Фазов център. Относно насочените свойства на параболичните антени

При изчисляване във високочестотната технология с помощта на огледално отразяващи системи (параболични огледала) винаги възниква задачата за намиране на фазовия център на антената (PCA), т.к. Правилната работа на огледалото е възможна само ако във фокуса има антена (наречена фидер, feedhorn), която има фронт на фазовата вълна под формата на сфера, а центърът на тази сфера е във фокуса на огледалото. При всякакви отклонения, както на формата на фазовия фронт от сферата, така и на изместването на PCA от фокуса на огледалото, ефективността на огледалната система пада, тъй като нейният модел на посока е изкривен.

Въпреки че темата за търсене на FCA е доста актуална дори в ежедневието, тъй като в допълнение към традиционните антени сателитна телевизияпараболични антени за WiFi, WiMAX и клетъчна комуникация(UMTS/3G, LTE/4G) - въпреки това тази тема е слабо засегната в литературата и потребителите често бъркат фазовите модели на излъчване с конвенционалния модел на излъчване.

Във видеоклипове за програми за компютърна симулация понякога можете да намерите практически инструкции как да търсите FCA, но обикновено няма дори минимални обяснения какво търсим и какво получаваме.

Затова, за да запълним празнината, ще напишем кратка статия с практически примери.
Диаграма на фазовото излъчванее зависимостта на фазата на електромагнитното поле, излъчвано от антената, от ъгловите координати.
(А.П. Пудовкин, Ю.Н. Панасюк, А.А. Иванков - Основна теория на антената)

Тъй като в далечната зона на антената векторите на полето E и H са във фаза, фазовата схема е еднакво свързана с електрическите и магнитните компоненти на ЕМП, излъчвана от антената.
Фазовият модел се обозначава с гръцката буква Psi:

Ψ = Ψ (θ, φ) , с r = const.

Ако Ψ(θ, φ) = const при r = const, това означава, че антената образува фазовия фронт на вълната под формата на сфера.

Центърът на тази сфера, където се намира началото на координатната система, се нарича фазов център на антената (PCA).

Фазовият център на антената е точката, в която единичен сферичен вълнов емитер, еквивалентен на разглежданата антенна система, може да бъде поставен по отношение на фазата на създаденото поле.
(Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенно-фидерни устройства)

Не всички антени имат FCA. За антени, които имат фазов център и многолистов амплитуден модел с ясни нули между тях, фазата на полето в съседните листове се различава с π (180°).

Връзката между амплитудните и фазовите диаграми на излъчване на една и съща антена е илюстрирана

В реалните антени фазовият център обикновено се разглежда в рамките на ограничените ъгли на главния лоб на диаграмата на излъчване. Позицията на фазовия център зависи от честотата на използвания сигнал, посоката на излъчване/приемане на антената, нейната поляризация и други фактори. Някои антени нямат фазов център в общоприетия смисъл.

В най-простите случаи, например при параболична антена, фазовият център съвпада с фокуса на параболоида и може да се определи от геометрични съображения. В повече трудни случаиНапример, рупорни антени, позицията на фазовия център не е очевидна и изисква подходящи измервания.

Полевите измервания на фазовия център са много трудоемки (особено в широка честотна лента).
В CAD симулаторите на електромагнитни полета, изчисляването на FCA е много проста задача, но все пак изисква няколко ръчни манипулации, т.к. извършва се чрез „груба сила“ и изисква малък първоначалната настройкафункция, която ще използваме груба сила.

За практически изчисления, нека вземем истински фидер на парабола за Ku-обхвата - LNB от Inverto, серия Black Ultra.

Тази хранилка изглежда така (в разрез)

Топка с размер на грахово зърно ще бъде FCA, но ние все още не знаем това и нашата задача е да намерим нейната позиция.

В примера ще използваме следните входове:

Честота на изчисление 11538,5 MHz (дължина на вълната 25,982 mm)
- линейна хоризонтална поляризация (по оста Y)
- самата антена е насочена по оста X, т.е. основна посока на излъчване θ=90, φ=0

Изчисляването на традиционните параметри на далечното поле в Ansys HFSS дава този радиационен модел в 3D и 2D

Моментни стойности на интензитета (волт/метър) на електрическото поле (E-поле) в зависимост от фазата

Сила на интегралното електронно поле (за >1 оборот на вълната)

Всички подобни параметри на далечното поле, както при полеви измервания, така и при CAD симулации, се изчисляват върху безкрайна сфера - Infinite Sphere. Тестваната антена или нейният компютърен модел се поставя в центъра на такава сфера, а измервателната сонда се движи по периметъра на такава сфера и измерва амплитудата, поляризацията (амплитудата на един от компонентите) и фазата на ЕМ. вълна. Сондата може да се фиксира постоянно, а тестваната антена може да се върти.

Основното нещо, което:

Разстоянието беше винаги едно и също (т.е. беше точно сферата за измерване)
- радиусът на сферата е достатъчно голям, така че измерванията се извършват само в тази област на пространството, където векторите на електрическото поле E и магнитното поле H са във фаза, т.е. нито един от компонентите не преобладава и не е изместен във фаза (няма реактивност) поради носителите на заряд, които съществуват в металните проводници на антената или поради заредени диелектрични молекули.

IN Ansys HFSSЗа да извършите измервания на далечно поле, трябва да създадете поне една безкрайна сфера: Radiation -> Insert Far Field Setup -> Infinite Sphere

φ и θ винаги могат да бъдат зададени от 0 до 360, но за да се спести време при изчисления, понякога е рационално да се ограничи изследваният ъгъл до определен сектор. При настройка на стъпка от 1 градус, пълната сфера ще заема 360 * 360 = 129 600 изчислени точки, а при стъпка от 0,1 градуса почти 13 милиона за създаване на 3D/2D отчети на диаграмата на излъчване, стъпка от 2-3 градуса обикновено е достатъчно (14 400 изчислени точки със стъпка 3 градуса). Има смисъл да се използва стъпка от 1 градус или по-малко само за срезов анализ

В раздела „Координатна система“ всяка сфера трябва да има свой собствен координатен център. По подразбиране глобалният координатен център на проекта винаги е там. Можете да добавите произволен брой други относителни координати, ако желаете. Както геометричните елементи на модела, така и персонализираната сфера „Безкрайна сфера“ могат да бъдат присвоени спрямо глобалния координатен център или спрямо потребителския. Ще използваме това по-долу.

Разминаващият се фазов фронт на вълната се виждаше в анимацията на Е-полето по-горе. ЕМ вълната образува концентрични кръгове, подобни на кръгове върху вода, причинени от хвърлен камък. Фазовият център е точката, в която е хвърлен такъв камък. Вижда се, че позицията му е някъде в камбаната на клаксона, но точната му позиция не е очевидна.

Методът на търсене на FCA се основава на факта, че гледаме посоката на вектора на E-полето (неговата фаза) по повърхността на безкрайно отдалечена сфера.

За демонстрация ще създадем 2 анимации с вектори на E-field върху сфера с радиус 4 ламбда (това не е безкрайна сфера, но за най-добър мащаб на чертежа този радиус е напълно достатъчен).

В първата анимация центърът на сферата се намира точно в FCA

Във втората анимация центърът е поставен в точката на проекта 0, 0, 0 (гледайки напред, да кажем, че е 25,06 mm зад FCA)

На повърхността на първата сфера (тя е извита, не е равнина) ясно се вижда, че векторите се движат синхронно. Тяхната амплитуда (величина) е различна, тъй като диаграмата на насочване на антената има максимум в центъра (до 14,4 dBi), който плавно затихва с коефициент 2 (-3 dB) при ъгли от ±20°.

Не се интересуваме от цвета/дължината, а от посоката на вектора. Така че всички те да се движат синхронно (във фаза).

В първата анимация всички вектори се движат синхронно, сякаш топката се върти надясно и наляво.

Във втората анимация векторите са асинхронни, някои вече са сменили посоката на движение, други още не. Повърхността на тази сфера е постоянно подложена на повърхностно напрежение/напрежение.

Първата сфера се намира в FCA, втората не е в FCA.

Задачата на търсенето на PCA с помощта на този метод е да се движи (груба сила) безкрайната сфера с малки стъпки, докато фазовото разпространение в областта на тази сфера, която ни интересува (ние се интересуваме само от главния радиационен лоб), стане минимална (в идеалния случай нула).

Но преди да преминем към грубата сила, нека първо разберем как фазовите модели могат да бъдат показани в HFSS.

В отчетите за далечното поле „Резултати -> Създаване на отчет за далечно поле“ можем да покажем или традиционен правоъгълен график (Правоъгълен график), или 2D кръгъл график (диаграма на излъчване), където по една ос (например X) можем да покажем зависимостта на ъгловата координата (например θ) и по оста Y - фазови стойности при тези ъгли θ.

Докладът, от който се нуждаем, е rE - „излъчено E поле“.
За всеки ъгъл [φ, θ] върху безкрайна сфера се изчислява комплексното число (вектор) на електрическото поле.

Когато конструираме конвенционални амплитудни графики (насочен модел, разпределение на мощността на излъчване в посока), ние се интересуваме от амплитудата (mag) на това поле, която може да бъде получена или като mag(rE) или веднага с помощта на по-удобната променлива Gain (the мощността се дава спрямо мощността на порта за възбуждане и спрямо изотропния емитер).

Когато конструираме фазов модел, ние се интересуваме от въображаемата част на комплексно число (векторна фаза) в полярна нотация (в градуси). За да направите това, използвайте математическата функция ang_deg (angle_in_degrees) или cang_deg (acumulated_angle_in_degrees)

За антената LNA Inverto Black Ultra фазовият модел в равнината XZ (φ=0) с хоризонтална поляризация на възбуждане (rEY) има следната форма

Ъгъл Theta=90 е радиация напред, Theta=0 нагоре, Theta=180 надолу.

Стойности ang_degварират от -180 до +180, ъгъл от 181° е ъгъл от -179°, така че графиката има форма на трион, когато преминава през точките ±180°.

Стойности cang_degсе натрупват, ако посоката на промяна на фазата е постоянна. Ако фазата е направила до 3 пълни оборота (пресича 180° 6 пъти), тогава натрупаната стойност достига 1070°.

Както беше написано в началото на статията, фазовите и амплитудните модели на антените обикновено са свързани една с друга. В съседни амплитудни лобове (лъчи) фазите се различават на 180°.

Нека насложим графиките на фазата (червено/светлозелено) и амплитудата (лилаво) една върху друга

Гърбиците на амплитудния модел ясно следват прекъсванията на фазите, както е написано в книгите.

Ние се интересуваме от фазовия фронт само в определен сектор от пространството, в рамките на главния радиационен лоб (останалите лобове все още блестят покрай параболичното огледало).

Затова ще ограничим графиката само до сектора 90 ±45° (45-135°).

Нека добавим маркери MIN (m1) и MAX (m2) към графиката, които показват най-голямата дисперсия на фазите в изследвания сектор.

Освен това ще добавим математическа функция pk2pk(), която автоматично търси минимума и максимума на цялата диаграма и показва разликата.

В графиката по-горе разликата е m2-m1=pk2pk= 3,839 °

Задачата на търсенето на FCA е да преместите безкрайната сфера с малки стъпки, докато стойността на функцията pk2pk(cang_deg(rE)) бъде минимизирана.

За да преместите Infinite Sphere, трябва да създадете друга допълнителна координатна система: Modeler -> Координатна система -> Създаване -> Относителна CS -> Отместване

Тъй като знаем със сигурност, че за симетричен рог PCA ще бъде разположен на оста X (Z=Y=0), тогава за Z и Y задаваме 0 и той ще се движи само по оста X, за което задаваме променливата Pos (с начална стойност 0 mm)

За да автоматизираме процеса на груба сила, нека създадем задача за оптимизация.
Optimetrics -> Add -> Parametricи задайте променливата стъпка Pos на 1 mm, в диапазона от 0 до 100 mm

В "отметката" Изчисления -> Настройка на изчисление„Изберете типа на отчета „Далечно поле“ и функцията pk2pk(cang_deg(rEY)). В бутона „Функции за обхват“ посочете диапазона от -45 до +45 градуса (или който и да е друг, който ви интересува)

Да стартираме ParametricSetup1 -> Анализ.

Изчислението се извършва доста бързо, т.к Всички изчисления на далечно поле са с последваща обработка и не изискват повторно разрешаване на модела.

След като завършите изчислението, щракнете ParametricSetup1 -> Преглед на резултатите от анализа.

Виждаме ясен минимум на разстояние X=25mm

За по-висока точност редактираме параметричния анализ в диапазона 25.0-25.1 mm на стъпки от 0.01 mm

Получаваме ясен минимум при X=25,06 mm

За да оцените визуално къде се намира FCA в модела, можете да нарисувате сфери (без модел) или точки.

Тук в точка X = 25,06 mm са поставени 2 сфери (с радиус 2 и 4 ламбда)

Ето същото нещо в анимацията

Ето чертеж в по-близък план на равнина и грахово зърно в точка X=25.06

Често срещано погрешно схващане е, че в HFSS (и други програми като CST), когато наслагвате 3D графика върху геометрия на антена, графиката автоматично се поставя в FCA.

За съжаление не е така. 3D диаграма винаги се наслагва в центъра на координатната система, която е била използвана за задаване на „безкрайната сфера“ за тази диаграма. Ако се използва глобалната координатна система по подразбиране, тогава 3D графиката ще бъде поставена на 0,0,0 (дори ако самата антена е далеч).

За да комбинирате графики, в настройките на 3D Plot трябва да изберете „Infinite Sphere“ (създайте друга), за която „Relative CS“ е зададено в FCA точката, която намерихме ръчно.

Трябва да се отбележи, че такова припокриване ще бъде вярно само за изследвания сектор (например главния лъч на шаблона), в страничните и задните лобове FC може да бъде разположен на различно място или да бъде несферичен.

Също така имайте предвид, че настройките на безкрайната сфера нямат нищо общо с граничното условие на радиационната граница. Слоят Rad може да се дефинира като правоъгълник, конус, цилиндър, топка, елипсоид на въртене и неговата позиция, форма и въртене могат да се преместват по желание. Позицията и формата на „Безкрайната сфера“ няма да се променят по никакъв начин. Винаги ще бъде сфера (топка) с безкраен (достатъчно голям) радиус и с център в дадена координатна система.

Файлът на модела LNB_InvertoBlackUltra.aedt за проучване е достъпен тук.

Изобретението се отнася до антенни измервания с помощта на ултрашироколентови (UWB) сигнали и може да се използва при разработването, тестването и калибрирането на антени. Измервателната и тестовата антени се поставят в далечната зона, а за озвучаване се използват UWB сигнали. По време на предварителното сондиране изпитваната антена се завърта около оста на въртене на избрани ъгли и се открива фиксиран приемен прозорец, така че получените сигнали да попадат в него. По време на основното сондиране в намерения прозорец се оценява разликата във времената на разпространение на сигналите между фазовите центрове на антените при различни ъгли на въртене на тестваната антена. За да направите това, или се оценява разликата в позицията на получените UWB сигнали във времевия прозорец на приемане, или се изчислява техният фазово-честотен спектър и се изчисляват координатите на фазовия център на тестваната антена за честотния спектър . Намерете оста на фазовия център на тестваната антена, спрямо която времето на разпространение на сигналите между фазовите центрове на антените не зависи от ъгъла на въртене на тестваната антена. За да определите пространственото положение на фазовия център на антената, променете оста на въртене на изпитваната антена и намерете друга ос на фазовия център. Фазовият център на изпитваната антена се намира в пресечната точка на осите на фазовия център. Техническият резултат е осигуряване на бързо и точно определяне на позицията на фазовия център на изпитваната антена за честотния спектър. 2 заплата f-ly, 3 ил.

Изобретението се отнася до измерване на електрически и магнитни величини, по-специално до измервания на антени, използващи ултрашироколентови (UWB) сигнали, и може да се използва при разработването, тестването и калибрирането на антени.

Фазовият център на антената е точката, в която единичен сферичен излъчвател на вълни, еквивалентен на разглежданата антенна система, може да бъде поставен по отношение на фазата на създаденото поле. В реалните антени фазовият център обикновено се разглежда в рамките на ограничените ъгли на главния лоб на диаграмата на излъчване. Позицията на фазовия център зависи от честотата на използвания сигнал, посоката на излъчване/приемане на антената, нейната поляризация и други фактори. Някои антени нямат фазов център в общоприетия смисъл.

В най-простите случаи, например при параболична антена, фазовият център съвпада с фокуса на параболоида и може да се определи от геометрични съображения. Но дизайнерските и технологичните грешки водят до изместване на фазовия център дори в най-простите конструкции на антената. За тези случаи е известен метод за определяне на фазовия център на антената, който се състои в поставяне на измервателната антена в областта на двойното фокусно разстояние на изследваната параболична антена, премествайки антенната система до точката на максимално приемане на отразения сигнал, определяйки координатите на посочената точка и като ги вземете за център на сферата, апроксимираща параболоида, намерете фокуса на параболоида, който се счита за фазов център на изследваната параболична антена. Чрез определяне на посоката на вектора на Пойнтинг на радиационното поле на антената е възможно да се определят осите на фазовия център, които се пресичат във фазовия център на антената. За да се определи пресечната точка, е достатъчно да се определят две оси.

Недостатъкът на този метод е ограниченият обхват на приложение - само за параболични антени, както и значителната сложност на извършване на измервания, когато е необходимо да се определи фазовият център за честотния спектър.

В по-сложни случаи, като рупорни антени, позицията на фазовия център не е очевидна и изисква подходящи измервания. Известен е метод за определяне на фазовия център на излъчващ рог, който се състои в възбуждане на клаксона с микровълнов сигнал, получаване на сигнала, отразен от специален екран, оценка на фазата на получения сигнал и определяне на координатите на фазовия център на тестваната антена.

Недостатъкът на този метод е ограниченият обхват на приложение - само за рупорни антени, както и значителната сложност на извършване на измервания, когато е необходимо да се определи фазовият център за честотния спектър.

Съществува известен метод за определяне на фазовия център на елемент на антенна решетка, който се състои в инсталиране на две антени в далечната зона, сондиране на елемента на тестваната антенна решетка, за което те го въртят около оста на въртене, във всяка позиция, те излъчват сигнали с моделна антена, приемат ги с тестовата антена и оценяват амплитудата и фазата на получените сигнали и намират вектора на фазовия център, който минимизира разликата между измерените и изчислените фазови модели.

Недостатъкът на този метод е високата сложност на извършването на измервания, когато е необходимо да се определи фазовият център на антената за честотния спектър.

Най-близкият до претендирания метод е методът за определяне на позицията на фазовия център на антената, който се състои в инсталиране на две антени в далечната зона, сондиране на тестваната антена, за което те я завъртат около оста на въртене при избран ъгли, във всяка позиция те излъчват сигнали с постоянни характеристики една, приемат своята измервателна антена и оценяват получените сигнали, фазовият център на изпитваната антена се намира в пресечната точка на осите на фазовия център. В този случай измервателната антена се поставя последователно в две точки на електромагнитното поле, като във всяка позиция се измерват амплитудите и фазите на получения сигнал за три ортогонални компонента на вектора на електрическото поле, определят се две оси на фазовия център, започвайки от фазовите центрове на спомагателната антена (в две позиции) и завършвайки във фазовия център на изпитваната антена.

Недостатъците на този метод са неговата пригодност само за елиптична поляризация на антената, ниска точност и висока сложност на извършване на измервания, когато е необходимо да се определи фазовият център на честотния спектър. Ниската точност се обяснява с факта, че точното определяне на компонентите на вектора на електрическото поле не е лесна задача и намирането на пресечната точка на два неточно известни вектора от далечната зона води до още по-значителни грешки.

Познаването на точното положение на фазовия център на антената е от голямо значение за високоточни навигационни измервания, тъй като грешките при определяне на позицията на фазовия център пряко влияят върху точността на определяне на навигационните параметри на обектите. По време на проектирането, производството и калибрирането на антените се вземат мерки за изясняване на позицията на фазовия център. Съвременните антенни системи широко използват антенни решетки, за които самата концепция за „фазов център“ става сложна и още повече нейното измерване. Например, в системите за глобално позициониране (GPS), прецизните ефемериди, предоставени от Международното геодинамично проучване (IGS) и други организации, предават информация за центъра на масата на сателита и когато се генерират и използват такива ефемериди за обработка на GPS данни, това е необходимо е да се знае точната позиция на фазовия център на антената по отношение на центъра на масата на сателита, като се вземат предвид грешките в дизайна при производството на антените и сателита, влиянието на самия навигационен спътник върху работата на антената, наблюдение ъгли, поляризация и други фактори. За подобряване на точността се използва калибриране. В допълнение, съвременните антенни системи често използват сложни, немонохроматични сигнали, което прави измерванията на антената много трудни.

Задачите, които предлаганият метод решава, са бързото и точно определяне на положението на фазовия център на изпитваната антена за честотния спектър.

За да се реши този проблем, методът за определяне на позицията на фазовия център на антената се състои в инсталиране на две антени в далечната зона, сондиране на тестваната антена, за което те я завъртат около оста на въртене под избрани ъгли, във всяка позиция те излъчват сигнали с постоянни характеристики на една, а ги приемат друга антена и оценяват получените сигнали, фазовият център на тестваната антена се намира в пресечната точка на осите на фазовия център, UWB сигналите се използват за сондиране, предварително извършва се сондиране, по време на което се оценяват и избират минималният размер на прозореца за време на приемане и неговата позиция спрямо момента на излъчване, така че получените сигнали да попаднат в прозореца на приемане, извършват основното сондиране, по време на което получават сигнали в избрания времеви прозорец на приемане, оценете разликите във времената на разпространение на сигнала между фазовите центрове на антените при различни ъгли на въртене на изпитваната антена и намерете оста на фазовия център на изпитваната антена, успоредна на оста на въртене, спрямо което времето на разпространение на сигналите между фазовите центрове на антените не зависи от ъгъла на въртене на тестваната антена, изберете друга ос на въртене на тестваната антена, повторете предварителните и основните сондажи и намерете друга ос на фазовия център.

По време на основното сондиране, за грубо определяне на позицията на фазовия център на антената, разликата в тяхната позиция във времевия прозорец на приемане се използва като оценка на разликата във времената на разпространение на сигнала между фазовите центрове на антената,

За точно определяне на позицията на фазовия център на антената, за да се оцени разликата във времената на разпространение на сигнала между фазовите центрове на антените по време на основното сондиране, се изчислява техният фазово-честотен спектър и координатите на фазовия център на антената под тест са изчислени за честотния спектър.

Съществените разлики на предложения метод спрямо прототипа са:

UWB сигналите се използват като звукови сигнали. Такива сигнали позволяват да се ускорят измерванията на антената, като се извършват едновременно в широк диапазон от честоти.

Прототипът използва монохроматични сигнали. Работата с такива сигнали е технически по-проста и по-очевидна, тъй като характеристиките на антената се измерват директно на всяка честота поотделно. Въпреки това, ако е необходимо да се определи позицията на фазовия център за честотния спектър, сложността на измерванията се увеличава многократно.

Извършва се предварително сондиране, при което се оценява минималният размер на времевия прозорец на приемане и неговото положение спрямо момента на излъчване и се избират така, че получените сигнали да попадат в прозореца на приемане. Изборът на фиксиран времеви прозорец за приемане дава възможност да се вземат предвид всички информационни части на получения сигнал при всички избрани ъгли на въртене на тестваната антена, прави възможно извършването на допълнителни измервания при същите условия и гарантира, че точност на изчисляване на фазово-честотната характеристика на получения сигнал при последваща обработка на резултатите от измерването. Минималният размер на прозореца за приемане също така осигурява повишена точност на измерване, тъй като с избрания брой проби в прозореца за приемане, стъпката на вземане на проби във времето е минимална. Освен това, в резултат на избора на минимален времеви прозорец за приемане, поради разликата в пътя, сигналите, отразени от чужди обекти в изследователската зона, не попадат в него и поради това цената на измерванията на антената се намалява.

В прототипа приемането на сигнала става непрекъснато, несинхронизирано с момента на излъчване. В този случай фазата на монохроматичния сигнал се определя нееднозначно, което води до необходимостта от използване специални схеми, например AS СССР № 1125559. В допълнение, решаването на проблема със страничните отражения в този случай е придружено от сериозни материални разходи за създаване на безехови камери, абсорбиращи покрития, които работят само в определени честотни диапазони, провеждане на скъпи измервания при прелитане и др.

Извършва се основно сондиране, при което се получават сигнали в избрания времеви прозорец на приемане, разликите във времената на разпространение на сигнала между фазовите центрове на антените се оценяват при различни ъгли на въртене на тестваната антена и оста на намира се фазов център на изпитваната антена, успореден на оста на въртене, спрямо която времето на разпространение на сигнала между фазовите центрове на антените не зависи от ъгъла на въртене на изпитваната антена. Основната разлика е използването на разлики във времената на разпространение на сигнала, което дава възможност да се премине към измерване на позицията на фазовия център спрямо оста на въртене на изпитваната антена.

В прототипа се намират осите на фазовия център, излизащи от местата на измервателната антена в далечната зона, което генерира значителни грешки в измерването.

Изберете друга ос на въртене на тестваната антена, повторете предварителното и основното сондиране и намерете друга ос на фазовия център. Друга ос на въртене може да бъде избрана произволно, включително под ъгъл 90 ° спрямо първата ос, което увеличава точността на намиране на пресечната точка на осите и следователно на координатите на фазовия център.

В прототипа осите на фазовия център са разположени в рамките на ограничен ъгъл на главния лоб на диаграмата на излъчване, което намалява точността на намиране на пресечната точка на тези оси.

За да се оцени разликата във времената на разпространение на сигнала по време на основното сондиране, се използва разликата в тяхната позиция във времевия прозорец на приемане. Този метод позволява само груба оценка на позицията на фазовия център, без да се взема предвид зависимостта на позицията на фазовия център от честотата.

В прототипа липсата на синхрон между моментите на излъчване и приемане не ни позволява да открием разликата във времената на приемане на сигнала при завъртане на тестваната антена.

По-точно положение на фазовия център може да се получи, когато се изчисли техният фазово-честотен спектър, за да се оцени разликата във времената на разпространение на сигнала по време на основното сондиране. Фазовите разлики на получения сигнал при всяка честота могат лесно да бъдат преобразувани в разлики във времената на разпространение на сигнала и координатите на фазовия център на тестваната антена се изчисляват за честотния спектър. Този подход позволява да се намали трудоемкостта на работата поради факта, че в един цикъл на измерване е възможно да се получи спектър от координати на фазовите центрове на изпитваната антена.

Прототипът определя фазовия център на антената за една честота. Ако е необходимо да се получат посочените резултати за честотния спектър, възникват големи времеви и хардуерни разходи за преструктуриране на генератори на звукови сигнали, фазометри и други елементи на устройства, които прилагат този метод.

Изобретателският метод е илюстриран със следните графични материали:

Фигура 1 - Схема за грубо изчисляване на положението на фазовия център на антената.

Фигура 2 - Схема за точно изчисляване на позицията на фазовия център на антената.

Фигура 3 - Устройство, което реализира предложения метод.

Нека разгледаме възможностите за прилагане на предложения метод.

Преди да започнете измерванията, фиг. 1, се монтират две антени в далечната зона, т.е. изберете разстоянието L между очакваните фазови центрове на тестовата 1 и измервателната 2 антени, а самото разстояние L няма значение, тъй като измерванията се извършват спрямо оста на въртене на тестовата антена. Характеристиките на измервателната антена също нямат значение, тъй като нейната амплитудно-честотна характеристика и позицията на нейния фазов център също не влияят на измерванията. Ъглите на въртене на тестваната антена са избрани така, че в измервателния сектор да няма нули в амплитудната диаграма на излъчване на тестваната антена, които съответстват на фазови скокове. Тестваната антена или измерването може да действа като излъчваща антена, съответно другата антена се оказва приемна антена.

За измервания UWB сигналите се излъчват от една антена и се приемат от друга. Като такива сигнали могат да се използват идентични (с постоянни характеристики) кратки видеоимпулси с продължителност от части до няколко пикосекунди, които имат спектър от нула до десетки гигахерца. Този импулс може да бъде получен от стробоскопичен преобразувател - устройство, което в прозорец за приемане, фиксиран по отношение на момента на излъчване на сондиращия сигнал, избира една проба от получения сигнал в даден момент. Сондирането с едни и същи импулси при една и съща позиция на антените се повтаря многократно (хиляди пъти) с произволна честота, а времевите точки за вземане на проби се изместват по прозореца на приемане. В резултат на този метод на приемане се получава мащабно-времева трансформация, т.е. полученият сондиращ „бърз“ импулс се възприема като набор от неговите отброявания, но в различен времеви мащаб. В този случай става възможно всяка от пробите да се обработва „бавно“, като се използват конвенционални аналогово-цифрови преобразуватели и компютърни методи за обработка.

Да предположим, че преди да започнете измерванията, фиг. 1, оста на въртене 0Y на тестовата антена 1 е перпендикулярна на равнината XOZ и не съвпада с оста на фазовия център, успореден на нея, минаващ през точката Z c (FC) . Когато тестовата антена 1 се завърти на ъгъл α i, разстоянието между фазовите центрове на антени 1 и 2 се променя и следователно времето на разпространение на UWB сигнала между тях с количеството ΔT и фазата на приетия сигнал от ΔФ(f). Степента на промяна на фазата зависи от разглежданата честота f.

Извършва се предварително сондиране, при което изпитваната антена се завърта на избрани ъгли. Те излъчват и приемат UWB сигнали. Изберете началното време на прозореца за приемане на сигнала от антена 2, така че при всякакви ъгли на въртене α на тестовата антена 1 да се наблюдава началото на импулса, получен от антена 2, след това променете и намерете минималната продължителност на прозореца за време на приемане че при всякакви ъгли на въртене на тестовата антена 1 целият получен импулс попада в нея.

Извършва се основното сондиране, по време на което се получават UWB сигнали в избрания времеви прозорец за приемане. Основната задача за сондиране е да се намери оста на фазовия център, минаваща през фазовия център (PC) и успоредна на оста на въртене 0 на антена 1.

За груба оценка на позицията на оста на фазовия център на антена 1, оценете разликите във времената на разпространение на сигналите между фазовите центрове на антени 1 и 2 при различни ъгли на въртене на тестовата антена 1. По-специално, можете да намерете оста 0Z (базова ос), минаваща през оста на въртене на антена 1, фазовия център на антената 2 и пресичащата ос на фазовия център на антена 2 в точка Z c. За да направите това, намерете ъгловото положение на антената 1, при което полученият сигнал е най-близо до началото на прозореца на приемане (ако фазовият център е изместен напред спрямо оста на въртене) или до края на прозореца на приемане (ако фазовият център е зад оста на въртене). След това антената 2 се завърта до известен ъгъл α i и се определя разликата DT във времената на разпространение на UWB сигнала в посочените две позиции. От геометрични съображения можем да определим неизвестното количество:

Z c =СΔТ/(1-cos(α i)),

където C е скоростта на светлината. Стойността на Z c и позицията на оста 0Z еднозначно определят позицията на оста на фазовия център.

Ниската точност на описания метод за определяне на оста на фазовия център се обяснява със следните обстоятелства:

1. Позицията на фазовия център на антената зависи от честотата и следователно координатата Z c, намерена за UWB сигнала, е само един вид „интегрално приближение“ към фазовия център, но може да се използва, например, в измервания на обхват.

2. Оценката на времевата позиция на UWB сигнала в прозореца на приемане е двусмислена, тъй като когато антената 1 се завърти, формата на получените сигнали се променя, така че кой момент от получения сигнал трябва да се счита за момент на приемане не е очевиден .

3. Позицията на оста 0Z не се определя точно, тъй като в близост до α i =0 разликата ΔT на времената на разпространение на UWB сигнала се променя малко.

За решения последен проблемвъзможно е да се извършат измервания за поне три различни ъглови позиции на антената 1 и да се реши, както ще бъде показано по-долу, съответната система от уравнения.

Точното определяне на позицията на оста на фазовия център е възможно само отделно за всяка честота f j от необходимия честотен спектър. За да се реши този проблем, използвайки дискретното преобразуване на Фурие (DFT), фазово-честотният спектър на получения сигнал се изчислява при няколко ъглови позиции на антена 1. Когато n=3, методът за изчисляване на позицията на оста на фазата центърът на антена 1 за една честота f j е както следва. Нека оста на фазовия център на антена 1 при честота f j е разположена на разстояние Z c от оста на въртене Y на ортогоналната координатна система XYZ. По дефиниция на фазовия център, разстоянието Zn остава непроменено при всички избрани ъгли на въртене. Първоначалното ъглово положение на антена 1, фиг. 2, отдалечено под неизвестен ъгъл α 0 от оста 0Z, ще се счита за основно, докато оста на фазовия център на антена 1 минава през точка Z 0 с неизвестни координати. Извършва се сондиране, въз основа на резултатите от което се изчислява фазата Ф 0 (f j) на получения сигнал с помощта на DFT. Когато антена 1 се завърти около оста 0Y спрямо базовата позиция с известен ъгъл α i, оста на фазовия център ще премине през точка Z c1. В резултат на подобни измервания и изчисления, фаза Ф 1 на приетия сигнал се намира на същата честота, но на различна позиция на антена 1. Разликата в тези фази ни позволява да оценим разликата във времената на разпространение на сигнала:

ΔТ 1 =(Ф 0 -Ф 1)/2πf j.

Когато антена 1 се завърти до известен ъгъл α 2 спрямо базовата позиция, оста на фазовия център на антената минава през точка Z c2. По подобен начин се изчислява разликата във времената на разпространение на сигнала между базовата и текущата позиция на оста на фазовия център ΔT 2 . В резултат на три измервания може да се състави система от две уравнения:

ΔT 1 =Z c (cosα 0 -cos(α 0 -α 1))/C

ΔT 2 =Z c (cosα 0 -cos(α 0 -α 2))/C,

където C е скоростта на светлината.

Тази система съдържа две неизвестни α 0 и Z c. и може да се реши с известни методи. Получените стойности α 0 и Z c са полярните координати на оста на фазовия център на антена 1 за честота f j спрямо нейната ос на въртене 0.

Подобни изчисления се извършват за всички честоти f j от честотния спектър. За да се увеличи точността на изчисленията, броят на ъглите на въртене на тестваната антена 1 е избран да бъде по-голям от три, тогава системата от уравнения става излишна и нейното решение може да бъде получено, например, чрез метода на най-малките квадрати ( LSM).

Фазовият център на антена 1 може да бъде разположен не само в равнината XOZ, но и на разстояние от нея със стойност Y c. За да се намери пространственото положение на фазовия център на антена 1, нейната ос на въртене се променя. Оста 0X може да бъде избрана като нова ос. Чрез повтаряне на измерванията и изчисленията, описани по-горе, се намира втората ос на фазовия център. В разглеждания случай втората ос на въртене на антената 1 е перпендикулярна на първата. В идеалния случай намерените оси на фазовия център се пресичат. Изчислява се пресечната точка на посочените оси, която се счита за фазов център на антена 1. В реални условия се оказва, че намерените оси се пресичат. В този случай фазовият център на антена 1 се намира чрез минимизиране на разстоянието между осите, например, като се използва методът на най-малките квадрати.

По този начин изобретателният метод ви позволява бързо и точно да определите позицията на фазовия център на тестваната антена за всички избрани честоти. Получените координати на фазовите центрове позволяват използването на сложни сигнали при радарни измервания, отчитат промените в положението на фазовия център и по този начин повишават точността на измерванията с помощта на калибрирана антена.

Устройството, реализиращо предложения метод, е показано на фиг. 3, където:

1 - тествана антена;

2 - измервателна антена;

3 - въртяща се опора;

4 - компютър;

5 - линия на забавяне;

6 - генератор на сондиращи сигнали;

7 - стробоскопичен приемник;

8 - аналогово-цифров преобразувател;

9 - вход за управление на ръчно забавяне.

Тестваната антена 1 е измервателен обект с неизвестна позиция на фазовия център. Измервателна антена 2 е предназначена за измервания, нейните характеристики може да са неизвестни, тъй като те не влияят на точността поради относителния характер на измерванията.

Въртящото се опорно устройство 3 е проектирано да завърта антената 1 под известни ъгли под контрола на кодови съобщения от компютъра 4.

Компютър 4 контролира работата на устройството, обработва резултатите от измерването и изчислява координатите на фазовия център на тествана антена 1.

Линията на закъснение 5 е предназначена да избира и фиксира прозореца за получаване на сондиращи сигнали, както и да променя позицията на получените сигнални проби в прозореца за време на приемане. Линията на забавяне съдържа блокове с грубо забавяне и фино забавяне. Първият блок ви позволява да забавите момента на излъчване на UWB сигнала спрямо момента на неговото приемане, т.е. указва началото на прозореца за получаване. Може да се реализира на генератор на тактов сигнал и цифров брояч, чийто номер на преобразуване се управлява от компютъра 4. Устройството за прецизно забавяне се състои от цифрово-аналогов преобразувател и диод за съхранение на заряда. Кодът, идващ от компютър 4, задава диодния праг, който променя закъснението на тригерния сигнал.

Генераторът на пробни сигнали 6 генерира UWB сигнали.

Стробоскопичният приемник 7 избира една проба от получения сигнал според стробоскопичния сигнал.

Аналогово-цифровият преобразувател 8 е предназначен да преобразува проби от получения сигнал в цифрова форма.

Входът за ръчно управление на закъснението 9 е предназначен за избор на прозореца на приемане по време на предварителното сондиране.

Тестовата антена 1 и измервателната антена 2 са монтирани в далечната зона на приблизително известно разстояние L. Тестовата антена 1 е монтирана върху въртящо се опорно устройство 3 с фиксирана ос на въртене. Ще приемем, че антената под тест 1 излъчва, а измервателната антена 2 приема. Преди сондиране, компютърът 4, чрез изпращане на контролни кодови сигнали към въртящото се опорно устройство 3, задава необходимите ъгли на въртене α i на измерената антена 1 в рамките на избрания диапазон.

За стробоскопично приемане на UWB сигнал се променя стойността на точното закъснение в блок 5. В резултат на това моментът на излъчване от антена 1 се измества спрямо фиксирания момент на приемане от антена 2 и стробоскопичният приемник 7 избира. различна (по време) проба от получения сигнал. Диапазонът от стойности на прецизното забавяне определя дължината на прозореца за приемане, а стъпката определя точността на измерването. Чрез многократна промяна на стойността на точното закъснение се извършва мащабно-времево преобразуване и се получават всички проби от получения UWB сигнал, които се показват на екрана на компютърния монитор 4.

По време на сондирането сигналът за задействане от компютър 4 се подава през линията на забавяне 5 към генератора на UWB сондиращи сигнали 8, а също и чрез кабел с дължина, приблизително равна на разстоянието между антените L - към стробоскопичния преобразувател 7 и аналоговия -към цифров преобразувател 8. UWB сигналът, излъчван от антена 1, достига до антена 2 със закъснение от времето на разпространение на разстояние L между антени 1 и 2.

По време на предварителното сондиране първо изберете стойността на грубото закъснение в блок 5 и евентуално дължината на кабела, споменат по-горе, така че задействащият сигнал да пристигне в стробоскопичния приемник 7 непосредствено преди UWB сигналът да пристигне при него при произволен ъгъл на въртене на антената 1. За да реши този проблем, компютър 4 чрез въртящото се опорно устройство 3, ъглите на въртене на антената 1 се променят и промяната в позицията на началото на получения сигнал в прозореца за приемане се наблюдава на компютърен монитор 4. Ръчно през вход 9 на компютър 4 се променя стойността на грубото закъснение в блок 5 След това чрез вход 9 на компютър 4 се променя стойността и стъпката на финото закъснение в блок 5, като се постига пълно приемане на UWB. сигнал. В резултат на описаните действия се записват стойността на грубото закъснение (момента, в който започва приемането), както и стъпката и стойността на финото закъснение (точността и продължителността на прозореца за приемане).

При грубо определяне на позицията на оста на фазовия център на антена 1, позицията на получените сигнали се оценява при известни ъгли на въртене α i на антена 1 и, като се използват описаните по-горе алгоритми, координатите на точката, през която минава оста на преминаванията на фазовия център се изчисляват в компютъра 4.

При точно определяне на оста на фазовия център в компютър 4 се изчислява фазово-честотният спектър на получения сигнал и се намират координатите на точките, през които преминават осите на фазовите центрове при съответните честоти.

Променете оста на въртене на антена 1 и повторете измерванията.

Фазовите центрове на антена 1 се определят за всяка честота поотделно като пресечните точки на съответните оси на фазовите центрове.

По този начин предложеният метод може да бъде приложен на съвременна елементна база и ви позволява бързо и точно да определите координатите на фазовите центрове на изпитваната антена за честотния спектър. Познаването на тези координати ви позволява да увеличите точността на измерванията на антената, като използвате антената, която се измерва.

ЛИТЕРАТУРА

1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенно-фидерни устройства. М.: Сов. радио, 1961, с. 70-71.

2. АС СССР № 364908.

3. АС СССР № 1125559.

4. JP патент № 2000321314.

5. АС СССР № 1702325.

6. Патент JP 2183172.

7. Калибриране на фазовия център на антената, GPS World, май 2002 г., издател: Advanstar Communications Inc 859 Willamette Street, Юджийн, Орегон 97401-6806, САЩ.

8. Рябинин Ю.А. Стробоскопска осцилография. - М.: Сов. радио, 1972 г.

1. Метод за определяне на позицията на фазовия център на антена, който се състои в инсталирането на две антени, така че едната да е в далечната зона спрямо другата, сондиране на изпитваната антена, за което тя се завърта около оста на въртене на избрани ъгли и сигнали се излъчват във всяка позиция с постоянни характеристики на една, приемат ги с друга антена и оценяват получените сигнали, фазовият център на тестваната антена се намира в пресечната точка на осите, минаващи през нейния фазов център , характеризиращ се с това, че за сондиране се използват ултрашироколентови сигнали, като се извършва предварително сондиране, при което се оценява минималният размер и се избира времеви прозорец на приемане и неговото положение спрямо момента на излъчване, така че получените сигнали да попадат в приемането прозорец, извършете основното сондиране, в което се получават сигнали в избрания времеви прозорец на приемане, оценете разликите във времената на разпространение на сигналите между фазовите центрове на антените при различни ъгли на въртене на тестваната антена и намерете An ос, успоредна на оста на въртене, минаваща през фазовия център на тестваната антена, спрямо която времето на разпространение на сигналите между фазовите центрове на антените не зависи от ъгъла на въртене на тестваната антена, изберете друг оста на въртене на тестваната антена, повторете предварителното и основното сондиране и намерете друга ос, минаваща през фазовия център на тестваната антена.

Изобретението се отнася до областта на радиолокацията и е предназначено за удостоверяване на амплитудните и фазовите разпределения на електромагнитното поле (наричано по-нататък полето) в зоната на измерване на инсталации за измерване на ефективната повърхност на разсейване (ESR) на радарни цели.

Изобретението се отнася до антенни измервания с помощта на ултрашироколентови сигнали и може да се използва при разработването, тестването и калибрирането на антени

Точката във вътрешността на антената, в която се получава информация за измерване. Забележка В общия случай фазовият център не съвпада с референтната точка на антената нито в план, нито във височина. Относителното положение на фазовия център и точката... ...

Проектиране на фазирана антенна решетка- Съдържание 1 Въведение в теорията 2 Методи за изчисляване на ха ... Wikipedia

Теория на фазираните антенни решетки- Съдържание 1 Въведение в теорията 1.1 CND ... Wikipedia

ГОСТ 26566-85: Инструментална система за подход за кацане на самолети в сантиметровия диапазон на вълните, радиомаяк. Термини и дефиниции- Терминология GOST 26566 85: Система за подход по прибори самолетза кацане на радиомаяк на сантиметрови вълни. Термини и определения оригинален документ: 3. Азимутален радиофар на системата MLS Азимутален радиофар... ...

АНТЕНА- (от латински антенна мачта, двор), устройство за излъчване или приемане на радиовълни. А. преобразува оптимално подадената към него електроенергия. маг. вибрации в излъчваното електричество. маг. вълни (пренася електричество) или, обратно, трансформира падащото върху него електричество. маг. вълни в...... Физическа енциклопедия

Радио антена- Антена на радиотелескоп RT 7.5 MSTU. Бауман. Руска федерация, Московска област, Дмитровски район. Диаметър на огледалото 7,5 метра, работен обхват на дължината на вълната: 1-4 mm Антената е устройство за излъчване и приемане на радиовълни (вид електромагнитни... ... Wikipedia

референтна равнина на системата MLS- Вертикална равнина, минаваща през оста на пистата или площадката за азимутални радиомаяци на системата MLS, и хоризонтална равнина, минаваща през фазовия център на антената за височинни радиомаяци на системата MLS. [ГОСТГОСТ... ... Ръководство за технически преводач

Референтна равнина на системата MLS- 35. Референтна равнина на системата MLS Референтна равнина Вертикална равнина, минаваща през оста на пистата или площадката за азимутални радиофарове на системата MLS, и хоризонтална равнина, минаваща през фазовия център на антената за ... Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

GOST R 54130-2010 Качество на електрическата енергия. Термини и дефиниции- Терминология GOST R 54130 2010: Качество на електрическата енергия. Термини и определения оригинален документ: Amplitude die schnelle VergroRerung der Spannung 87 Дефиниции на термина от различни документи: Amplitude die schnelle VergroRerung der… … Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

PHASE Shifter- устройство, което върти електрическата фаза. сигнал. Широко използвани в различни радиотехника устройства, антенна техника, комуникационна техника, радиоастрономия, измерване. технология и др. (вижте също Антена, Радиоприемателни устройства, Радиопредаване... ... Физическа енциклопедия

GOST R IEC 61094-3-2001: Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията. Измервателни микрофони. Основен метод за калибриране в свободно поле за лабораторни референтни микрофони чрез реципрочен метод- Терминология GOST R IEC 61094 3 2001: Държавно устройствоосигуряване на еднаквост на измерванията. Измервателни микрофони. Основен метод за калибриране в свободно поле за лабораторни референтни микрофони, използващ метода на реципрочност оригинален документ: ... ... Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

Когато разглеждахме принципа на действие на параболично огледало, ние приехме, че в неговия фокус е разположен точков източник. Истинските облъчватели имат размери, сравними с вълната и често дори по-големи от нея.

Въпросът е как трябва да се постави облъчвателят спрямо фокуса? Кой вибратор е активен или пасивен за облъчвателите, показани на фиг. 43 и 44, трябва да са във фокуса на огледалото?

Такива въпроси винаги се изправят пред инженерите, разработващи антенни устройства. И дават следния отговор: фокусът на огледалото трябва да съвпада с тази точка на облъчвателя, която мислено може да се приеме като фазов центъроблъчвател, т.е. като отправна точка на сферични вълни.

Местоположението на фазовия център се определя експериментално. Опитът показва, че показаните на фиг. 43 и 44, фазовият център е разположен между активния и пасивния вибратор, малко по-близо до първия. За каналите на рога фазовият център се намира вътре в него, в близост до гърлото на рога.

При условие, че ако фазовият център на подаването не съвпада с фокуса, са възможни два случая.

Първо, ще разгледаме опцията за надлъжно дефокусиране на системата за подаване-огледало, когато подаване се измества на една или друга страна от фокуса по оста OZ.

Нека се обърнем към фиг. 51 и изградете пътя на лъчите, отразени от огледалото, като приемете, че във всяка точка на параболоида радиовълната се отразява според законите на оптиката като от плоско огледало, допирателна към параболата в дадена точка.

Ако, когато облъчвателят е поставен във фокуса на параболично огледало, отразените лъчи вървят успоредно на фокалната ос OZ,след това, когато облъчвателят се отдалечи от фокуса от огледалото (точка IN)ъглите на падане на лъчите във всяка точка на огледалото ще се увеличат в сравнение с правилното местоположение на облъчвателя (j 2 > j 0). Поради добре известния закон на оптиката, че ъглите на падане са равни на ъглите на отражение (j 1 = j 2), отразените от огледалото лъчи ще се движат в разминаващ се лъч. Когато облъчвателят е изместен към точката а,лежащ зад фокуса, отразените лъчи ще бъдат наклонени към оста OZ.

Тъй като вълновите повърхности (фронт на вълната) са перпендикулярни на лъчите, тогава във втория случай (точка а)фронтът на вълната в отвора на огледалото не е плосък, а вдлъбнат; в първия случай фронтът на вълната става изпъкнал.

И в двата случая фронтът на вълната е симетричен спрямо оста OZ,следователно диаграмата на излъчване на антената също остава симетрична, когато захранването се измества, но главният й лоб се разширява, сливайки се с първите странични лобове.

Ако антената е много разфокусирана, главният лоб може дори да се разцепи.

Представа за степента на влияние на изкривяванията на вълновия фронт в апертурата на антената върху нейното усилване е дадена на фиг. 52, която показва зависимостта на намаляването на усилването на параболична антена от абсолютната стойност на отклонението и фазата на отразената вълна в краищата на огледалото спрямо фазата в центъра на отвора му.

В тази графика коефициентът на усилване на идеална антена се приема за единица, при която в излъчващия отвор се създава плоска вълна с равномерно разпределение на амплитудата.

На практика фазовите отклонения, които не надвишават 1/8l, се считат за приемливи. Намаляването на усилването на антената в този случай не надвишава 8% (виж фиг. 52).

За конкретни проби от антени това изискване се изпълнява чрез специални конструктивни мерки, които елиминират възможността за погрешно инсталиране на захранващите канали и в същото време осигуряват взаимозаменяемостта на последните.

Нека сега разгледаме как насочените свойства на антените ще бъдат повлияни от напречните движения на захранването.

Ако фазовият център на захранването се премести извън фокуса в посока, перпендикулярна на оптичната ос, това ще доведе до асиметрична промяна на вълновия фронт в отвора на огледалото: той ще се наклони в посока, обратна на изместването на захранването (фиг. 53). Но тъй като основният максимум на излъчване на антената винаги е насочен перпендикулярно на фронта на вълната, в резултат на напречно разфокусиране, основният максимум на диаграмата на излъчване ще се завърти под ъгъл, равен на ъгъла на наклона на вълната.

В същото време самото основно венчелистче е донякъде деформирано. Степента на тази деформация ще се определя от това доколко облъчвателят е изместен извън фокуса.

Това свойство за промяна на посоката на главния лоб на диаграмата на излъчване, когато захранването се премества напречно, се използва широко в радара за люлеене (сканиране) на лъча.

Завършвайки краткото разглеждане на параболичните антени, посочваме, че симетрични и асиметрични фазови изкривявания в техните отвори могат да възникнат не само поради разфокусиране на захранването, но и поради отклонението на огледалния профил от параболичния. Източникът на изкривяване на полето може да бъде и самият източник на захранване, ако неговият вълнов фронт се различава от сферичния.

При условия на работа причините за всички тези изкривявания могат да бъдат или механични повреди на огледалото и облъчвателя, или валежи през зимата.

Натрупванията от лед и сняг върху огледалото и облъчвателя, като правило, променят изчисления път на лъчите и се оказват електрически еквивалентни на изкривяване на профила на огледалото или разфокусиране на облъчвателя. Ето защо трябва внимателно да спазвате всички правила за работа с антени, които обикновено са посочени в инструкциите и ръководствата за конкретно оборудване. Последната забележка, разбира се, се отнася за антени от всички видове.

Изчисляване на фазовия център на гофриран антенен рупор

Изчисляването на фазовия център е много трудоемка задача по отношение на точността. Местоположението на фазовия център зависи от много параметри, като посоката на поляризацията, посоката на ъгъла на сканиране и ширината на блендата. Устройството, моделирано в този пример, е цилиндричен гофриран рупор с линейна вертикална поляризация.

Изключително важно е да се получат точни резултати. правилни настройки. Поляризацията на Е-полето съвпада с Е-равнината (вертикална ориентация). Фигура 2 показва фи компонента на Е-полето в триизмерно представяне. Може да се отбележи, че този компонент на полето е добре дефиниран по хоризонталната посока, която в този случай е H-равнината. Настройките на фазовия център, според които е представено това изображение, са показани на същата фигура вляво. Като алтернатива, ако е избрана Е-равнина, трябва да се избере тета компонента на Е-полето. Обърнете внимание, че фазовите центрове на полетата E и H са различни един от друг.

Фигура 2 – Задаване на посоката на сканиране на полето в H-равнината

Когато CST MWS постпроцесорът изчислява полето на дадено устройство, фазовата графика може да бъде конструирана както в триизмерен формат, така и в определена посока. Мощността, консумирана от постпроцесора, се обяснява с факта, че изчислението взема предвид факта, че произходът на полето може да бъде променен. Тази функция се използва за коригиране и/или задаване на първоначалните координати на полето спрямо местоположението на изчисления фазов център. В този случай промяната на фазата ще се покаже в 2D и за определен ъгъл на блендата. Фигура 3 показва как центърът на полето е настроен на три различни позиции - местоположението на фазовия център, както и +/- 5% от пълната дължина на клаксона (изместване на z-ос).

Фигура 3 – Три различни местоположения на произход на полето

Фигура 4 показва триизмерни диаграми на Е-полето за трите различни места на произход на полето, обсъдени по-рано. Средната графика показва най-малката фазова промяна в хоризонталната посока. По-визуално представяне на фазовата промяна е показано на Фигура 5, в която фазата е представена по H-равнината. Фазовият наклон е индикатор, че фазовият център е установен в симулацията и/или антената е пренастроена в действителната настройка за измерване.

Фигура 4 – Отляво надясно: фазовият център е изместен с +5%, в центъра и с -5%

Фигура 5 - Промяна на фазата по H-равнината

Позицията на фазовия център се променя според разглеждания ъгъл на отвора. Колкото по-малък е ъгълът на отвора, толкова по-малка е промяната в местоположението на фазовия център. Този факт е показан на фигура 6. Отново имайте предвид, че оценките на фазовия център в равнините E и H са различни. Стандартното отклонение е друг критерий за точността на определяне на фазовия център (Фигура 7).

Фигура 6 – Зависимост на фазовия център от ъгъла на отвора

Фигура 7 – Колкото по-малък е ъгълът на отвора, толкова по-малко е стандартното отклонение

Сравнение на теория и практика

При две различни честоти (+/-2% спрямо средната честота) се изчислява фазовият център. Поляризацията е в Е-равнината. Антената се върти в Н-равнина (азимутална). В зависимост от наклона на фазата спрямо ъгъла на сканиране, антената се препозиционира леко по протежение на оста си на разпространение и се измерва отново, докато се намери плоска фаза. Фигура 8 показва действителните местоположения на фазовите центрове. Фигура 9 показва същата картина, но в увеличен вид. Както може да се види, стойностите, получени от моделирането, се съгласуват доста добре с практическите данни.

Фигура 8 – Действително местоположение на фазовите центрове на вълнообразния рог

Фигура 9 – Отклонение на теоретичните стойности от практическите; имайте предвид, че местоположението на фазовия център, изчислено за различни честоти, е различно