ t _раб  ≤ t _max на заданное направление в режимах приема и передачи.

Решение поставленной задачи предлагается за счет:

Декомпозиции каждого канала АФАР на антенный элемент, который описывается комплексной парциальной диаграммой направленности, и приемопередающий модуль (ППМ), который описывается калибровочными коэффициентами в режиме приема и передачи , зависящими от рабочей температуры ППМ t _раб и пространственное положение луча АФАР (θ _T , φ _T ), где n – номер канала АФАР;

Определение калибровочных коэффициентов каждого ППМ АФАР в режиме приема и передачи в диапазоне температур эксплуатации t _min   ≤ t _раб  ≤ t _max для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора приемного канала, включающем температуру настройки и калибровки собранной АФАР t _изм , которая измеряется для каждого ППМ отдельно и в общем случае для разных ППМ может отличаться.

Введение в расчет ДН АФАР калибровочных коэффициентов каждого ППМ АФАР в режиме приема и передачи , определённых:

– для температуры n-го ППМ, измеренной при настройке и калибровке собранной АФАР ,

– для рабочей температуры n-го ППМ, измеренной в процессе эксплуатации АФАР .

При этом формулы расчета ДН АФАР имеют вид

где (θ _T , φ _T ) – требуемое направление оси ДН АФАР, N – число антенных элементов АФАР; W _n  (θ _T , φ _T ) – диаграммообразующий коэффициент АФАР на прием сигнала с требуемого углового направления, учитывающий расположение n-го антенного элемента в единой прямоугольной системе координат.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении точности определения диаграммы направленности АФАР с учетом взаимного влияния антенных элементов в диапазоне рабочих температур t _min   ≤ t _раб  ≤ t _max на заданное направление в режимах приема и передачи.

Способ определения характеристик диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки (АФАР), заключающийся в том, что перед сборкой АФАР выполняют измерения калибровочных коэффициентов каждого приемо-передающего модуля в режиме приема и передачи в дискретном множестве рабочих температур t _раб c шагом выборки по температуре в том числе на температуре на которой выполняют настройку и калибровка собранной АФАР t _изм , при фиксированных настройках фазовращателей и аттенюаторов составляют таблицу значений и и записывают ее в память АФАР; размещают АФАР на опорно-поворотном устройстве и вспомогательную антенну в дальней зоне безэховой камеры; обеспечивают ориентацию оси АФАР по нормали к раскрыву АФАР, исходящей из предварительно вычисленного фазового центра опорного (например, первого) антенного элемента АФАР, с помощью опорно-поворотного устройства в исходное нулевое угловое направление , совпадающее с направлением на вспомогательную антенну; обеспечивают излучение электромагнитного поля вспомогательной антенной в направлении исследуемой АФАР на несущей частоте АФАР; прием сигналов, излученных вспомогательной антенной, приемными каналами АФАР; измеряют комплексные коэффициенты каждого приемного канала k _{пр  n ,1} = k _{пр  n ,1}  (t _изм , θ _T , φ _T ) относительно опорного (первого) канала на нулевом направлении при неподвижном опорно-поворотном устройстве при фиксированных настройках фазовращателя и аттенюатора приемного канала; выполняют расчёт калибровочных коэффициентов каждого канала в режиме приема относительно опорного (первого) канала A _{пр  n ,1}  (t _изм , θ _T , φ _T ); рассчитывают ДН АФАР в режиме приема F _r  (θ, φ) на основе измеренной зависимости значений комплексных коэффициентов приемных каналов f _{пр  n}  (θ, φ,t _изм ) c учетом температуры каждого n-го приемника ППМ t _раб; возвращают ось АФАР в исходное нулевое угловое направление (θ ₀ , φ ₀ ), совпадающее с направлением на вспомогательную антенну с помощью опорно-поворотного устройства; подключают формирователь сигналов поочередно ко входу каждого передающего канала АФАР; измеряют комплексный коэффициент каждого канала в режиме передачи k _{пер  n ,1} = k _{пер  n ,1}  (t _изм , θ _T , φ _T ) относительно опорного (первого) канала при неподвижном опорно-поворотном устройстве при фиксированных настройках фазовращателя и аттенюатора передающего канала; преобразовывают относительные комплексные коэффициенты каждого канала k _{пер  n ,1} в комплексный калибровочный коэффициент B _{пер  n ,1}  вычисляют диаграмму направленности АФАР в режиме передачи F _t  (θ, φ), отличающийся тем, что перед сборкой АФАР выполняют измерения калибровочных коэффициентов каждого приемо-передающего модуля в режиме приема и передачи в дискретном множестве рабочих температур t _раб c шагом выборки по температуре в том числе на температуре на которой выполняют настройку и калибровка собранной АФАР t _изм , для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора; составляют таблицу значений и и записывают ее в память АФАР; все измерения проводят в расчетном диапазоне входных сигналов, соответствующих условиям эксплуатации; измеряют комплексные коэффициенты каждого приемного канала k _{пр  n ,1} = k _{пр  n ,1}  (t _изм , θ _T , φ _T ) относительно опорного (первого) канала на нулевом направлении при неподвижном опорно-поворотном устройстве для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора приемного канала; определяют комплексные коэффициенты АФАР f _{пр  n}  (θ, φ), пропорциональные комплексным множителям диаграммы направленности n-го антенного элемента, и преобразовывают комплексные коэффициенты каждого канала k _{пер  n ,1} полученные при неподвижном опорно-поворотном устройстве для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора в комплексные калибровочные коэффициенты B _{пер  n ,1}  при температуре t _изм ; рассчитывают ДН АФАР при приеме F _r  (θ, φ) и передаче F _t  (θ, φ) на заданном направлении (θ _T , φ _T ) с учетом рабочей температуры АФАР и всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора выполняют по формулам (5), (6).

Сущность предлагаемого способа измерения характеристик ДН АФАР c учетом температур поясняется фиг. 2, на которой представлена структурная схема проведения измерений комплексных парциальных ДН антенных элементов при работе АФАР на прием/передачу.

На фиг.2 приняты следующие обозначения:

1 – персональный компьютер (ПК), осуществляющий управление процессом измерений, обработки результатов измерений с получением:

• коэффициентов передачи приемных и передающих каналов,

• калибровочных коэффициентов каналов приема и передачи,

• ДН приемных каналов,

• амплитуд сигнала на выходе передающих каналов в режиме передачи,

• ДН АФАР в режиме приема и передачи на заданное направление (θ _T , φ _T ).

2 – коммутатор сигнала несущей (Ком),

3 – циркулятор (Цирк),

4 – вспомогательная антенна (ВсА),

5 – АФАР,

5.1 – сборка приемопередающих модулей (ППМ n) с датчиками температуры (ДТ n), n = 1, 2, 3, … ,N,

5.2 – приемопередающий модуль,

5.3 – датчик температуры,

5.4 – антенный элемент,

5.5 – формирователь сигнала несущей частоты (ФСН),

6 – измеритель комплексной амплитуды сигнала (ИзмКА),

7 – делитель мощности (ДМ),

8 – вентиль (В),

9 – опорно-поворотное устройство (ОПУ).

Измерения комплексных парциальных ДН антенных элементов при работе АФАР на прием/передачу производятся с помощью установки на фиг.2, размещенной в безэховой камере без термостабилицации. Установка работает в двух режимах: калибровка каналов приема и калибровка каналов передачи АФАР.

Измерения выполняются в дальней зоне антенных элементов АФАР. Это предполагает, что расстояние между вспомогательной антенной и исследуемой АФАР больше минимально допустимого расстояния

где D – наибольший из габаритных размеров антенных элементов АФАР.

Предполагается, что до начала измерений АФАР 5 устанавливается на аттестованное по координатам посадочное место опорно-поворотного устройства 9, взаимные координаты опорно-поворотного устройства 9 и вспомогательной антенны 4 известны и аттестованы в единой прямоугольной системе координат. Персональный компьютер 1 по заложенной программе вычисляет текущие координаты антенных элементов (x _n , y _n , z _n ) АФАР 5 в единой прямоугольной системе координат при любой ориентации посадочного места опорно-поворотного устройства 9 по углам (θ, φ).

Начальная ориентация оси АФАР 5, которая совпадает с нормалью к раскрыву АФАР, проведенной из предварительно вычисленного фазового центра опорного (далее, в качестве опорного будет использоваться первый антенный элемент) антенного элемента АФАР, выставляется с помощью опорно-поворотного устройства 9 в нулевое угловое направление (θ ₀ , φ ₀ ), совпадающее с направлением на вспомогательную антенну 4. При этом оси вращения ОПУ 9 должны исходить из предварительно вычисленного фазового центра опорного (первого) антенного элемента АФАР 5.

В режиме калибровки приемных каналов АФАР 5 персональный компьютер 1 через коммутатор сигнала несущей частоты 2 и циркулятор 3 подает тест сигнал на вспомогательную антенну 4, включает калибруемый приемный канал АФАР и отключает все остальные. Излученный вспомогательной антенной 4 сигнал несущей частоты принимается n-м калибруемым приемным каналом сборки 5.1 АФАР, измеряется его комплексная амплитуда s _{пр  n}  (θ, φ) и выдается совместно с данными о температуре ППМ t _изм в персональный компьютер 1. Во время калибровки приемных каналов АФАР 5 персональный компьютер 1 по программе вводит:

• в АФАР 5 номер калибруемого приемного канала n, требуемые значения фазового сдвига Ф_n и затухания L _n сигнала в соответствующем приемнике ППМ,

• в ОПУ 9 требуемую ориентацию оси АФАР 5 (θ, φ).

Температура ППМ АФАР 5 t _раб измеряется датчиком температуры ДТ n, размещенным в характерной точке n-го ППМ. Измерения s _{пр  n}  (θ, φ), выполненные АФАР 5 при калибровке приемных каналов, принимаются персональным компьютером 1, записываются и используются далее в расчетах характеристик ДН АФАР c учетом температур.

В режиме калибровки передающих каналов АФАР 5 персональный компьютер 1 через коммутатор сигнала несущей частоты 2 отключает прохождение тест сигнала несущей частоты через циркулятор 3 на вспомогательную антенну 4. Во время калибровки персональный компьютер 1 по программе вводит:

• в АФАР 5 номер калибруемого передающего канала n, требуемые значения фазового сдвига Ф_n и затухания L _n сигнала в калибруемом передающем канале,

• в ОПУ 9 требуемую ориентацию оси АФАР.

В процессе калибровки передающих каналов АФАР 5 измеритель комплексной амплитуды 6 измеряет комплексную амплитуду сигнала s _{пер  n}  (θ, φ), принятого вспомогательной антенной 4. Результаты измерения выводятся через шину данных в персональный компьютер 1 и запоминаются. Далее персональный компьютер 1 обрабатывает полученные данные с учетом введенных в него результатов измерения коэффициентов усиления ППМ при приеме и передаче в дискретном множестве рабочих температур t _min   ≤ t _раб  ≤ t _max для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора. По результатам обработки определяются комплексные коэффициенты f _{пр  n}  (θ, φ) n-го приёмного канала, пропорциональные комплексным множителям диаграммы направленности n-го антенного элемента, комплексные коэффициенты передачи передающих каналов k _{пер  n} , полученные при неподвижном опорно-поворотном устройстве для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора, преобразование их в комплексную амплитуду сигналов на выходах передающих каналов ППМ в режиме передачи B _n . На основании их персональный компьютер 1 вычисляет ДН АФАР на заданное направление (θ _T , φ _T ) при приеме F _r  (θ, φ) и передаче F _t  (θ, φ) с учетом измеренной температуры n-го ППМ t _раб .

Сущность предлагаемого способа измерения характеристик ДН АФАР заключается в следующем.

Перед сборкой АФАР выполняют измерения калибровочных коэффициентов передачи каждого ППМ в режиме приема и передачи в дискретном множестве температур эксплуатации t _min   ≤ t _раб  ≤ t _max c шагом выборки по температуре Δt, в том числе на температуре t _min   ≤ t _раб  ≤ t _max на которой выполняются настройка и калибровка собранной АФАР в условиях завода-изготовителя для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора каждого канала. Все измерения проводятся в расчетном диапазоне входных сигналов, соответствующем условиям эксплуатации;

Собирают АФАР 5 и размещают на опорно-поворотном устройств. Опорно-поворотное устройство 9 и вспомогательная антенна 4 на фиг. 2 размещены в безэховой камере в фиксированных, аттестованных по координатам местах.

Ориентируют ось АФАР с помощью опорно-поворотного устройства в исходное нулевое угловое направление (θ ₀ , φ ₀ ), совпадающее с направлением на вспомогательную антенну.

Определяют координаты антенных элементов АФАР (x _n , y _n , z _n ) в исходном направлении оси АФАР (θ ₀ , φ ₀ ) и вспомогательной антенны (x _ис , y _ис , z _ис ) в единой прямоугольной системе координат.

Излучают вспомогательной антенной электромагнитное поле в направлении исследуемой АФАР.

Принимают сигналы, излученные вспомогательной антенной, приемными каналами АФАР и измеряют их комплексную амплитуду s _{пр  n} .

Измеряют при температуре t _изм относительный комплексный коэффициент n-го канала k _{пр  n ,1} АФАР при неподвижном опорно-поворотном устройстве для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора, соответственно, приемного канала

где s_пр n – комплексная амплитуда сигнала на выходе i-го приемного канала,
θ ₀ , φ ₀ – угловое положение АФАР, θ _T , φ _T – настройка фазовращателей и аттенюаторов.

По данным о координатах антенных элементов АФАР (x _n , y _n , z _n ) при нулевом направлении оси АФАР (θ ₀ , φ ₀ ) и вспомогательной антенны (x _ис , y _ис , z _ис ) определяют разность хода электромагнитных волн от вспомогательной антенны до опорного (первого) и каждого n-го антенного элемента ΔR _{n ,1} , n = 1, 2, 3, … , N.

Определяют фазовый набег электромагнитных волн в точке расположения n-го антенного элемента с координатами (x _n , y _n , z _n ) относительно опорного (первого) антенного элемента с координатами (x ₁ , y ₁ , z ₁ ):

Выполняют расчет калибровочных коэффициентов n-го канала АФАР относительно опорного (первого) канала в режиме приема A _{пр  n ,1}  (t _изм , θ _T , φ _T ) при температуре t _изм :

Измеряют зависимость относительного комплексного коэффициента каждого приемного канала k _{пр  n ,1}  (t _изм , θ _T , φ _T ) от углового направления (θ, φ), используя вращение АФАР с помощью опорно-поворотного устройства.

Нормируют эту зависимость на максимальное значение и получают нормированную зависимость комплексного коэффициента передачи опорного (первого) приемного канала K _пр1   (θ, φ).

Формируют комплексные коэффициенты f _{пр  n}  (θ, φ) n-го приёмного канала, пропорциональные комплексным множителям диаграммы направленности опорного (первого) антенного элемента K _пр1   (θ, φ) с учётом сферичности фазового фронта принятой электромагнитной волны:

где d _{n ,1} – расстояние между n-м и опорным (первым) антенным элементом АФАР, γ_n (θ, φ) – угол между нормалью к раскрыву АФАР и направлением на вспомогательную антенну из точки расположения n-го антенного элемента АФАР.

Определяют ДН АФАР в режиме приема по данным сформированных комплексных диаграмм направленности приемных каналов c учетом температуры каждого n-го приемника ППМ t _раб :

где (θ _T , φ _T ) – требуемое направление оси ДН АФАР, N – число антенных элементов АФАР; W _n  (θ _T , φ _T ) – диаграммообразующий коэффициент АФАР на прием сигнала с требуемого углового направления, учитывающий расположение n-го антенного элемента в единой прямоугольной системе координат.

С помощью опорно-поворотного устройства возвращают ось АФАР в исходное нулевое угловое направление (θ ₀ , φ ₀ ), совпадающее с направлением на вспомогательную антенну.

Подключают формирователь сигналов поочередно ко входу каждого передающего канала АФАР.

Измеряют при температуре t _изм относительный комплексный коэффициент n-го канала k _{пер  n ,1} АФАР при неподвижном опорно-поворотном устройстве путем усреднения измерений, полученных для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора передающего канала:

где s_пер n – комплексная амплитуда сигнала на выходе вспомогательной антенны, принятого от n-го передающего канала АФАР;

Выполняют расчет калибровочных коэффициентов n-го канала АФАР относительно опорного (первого) канала в режиме передачи B _{пер  n ,1}   (t _изм , θ _T , φ _T ) при температуре ППМ t _изм :

Вычисляют диаграмму направленности АФАР при рабочей температуре ППМ t _раб в режиме передачи в виде суммы взвешенных комплексных диаграмм направленности приемных каналов:

Предлагаемое решение за счет измерения калибровочных коэффициентов каждого приемо-передающего модуля в режиме приема и передачи в дискретном множестве рабочих температур – положений фазовращателей и аттенюаторов, позволяет исключить измерения ДН АФАР в сборе в диапазоне рабочих температур как на заводе изготовителе, так и в условиях эксплуатации. При этом снижаются затраты, связанные с созданием громоздкой, дорогостоящей безэховой термокамеры с радиопрозрачным окном, в которой должны размещаться дистанционно управляемое опорно-поворотное устройство и АФАР. Учёт всевозможных фазовых набегов и ослабления фазовращателей и аттенюаторов повышают точность определения ДН АФАР.

Предлагаемый способ промышленно применим, так как для его реализации могут быть использованы типовые приборы, широко используемые при настройках и измерениях устройств радиоэлектроники.

Claims (4)

1. Способ определения характеристик диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки (АФАР), заключающийся в том, что перед сборкой АФАР выполняют измерения калибровочных коэффициентов каждого приемо-передающего модуля в режиме приема и передачи в дискретном множестве рабочих температур t _раб c шагом выборки по температуре в том числе на температуре на которой выполняют настройку и калибровку собранной АФАР t _изм , при фиксированных настройках фазовращателей и аттенюаторов составляют таблицу значений и и записывают ее в память АФАР; размещают АФАР на опорно-поворотном устройстве и вспомогательную антенну в дальней зоне безэховой камеры; обеспечивают ориентацию оси АФАР по нормали к раскрыву АФАР, исходящей из предварительно вычисленного фазового центра опорного, например, первого антенного элемента АФАР, с помощью опорно-поворотного устройства в исходное нулевое угловое направление , совпадающее с направлением на вспомогательную антенну; обеспечивают излучение электромагнитного поля вспомогательной антенной в направлении исследуемой АФАР на несущей частоте АФАР; прием сигналов, излученных вспомогательной антенной, приемными каналами АФАР; измеряют комплексные коэффициенты каждого приемного канала относительно опорного первого канала на нулевом направлении при неподвижном опорно-поворотном устройстве при фиксированных настройках фазовращателя и аттенюатора приемного канала; выполняют расчёт калибровочных коэффициентов каждого канала в режиме приема относительно опорного первого канала ; рассчитывают ДН АФАР в режиме приема на основе измеренной зависимости значений комплексных коэффициентов приемных каналов c учетом температуры каждого n-го приемника ППМ t _раб; возвращают ось АФАР в исходное нулевое угловое направление , совпадающее с направлением на вспомогательную антенну с помощью опорно-поворотного устройства; подключают формирователь сигналов поочередно ко входу каждого передающего канала АФАР; измеряют комплексный коэффициент каждого канала в режиме передачи относительно опорного первого канала при неподвижном опорно-поворотном устройстве при фиксированных настройках фазовращателя и аттенюатора передающего канала; преобразовывают относительные комплексные коэффициенты каждого канала в комплексный калибровочный коэффициент ; вычисляют диаграмму направленности АФАР в режиме передачи , отличающийся тем, что перед сборкой АФАР выполняют измерения калибровочных коэффициентов каждого приемо-передающего модуля в режиме приема и передачи в дискретном множестве рабочих температур t _раб c шагом выборки по температуре в том числе на температуре на которой выполняют настройку и калибровку собранной АФАР t _изм , для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора; составляют таблицу значений и и записывают ее в память АФАР; все измерения проводят в расчетном диапазоне входных сигналов, соответствующих условиям эксплуатации; измеряют комплексные коэффициенты каждого приемного канала относительно опорного первого канала на нулевом направлении при неподвижном опорно-поворотном устройстве для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора приемного канала; определяют комплексные коэффициенты АФАР , пропорциональные комплексным множителям диаграммы направленности n-го антенного элемента, и преобразовывают комплексные коэффициенты каждого канала , полученные при неподвижном опорно-поворотном устройстве для всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора в комплексные калибровочные коэффициенты при температуре t _изм ; рассчитывают ДН АФАР при приеме и передаче на заданном направлении с учетом рабочей температуры АФАР и всех возможных значений фазового сдвига и ослабления фазовращателя и аттенюатора выполняют по формулам:
2. ,
3. ,
4. где N – число антенных элементов АФАР, – диаграммообразующий коэффициент АФАР на прием сигнала с требуемого углового направления, учитывающий расположение n-го антенного элемента в единой прямоугольной системе координат.