Установка для измерения параметров антенн во временной области

1. Теория

Исследование антенных систем традиционно проводится в частотной области с использованием гармонического сигнала. Это требует значительных затрат времени и большого количества измерительного оборудования, особенно при исследовании широкополосных и сверхширокополосных антенн. В настоящее время развитие техники пикосекундных импульсов позволяет реализовать схему измерения параметров антенн во временной области в диапазоне частот до 18 ГГц.

Данный способ измерений основан на использовании зондирующего видеоимпульса длительностью несколько десятков пикосекунд для получения отклика исследуемой антенны во временной области. Частотная характеристика отклика рассчитывается с помощью алгоритмов БПФ, затем полученный спектр нормируется на спектр сигнала от эталонной антенны с известной зависимостью коэффициента усиления от частоты. Вращая антенну в различных плоскостях, получают амплитудную и фазовую диаграммы направленности антенны.

Достоинством метода является возможность одновременного измерения параметров антенн во всем диапазоне частот и временная селекция сигналов, позволяющая обходиться без дорогостоящих безэховых камер.

Регистрация данных проводится в промежутке времени (временном окне) между появлением сигнала, распространяющегося по прямой, соединяющей антенны, и появлением отраженных сигналов.

Выбор расстояния между антеннами и расположения отражающих поверхностей относительно излучающей и приемной антенн определяется частотным диапазоном испытуемой антенны fl < f < fh, размером апертуры D и фазовой характеристикой () тракта приемопередачи.

Разность хода прямого и отраженного лучей:
где R - расстояние между антеннами; H - высота расположения антенн над отражающей поверхностью.
Безэховый временной интервал:, где c - скорость света.

В случае линейности фазовой характеристики ()=, фазовое "расплывание" импульса отсутствует и время релаксации импульса на выходе антенны: r = max{1/fl , 1/(fh - fl)}

Необходимое условие однозначности измерений:T r
Для измерений в дальней зоне:R 2D2fh / c.
Тогда минимальное удаление антенны от отражающих плоскостей:

Таким образом вид импульсной характеристики антенны, ее размеры и диапазон рабочих частот накладывают определенные ограничения на возможность безэхового измерения ее характеристик, однако в этом случае возможно проведение измерений в безэховой камере с сохранением других преимуществ метода - дешевизны измерительного оборудования и оперативности измерений. Так, на снятие диаграммы направленности сверхширокополосной антенны в диапазоне частот 1 - 18 ГГц требуется около 10мин.

2. Организация измерений

В состав измерительной установки входят:
  •  генератор видеоимпульсов;
  •  регистратор сигналов;
  •  стробоскопический преобразователь;
  •  излучающая антенна;
  •  эталонная антенна;
  •  треноги;
  •  координатно-поворотное устройство;
  •  персональный компьютер;
  •  специализированное програмное обеспечение.

Схема измерительной установки
Схема измерительной установки

Генератор обеспечивает формирование видеоимпульсов длительностью около 250 пс. Импульс генератора обрабатывается формирователем для получения импульса длительностью около 30 пс и эффективной шириной спектра 0 - 18 ГГц.
В качестве регистратора используется стробоскопический осциллограф, управляемый от компьютера

3. Основные характеристики установки:

 Диапазон частот измерения эффективной поверхности и коэффициента усиления антенн от 0,2 до 18 ГГц
 Диапазон измерения коэффициента усиления относительно коэффициента усиления эталонной антенны не менее 30 дБ
 Пределы измерения ослабления тракта приемо-передачи в диапазоне частот от 1 до 18 ГГц от 0 до 40 дБ
 Предел основной погрешности измерения коэффициента усиления и эффективной поверхности антенн 1 дБ
 Динамический диапазон измерения диаграммы направленности и поляризации 40 дБ
 Диапазон измерения диаграммы направленности по азимуту 1800
 Погрешность установки угла при измерении диаграммы направленности 0,20
 Время непрерывной работы 8 часов
 Диапазон рабочих температур +10 - +40 0C
Назад Наверх Далее