RU105466U1

RU105466U1 - AUTOMATED COMPLEX FOR MEASUREMENTS OF RADIOTECHNICAL CHARACTERISTICS OF Aperture Antennas

Info

Publication number: RU105466U1
Application number: RU2011101187/28U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Викторович Лапин; Сергей Сергеевич Чурин; Виктор Сергеевич Буздалов; Николай Иванович Мамонов; Вячеслав Петрович Кузнецов; Александр Анатольевич Пак; Геннадий Михайлович Коробцов; Анатолий Павлович Миляев; Валентин Иванович Зоров; Владимир Алексеевич Воронцов; Юрий Иванович Белый; Евгений Александрович Пигин; Василий Иванович Сокиран; Юрий Иванович Козлов; Александр Евгеньевич Чалых; Валерий Александрович Шитов; Олег Дмитриевич Козлов; Фёдор Евгеньевич Абдалов; Елена Ивановна Старшинова; Александр Васильевич Воронежцев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ульяновский механический завод" (ОАО "УМЗ")
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2011-06-10

Abstract

Автоматизированный комплекс для измерений радиотехнических характеристик апертурных антенн, установленный в безэховой камере и содержащий опорно-поворотное устройство с управляемыми приводами и установленной на нем измеряемой апертурной антенной, сканер с управляемыми приводами позиционирования зондирующей антенны относительно измеряемой, контроллер позиционирования, связанный с приводами антенн, радиочастотное приемопередающее устройство, связанное с измеряемой и зондирующей антеннами и центральный компьютер, связанный с контроллером позиционирования и радиочастотным приемопередающим устройством, отличающийся тем, что опорно-поворотное устройство обеспечивает измерительной антенне три степени свободы перемещения, приводы сканера обеспечивают зондирующей антенне четыре степени свободы перемещения, в качестве радиочастотного приемопередающего устройства используются сверхширокополосные приемник и передатчик соответственно, опорно-поворотное устройство установлено на платформе, снабженной домкратами первичного позиционирования и колесами с возможностью перемещения по рельсам за пределы безэховой камеры, сканер и опорно-поворотное устройство покрыты радиопоглощающим материалом. An automated complex for measuring the radio-technical characteristics of aperture antennas installed in an anechoic chamber and containing a pivoting device with controllable drives and a measurable aperture antenna mounted on it, a scanner with controllable actuators for positioning the probe antenna relative to the measurable one, a positioning controller associated with antenna drives, an RF transceiver a device associated with the measured and probing antennas and a central computer connected with a positioning roller and a radio-frequency transceiver, characterized in that the rotary support device provides three degrees of freedom of movement to the measuring antenna, the scanner drives provide four degrees of freedom of movement to the probe antenna, ultra-wideband receiver and transmitter are used as the radio-frequency transceiver, respectively; on a platform equipped with primary positioning jacks and wheels with optional awn move on rails outside of the anechoic chamber, a scanner and a support-rotating device coated with absorbing materials.

Description

Полезная модель относится к устройствам для измерения или индикации электрических величин, в частности, радиотехнических характеристик апертурных антенн. Заявляемый комплекс может быть использован для измерений амплитудных и фазовых диаграмм направленности, поляризационных характеристик, коэффициента усиления и координат фазового центра апертурных антенн (параболоидов, рупоров, фазированных антенных решеток и т.д.) на основе измерений в ближней зоне, используя анализ излученных и принятых сигналов во временной области в частотном диапазоне от единиц до десятков гигагерц.The invention relates to devices for measuring or indicating electrical quantities, in particular, the radio characteristics of aperture antennas. The inventive complex can be used to measure amplitude and phase radiation patterns, polarization characteristics, gain and coordinates of the phase center of aperture antennas (paraboloids, horns, phased antenna arrays, etc.) based on measurements in the near field, using the analysis of emitted and received signals in the time domain in the frequency range from units to tens of gigahertz.

Известен комплекс для измерений радиотехнических характеристик антенн [1], основанный на измерении мощности в щелевой антенной решетке в ближней зоне в зависимости, используя два поворотных стола.A well-known complex for measuring the radio characteristics of antennas [1], based on the measurement of power in a slotted array in the near field depending, using two turntables.

Недостатками этого способа являются низкая скорость измерений, связанная с ручным управлением и ограниченная область применения - только щелевые антенны.The disadvantages of this method are the low measurement speed associated with manual control and a limited scope - only slot antennas.

Известен комплекс для измерений радиотехнических характеристик антенн [2], содержащий опорно-поворотное устройство (ОПУ) с управляемыми приводами и установленной на нем измеряемой антенной, зондирующую антенну, контроллер позиционирования, связанный с приводами антенн, радиочастотное приемо-передающее устройство, связанное с измеряемой и зондирующей антеннами и центральный компьютер, связанный с контроллером позиционирования и радиочастотным приемопередающим устройством.A known complex for measuring the radio technical characteristics of antennas [2], comprising a rotary support device (OPU) with controllable drives and a measurable antenna mounted on it, a probing antenna, a positioning controller associated with the antenna drives, a radio frequency transceiver associated with the measured and probing antennas and a central computer connected to the positioning controller and the radio frequency transceiver.

Недостатком данного устройства является ограниченный круг решаемых задач: для позиционирования антенн используется только поворотное устройство, а для измерения применяется частотный метод.The disadvantage of this device is the limited range of tasks: only a rotary device is used to position the antennas, and the frequency method is used for measurement.

Известен комплекс для измерений радиотехнических характеристик антенн в ближней зоне [3], размещенный в безэховой камере и содержащий ОПУ с управляемыми приводами и установленной на нем измеряемой антенной, сканер, с управляемыми приводами позиционирования зондирующей антенны относительно измеряемой, контроллер позиционирования, связанный с приводами антенн, радиочастотное приемо-передающее устройство, связанное с измеряемой и зондирующей антеннами и центральный компьютер, связанный с контроллером позиционирования и радиочастотным приемо-передающим устройством.A known complex for measuring the radio technical characteristics of antennas in the near zone [3], located in an anechoic chamber and containing an OPU with controllable drives and a measurable antenna mounted on it, a scanner, with controllable actuators for positioning the probe antenna relative to the measured one, a positioning controller associated with the antenna drives, a radio frequency transceiver associated with the measured and probing antennas and a central computer connected to a positioning controller and radio frequency transceiver.

Недостатком данного комплекса является ограниченный круг решаемых задач, в частности, две степени свободы для зондирующей антенны и неподвижное положение измеряемой не позволяют оценить радиотехнические характеристики антенны в полной мере. Кроме того, комплекс [3] использует способ измерения в частотной области, недостатки которого будут рассмотрены ниже.The disadvantage of this complex is the limited range of tasks, in particular, two degrees of freedom for the probing antenna and the stationary position of the measured one does not allow to fully evaluate the radio technical characteristics of the antenna. In addition, the complex [3] uses a measurement method in the frequency domain, the disadvantages of which will be discussed below.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является комплекс для измерений радиотехнических характеристик антенн [4], установленный в безэховой камере и содержащий ОПУ с управляемыми приводами и установленной на нем измеряемой антенной, сканер - поворотный привод зондирующей антенны относительно измеряемой, контроллер позиционирования, связанный с приводом измеряемой антенны, радиочастотное приемо-передающее устройство, связанное с измеряемой и зондирующей антеннами и центральный компьютер, связанный с контроллером позиционирования и радиочастотным приемо-передающим устройством.Closest to the claimed utility model is a complex for measuring the radio technical characteristics of antennas [4], installed in an anechoic chamber and containing an OPU with controlled drives and a measurable antenna mounted on it, a scanner - a rotary drive of the probe antenna relative to the measured one, positioning controller associated with the drive of the measured antennas, a radio frequency transceiver associated with the measured and probing antennas and a central computer connected to the positioner controller radio and radio transceiver.

Недостатком данного устройства является ограниченность решаемых задач - исследуется только зависимость характеристик измеряемой антенны от ее угловых положений.The disadvantage of this device is the limited tasks to be solved - only the dependence of the characteristics of the measured antenna on its angular positions is investigated.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание автоматизированного комплекса для полного и точного измерения радиотехнических характеристик апертурных, в том числе и крупногабаритных и тяжелых антенн, используя ближнюю зону и сверхширокополосные сигналы.The problem solved by the claimed utility model is the creation of an automated complex for the complete and accurate measurement of the radio characteristics of aperture, including large and heavy antennas, using the near field and ultra-wideband signals.

Для решения поставленной задачи в автоматизированном комплексе для измерений радиотехнических характеристик апертурных антенн, установленном в безэховой камере и содержащем ОПУ с управляемыми приводами и установленной на нем измеряемой апертурной антенной, сканер, с управляемыми приводами позиционирования зондирующей антенны относительно измеряемой, контроллер позиционирования, связанный с приводами антенн, радиочастотное приемо-передающее устройство, связанное с измеряемой и зондирующей антенной и центральный компьютер, связанный с контроллером позиционирования и радиочастотным приемо-передающим устройством, ОПУ обеспечивает измерительной антенне три степени свободы перемещения, приводы сканера обеспечивают зондирующей антенне четыре степени свободы перемещения, в качестве радиочастотного приемо-передающего устройства используются сверхширокополосные (СШП) приемник и передатчик соответственно, ОПУ установлено на платформе, снабженной домкратами первичного позиционирования и колесами с возможностью перемещения по рельсам за пределы безэховой камеры, сканер и ОПУ покрыты радиопоглощающим материалом.To solve the problem in an automated complex for measuring the radio characteristics of aperture antennas installed in an anechoic chamber and containing an OPU with controllable drives and a measurable aperture antenna mounted on it, a scanner with controllable actuators for positioning the probing antenna relative to the measurable one, a positioning controller connected to the antenna drives , a radio frequency transceiver associated with the measured and probing antenna and a central computer are connected connected with a positioning controller and a radio-frequency transmitter / receiver, the transmitter provides the measuring antenna with three degrees of freedom of movement, the scanner drives provide the probe antenna with four degrees of freedom of movement, the ultra-wideband (UWB) receiver and transmitter are used as the radio-frequency transmitter / receiver, respectively, a platform equipped with primary positioning jacks and wheels with the ability to move on rails outside the anechoic chamber, the scanner and the OPU are coated with radar absorbing material.

Для измерений радиотехнических характеристик антенн применяются измерения в дальней или в ближней зонах. Измерения в дальней зоне больше соответствуют условиям применения антенны, но сопряжены со значительными материальными затратами на создание больших полигонов для измерений, на борьбу с мешающими отражениями от посторонних объектов, на создание близких к реальным условий и т.п. Измерения в ближней зоне существенно дешевле, и при определенных условиях, например, для апертурных антенн, оказывается возможным распространить (пересчитать) результаты испытаний, полученные на малогабаритном измерительном полигоне в достоверные характеристики антенны в дальней зоне. Основными методами оценки радиотехнических характеристик антенн являются измерения в частотной и во временной областях. В первом случае в качестве зондирующих сигналов используются, например, монохроматические сигналы. Изменяя частоту зондирующего сигнала, а также относительное положение можно получить амплитудные и фазовые характеристики поля антенны. Следует отметить, что этот метод нагляден, а его результаты достаточно просто интерпретировать. Недостатками частотного метода являются: высокая трудоемкость, связанная с продолжительными измерениями, особенно, если желаемые характеристики антенны нужно получить в спектре частот. В частотной области в режиме непрерывного излучения сложно исключить влияние отражений от посторонних предметов. Во временной области в качестве зондирующего сигнала используются, например, одиночные, короткие (пикосекундные) импульсы, имеющие сверхширокополосный спектр. Прием таких сигналов сопряжен с серьезными трудностями, но применение стробоскопических методов [5] позволяет решить эту проблему. Преимущества антенных измерений во временной области заключаются, во-первых, в возможности оценки свойств антенны сразу в широком спектре частот. Во-вторых, в возможности выбора такого окна приема СШП импульса, при котором влияние посторонних предметов будет исключено или уменьшено. Заявляемый комплекс пригоден для измерения характеристик апертурных антенн, характеризующихся наличием поверхности (апертуры), на которой происходит трансформация высокочастотной энергии, распространяющейся в линии передачи, в энергию свободных электромагнитных волн. Размеры апертуры обычно значительно превышают размеры длины волны, на которой работает антенна.For measurements of the radio technical characteristics of antennas, measurements are used in the far or near zones. Measurements in the far zone are more consistent with the conditions for using the antenna, but they are associated with significant material costs for creating large polygons for measurements, for combating interfering reflections from foreign objects, for creating close to real conditions, etc. Measurements in the near zone are much cheaper, and under certain conditions, for example, for aperture antennas, it is possible to distribute (recalculate) the test results obtained at the small-sized measuring range into reliable characteristics of the antenna in the far zone. The main methods for assessing the radio technical characteristics of antennas are measurements in the frequency and time domains. In the first case, for example, monochromatic signals are used as probing signals. By changing the frequency of the probe signal, as well as the relative position, one can obtain the amplitude and phase characteristics of the antenna field. It should be noted that this method is visual, and its results are quite simple to interpret. The disadvantages of the frequency method are: high complexity associated with lengthy measurements, especially if the desired characteristics of the antenna need to be obtained in the frequency spectrum. In the frequency domain in the continuous radiation mode, it is difficult to exclude the influence of reflections from foreign objects. In the time domain, for example, single, short (picosecond) pulses having an ultra-wideband spectrum are used as a probing signal. Reception of such signals is fraught with serious difficulties, but the use of stroboscopic methods [5] allows us to solve this problem. The advantages of antenna measurements in the time domain are, firstly, in the ability to evaluate the properties of the antenna immediately in a wide spectrum of frequencies. Secondly, in the possibility of choosing such a window for receiving UWB pulse, in which the influence of foreign objects will be eliminated or reduced. The inventive complex is suitable for measuring the characteristics of aperture antennas, characterized by the presence of a surface (aperture), on which there is a transformation of high-frequency energy propagating in the transmission line into the energy of free electromagnetic waves. The dimensions of the aperture are usually significantly larger than the wavelength at which the antenna operates.

Существенными отличиями заявляемого автоматизированного комплекса для измерений радиотехнических характеристик апертурных антенн являются:Significant differences of the proposed automated complex for measuring the radio characteristics of aperture antennas are:

Опорно-поворотное устройство имеет три степени свободы перемещения измерительной антенны и обеспечивает, возможность проводить измерения в широком диапазоне относительных положений антенн, в том числе и для цилиндрических измерений.The rotary support device has three degrees of freedom of movement of the measuring antenna and provides the ability to carry out measurements in a wide range of relative positions of the antennas, including for cylindrical measurements.

В прототипе ОПУ имеет две степени свободы.In the prototype OPU has two degrees of freedom.

Приводы сканера обеспечивают зондирующей антенне четыре степени свободы перемещения.Scanner drives provide the probe antenna with four degrees of freedom of movement.

В прототипе сканер имеет лишь поворотное устройство.In the prototype, the scanner has only a rotary device.

В качестве радиочастотного приемо-передающего устройства используются сверхширокополосные приемник и передатчик.An ultra-wideband receiver and transmitter are used as the radio frequency transceiver.

В прототипе используются обычные, частотные методы зондирования.The prototype uses conventional, frequency sensing methods.

Домкраты первичного позиционирования позволяют отказаться от дорогостоящего поворотного устройства для вращения измеряемой антенны 3 вокруг оси γ, тем более, что необходимость в таком повороте возникает только перед началом измерений.The primary positioning jacks make it possible to abandon the expensive rotary device for rotating the measured antenna 3 around the axis γ, moreover, the need for such a rotation arises only before the start of measurements.

В прототипе указанные элементы отсутствуют.In the prototype, these elements are missing.

Опорно-поворотное устройство установлено на платформе, которая снабжена колесами с возможностью перемещения по рельсам за пределы безэховой камеры. Такая конструкция позволяет упростить монтаж и демонтаж антенны, проводя его за пределами безэховой камеры.The rotary support device is mounted on a platform that is equipped with wheels with the ability to move on rails outside the anechoic chamber. This design allows you to simplify the installation and dismantling of the antenna, conducting it outside the anechoic chamber.

В прототипе такая возможность отсутствует.In the prototype, this is not possible.

Заявляемую полезную модель иллюстрируют следующие графические материалы.The inventive utility model is illustrated by the following graphic materials.

На Фиг.1 приведена структурная схема автоматизированного комплекса для измерений радиотехнических характеристик апертурных антенн, где:Figure 1 shows the structural diagram of an automated complex for measuring the radio characteristics of aperture antennas, where:

1 - безэховая камера;1 - anechoic chamber;

2 - опорно-поворотное устройство;2 - slewing ring;

3 - измеряемая апертурная антенна;3 - measured aperture antenna;

4 - сканер;4 - scanner;

5 - зондирующая антенна;5 - probing antenna;

6 - контроллер позиционирования;6 - positioning controller;

7 - радиочастотное (сверхширокополосное) приемо-передающее устройство;7 - radio-frequency (ultra-wideband) transceiver;

8 - центральный компьютер;8 - a central computer;

9 - платформа;9 - platform;

10 - домкраты первичного позиционирования;10 - jacks of primary positioning;

11 - колеса;11 - wheels;

12 - рельсы;12 - rails;

13 - радиопоглощающее покрытие.13 - radar absorbing coating.

Фиг.2 - опорно-поворотное устройство 2, где:Figure 2 - slewing device 2, where:

14 - поворотное устройство вокруг оси β;14 - rotary device around the axis β;

15 - поворотное устройство вокруг оси α;15 - rotary device around the axis α;

16 - слайдер.16 - slider.

Фиг.3 - сканер 4, где:Figure 3 - scanner 4, where:

17 - привод перемещения по оси X;17 - drive movement along the X axis;

18 - привод перемещения по оси Y;18 - drive movement along the Y axis;

19 - привод перемещения по оси Z;19 - drive movement along the Z axis;

20 - привод вращения вокруг оси Z.20 - rotation drive around the Z axis.

Безэховая камера 1 представляет собой помещение, имеющее изнутри радиопоглощающее покрытие 13, обеспечивающее уменьшение мешающих отражений. Такое же покрытие 13 имеют сканер 4 и ОПУ 2. В принципе временной способ измерения позволяет отказаться от радиопоглощающего покрытия всего помещения, используя, временное окно приема, однако, эксперименты показали, что большей точности измерений удается добиться в условиях безэховой камеры.Anechoic chamber 1 is a room with a radar absorbing coating 13 inside, which reduces disturbing reflections. The scanner 4 and the OPU 2 have the same coating 13. In principle, the temporary measurement method allows you to abandon the radio-absorbing coating of the entire room using the temporary reception window, however, experiments have shown that it is possible to achieve greater measurement accuracy in an anechoic chamber.

Опорно-поворотное устройство 2, фиг.1, 2 предназначено для первичного (перед серией измерений) позиционирования измеряемой антенны 3 относительно зондирующей и обеспечивает первой три степени свободы. Два поворотных устройства 14 и 15 позволяют повернуть ОПУ вокруг осей β (вращение R) и α (вращение Q) соответственно. При этом точность установки по углу составляет единицы минут. Линейное перемещение по оси γ обеспечивают скользящие направляющие - слайдер 16.The rotary support device 2, FIGS. 1, 2 is intended for primary (before a series of measurements) positioning of the measured antenna 3 relative to the probing one and provides the first three degrees of freedom. Two rotary devices 14 and 15 allow you to rotate the control panel around the axes β (rotation R) and α (rotation Q), respectively. At the same time, the installation accuracy in the angle is units of minutes. Linear movement along the γ axis is provided by sliding guides - slider 16.

Измеряемая антенна 3 является предметом измерений. Измерительный комплекс позволяет с наибольшим успехом измерять апертурные антенны: параболоиды, рупоры, фазированные антенные решетки, в том числе и крупногабаритные, тяжелые антенны, весом более тонны.The measured antenna 3 is the subject of measurement. The measuring complex makes it possible to measure aperture antennas with the greatest success: paraboloids, horns, phased antenna arrays, including large-sized, heavy antennas weighing more than a ton.

Сканер 4 предназначен для перемещения измерительной антенны в процессе серии измерений в плоскости X, Y и обеспечивает зондирующей антенне 4 степени свободы. Линейное перемещение осуществляется приводами 17, 18 и 19 соответственно по трем ортогональным осям X, Y и Z, параллельным ортогональным осям γ, α и β при точности позиционирования до десятых долей миллиметра. Угловое перемещение (поляризацию) зондирующей антенны вокруг оси Z (вращение Р) обеспечивает поворотное устройство 20.The scanner 4 is designed to move the measuring antenna during a series of measurements in the X, Y plane and provides the probe antenna with 4 degrees of freedom. The linear movement is carried out by the actuators 17, 18 and 19, respectively, along the three orthogonal axes X, Y and Z, parallel to the orthogonal axes γ, α and β with positioning accuracy of up to tenths of a millimeter. The angular movement (polarization) of the probe antenna around the Z axis (rotation P) is provided by the rotary device 20.

В качестве средств линейного и углового позиционирования ОПУ 2 и сканера 4 может использоваться соответствующее оборудование фирмы MI Technologies [6], имеющее автоматизированные приводы для автоматического (от центрального компьютера 8) и ручного управления.As a means of linear and angular positioning of the OPU 2 and scanner 4, the corresponding equipment of MI Technologies [6] can be used, which has automated drives for automatic (from the central computer 8) and manual control.

Зондирующая антенна 5 - малогабаритная, направленная антенна предназначена для измерений антенны 3, при этом возможны два режима работы комплекса - когда антенна 5 является излучающей, а антенна 3 - приемной и наоборот.The probe antenna 5 is a small-sized, directional antenna designed to measure antenna 3, and two modes of operation of the complex are possible - when antenna 5 is emitting and antenna 3 is receiving and vice versa.

Контроллер позиционирования 6 предназначен для управления приводами устройств линейного и углового позиционирования (X, Y, Z, P, γ, Q, R) антенн 3 и 5 в автоматическом и ручном режимах.Positioning controller 6 is designed to control the drives of linear and angular positioning devices (X, Y, Z, P, γ, Q, R) of antennas 3 and 5 in automatic and manual modes.

Радиочастотное 7 приемо-передающее устройство предназначено для формирования зондирующих сигналов одной антенны и приема сигналов от другой. В заявляемой полезной модели в качестве зондирующих используются сверхширокополосные сигналы. В этом случае приемо-передающее устройство 7 содержит генератор СШП сигналов - одиночных коротких (пикосекундных) импульсов, например, [7, 8]. Для приема сигналов используется стробоскопический приемник, например, [9], осуществляющий по каждой реализации выборку и оцифровку одного отсчета принятого сигнала.Radio frequency 7 transceiver is designed to generate sounding signals of one antenna and receive signals from another. In the claimed utility model, ultra-wideband signals are used as probing. In this case, the transceiver 7 contains a UWB signal generator - single short (picosecond) pulses, for example, [7, 8]. To receive signals, a stroboscopic receiver is used, for example, [9], sampling and digitizing one sample of the received signal for each implementation.

Центральный компьютер 8 предназначен для управления через контроллер позиционирования 6 положением антенн 5 и 3, приема оцифрованных сигналов от стробоскопического приемника, обработки полученных сигналов, вычисления радиотехнических характеристик измеряемой антенны 3, отображения и документирования результатов.The central computer 8 is designed to control through the positioning controller 6 the position of the antennas 5 and 3, receive digital signals from a stroboscopic receiver, process the received signals, calculate the radio characteristics of the measured antenna 3, display and document the results.

Платформа 9 предназначена для установки и перемещения ОПУ 2 с антенной 3. Платформа 9 перемещается на колесах 11 по рельсам 12 и может быть выведена из безэховой камеры 1 для монтажа и демонтажа тяжелой антенны 3 с применением подъемно-транспортного оборудования, применение которого внутри помещения нежелательно.The platform 9 is designed to install and move the control gear 2 with the antenna 3. The platform 9 moves on wheels 11 along the rails 12 and can be removed from the anechoic chamber 1 for mounting and dismantling the heavy antenna 3 using lifting and handling equipment, the use of which is not desirable indoors.

Домкраты первичного позиционирования 10 предназначены для первичной точной установки платформы 9, так, чтобы плоскости X, У и γ, β были параллельны, а люфты в рельсах 12, колесах 11, упругости ОПУ не влияли на точность измерений.The primary positioning jacks 10 are intended for the initial accurate installation of the platform 9, so that the X, Y, and γ, β planes are parallel, and the play in the rails 12, wheels 11, and the elasticity of the control gear does not affect the measurement accuracy.

Рассмотрим работу заявляемого комплекса.Consider the work of the claimed complex.

Перед началом работ измеряемую антенну 3 за пределами безэховой камеры 1 закрепляют на ОПУ 2, установленном на платформе 9. Перемещают платформу 9 на колесах 11 по рельсам 12 и устанавливают напротив сканера 4. С помощью геодезического оборудования юстируют оси X, Y и Z сканера 4, домкратами 10 добиваются параллельности плоскостей X, У и γ, β.Before starting work, the measured antenna 3 outside the anechoic chamber 1 is mounted on the control panel 2 mounted on the platform 9. Move the platform 9 on the wheels 11 along the rails 12 and install opposite the scanner 4. Using the geodetic equipment, the axes X, Y and Z of the scanner 4 are adjusted, the jacks 10 achieve the parallelism of the planes X, Y and γ, β.

Подготовка к производству измерений заключается в том, что устанавливают измеряемую антенну 3 в определенное пространственное положение, используя поворотные устройства 15 и 14 (вращения Q, R) и слайдер 16 (перемещение по оси γ). Позиционирование и осуществляют автоматически по командам от центрального компьютера 8 или от пульта ручного управления через контроллер позиционирования 6. В последствии положение антенны 3 изменяют и повторяют измерения.Preparation for making measurements consists in installing the measured antenna 3 in a certain spatial position using rotary devices 15 and 14 (rotations Q, R) and slider 16 (movement along the γ axis). Positioning is carried out automatically by commands from the central computer 8 or from the hand-held control panel via the positioning controller 6. Subsequently, the position of the antenna 3 is changed and the measurements repeated.

Для измерений в каждом положении измеряемой антенны 3 сканер 4, используя приводы перемещения 17, 18, по командам от центрального компьютера 8, поступающим через контроллер позиционирования 6, перемещают зондирующую антенну 5 в плоскости ХУ с выбранным шагом. В каждой из NxM точек производятся СШП измерения. Для этого выбирается временное окно приема зондирующих СШП сигналов, начало которого определяется t_р - временем распространения электромагнитной волны от зондирующей антенны 5 к измеряемой 3, а длительность временем t_п окончания переходных процессов в приемной антенне. Фиксированное окно приема позволяет в значительной степени избавиться от отражений зондирующего сигнала от посторонних предметов. Вместе с тем, ряд элементов комплекса остаются в зоне влияния на зондирующий сигнал, в частности конструктивные элементы сканера 4 и ОПУ 2. Стартовый сигнал запускает генератор СШП сигналов, который формирует сверхкороткий видеоимпульс, обеспечивающий перекрытие требуемой рабочей полосы частот измеряемой антенны 3. Этот сигнал поступает, например, в зондирующую антенну 5. С задержкой на время t_р+ΔT включается приемник СШП сигналов, который из принятого измеряемой антенной 3 «выкусывает» один отсчет A₁(ΔT) - амплитуду импульса, которую преобразуют в цифровую форму и подают в компьютер 8. Через произвольное время повторяют зондирование при тех же исходных параметрах и получают A₂(ΔТ) и т.д. В результате множества реализаций вычисляют среднее значение S_mn(t)=A_ср(ΔT)=, где k - число измерений. Изменяя величину ΔT от 0 до t_п с шагом Δt можно получить все амплитуды сигналов принятых измеряемой антенной 3 в выбранном временном окне. Таким образом, этот известный подход позволяет измерить принятый сигнал с точностью до масштабно-временного преобразования.For measurements at each position of the measured antenna 3, the scanner 4, using the displacement drives 17, 18, moves the probing antenna 5 in the XY plane with the selected step by commands from the central computer 8 through the positioning controller 6. UWB measurements are made at each of the NxM points. For this selected time window probing reception of UWB signals, the beginning of which is defined by t _p - propagation time of electromagnetic waves from the antenna of the probe 5 to be measured 3, and the duration time t _n closure transients in the receiving antenna. The fixed reception window allows you to largely get rid of the reflections of the probe signal from foreign objects. At the same time, a number of elements of the complex remain in the zone of influence on the probing signal, in particular, the structural elements of the scanner 4 and the control board 2. The start signal triggers the UWB signal generator, which generates an ultra-short video pulse that provides overlap of the required operating frequency band of the measured antenna 3. This signal is received for example, in a probe antenna 5. delay time t _p + ΔT included receiver UWB signals from which the received measured antenna 3 "takes a bite" a one count ₁ (ΔT) - pulse amplitude that transformations azuyut digitized and fed to computer 8. After an arbitrary time repeated sensing at the same input parameters to give A ₂ (? T), etc. As a result of many implementations, the average value S _mn (t) = A _cf (ΔT) = where k is the number of measurements. By changing the value of ΔT from 0 to t _p in increments of Δt, you can get all the amplitudes of the signals received by the measured antenna 3 in the selected time window. Thus, this well-known approach allows you to measure the received signal accurate to the time-scale conversion.

Рассмотрим возможность получения характеристик измеряемой антенны 3 на основе полученных результатов.Consider the possibility of obtaining the characteristics of the measured antenna 3 based on the results.

В ходе одного цикла измерений формируется набор сигналов s_mn(t). Эти сигналы соответствуют m, n-му (m={1,M}, n={1,N}) положению зондирующей антенны 5 при сканировании в плоскости раскрыва измеряемой антенны 3 по двум координатам.During one measurement cycle, a set of signals s _mn (t) is formed. These signals correspond to the m, n-th (m = {1, M}, n = {1, N}) positions of the probe antenna 5 when scanning in the aperture plane of the measured antenna 3 in two coordinates.

Сканирование осуществляется в плоскости XY, параллельной плоскости раскрыва измеряемой антенны 3. В общем случае (для антенн с произвольной поляризацией) измерения проводятся при горизонтальной и вертикальной ориентации вектора зондирующей антенны 5. Тогда для каждого m, n-го положения зонда имеем два сигнала s_x(t), s_y(t).Scanning is carried out in the XY plane parallel to the aperture plane of the measured antenna 3. In the general case (for antennas with arbitrary polarization) the measurements are carried out with horizontal and vertical orientation of the vector probe antenna 5. Then for each m, nth position of the probe we have two signals s _x (t), s _y (t).

Для каждого сигнала s_mn(t) вычисляется его комплексный спектр W_mn(ω)=F{s_mn(t)}, где F{•} - символ операции преобразования Фурье.For each signal s _mn (t), its complex spectrum W _mn (ω) = F {s _mn (t)} is calculated, where F {•} is the symbol of the Fourier transform operation.

При выполнении преобразования Фурье массива дискретных отсчетов сигнала s(t_i), (t_i=iΔt; i=1,…,N), взятых с шагом дискретизации Δt, получаем массив комплексных коэффициентов Фурье с шагом Δf=1/(N-1)Δt, занимающий в частотной области интервал [0…1/Δt].When performing the Fourier transform of an array of discrete samples of the signal s (t _i ), (t _i = iΔt; i = 1, ..., N) taken with a sampling step Δt, we obtain an array of complex Fourier coefficients with a step Δf = 1 / (N-1 ) Δt, occupying the interval [0 ... 1 / Δt] in the frequency domain.

В программном обеспечении центрального компьютера 8 предусмотрена возможность использования различных типов сглаживающих функций: Хана, Хэмминга, Блэкмана, Ланцоша или Каппелини.In the software of the central computer 8, it is possible to use various types of smoothing functions: Khan, Hamming, Blackman, Lanczos or Cappelini.

После выполнения преобразования Фурье для каждой дискретной частоты рабочего диапазона ω_q имеем набор комплексных чисел W^q _mn=W_mn(ω_q). Этот набор комплексных чисел описывает амплитудно-фазовое распределение поля на плоскости вблизи раскрыва антенны на частоте ω_q.After performing the Fourier transform for each discrete frequency of the working range ω _q, we have a set of complex numbers W ^q _mn = W _mn (ω _q ). This set of complex numbers describes the amplitude-phase distribution of the field on a plane near the aperture of the antenna at a frequency ω _q .

В дальнейшем алгоритмы обработки сигналов не отличаются от традиционных алгоритмов, используемых в узкополосных измерительных комплексах.In the future, signal processing algorithms do not differ from traditional algorithms used in narrow-band measuring complexes.

Таким образом, заявляемый автоматизированный измерительный комплекс позволяет получать радиотехнические характеристики апертурных антенн. Большое число степеней свободы сканера 4 и ОПУ 2 позволяет получить достаточно полную картину пространственного распределения электромагнитных полей и характеристик антенн. При этом благодаря измерениям в ближней зоне удается использовать малогабаритный комплекс. Измерения в СШП диапазоне позволяют значительно сократить время измерений за счет проведения каждого измерений в спектре частот.Thus, the inventive automated measuring complex allows to obtain the radio characteristics of aperture antennas. A large number of degrees of freedom of the scanner 4 and OPU 2 allows you to get a fairly complete picture of the spatial distribution of electromagnetic fields and antenna characteristics. Moreover, thanks to measurements in the near zone, it is possible to use a small-sized complex. Measurements in the UWB range can significantly reduce the measurement time by conducting each measurement in the frequency spectrum.

Источники информации:Information sources:

1. Патент RU 2237253 «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕРЕНИЙ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ ФРЕНЕЛЯ»1. Patent RU 2237253 “METHOD FOR DETERMINING DIAGRAMS OF THE DIRECTION DIAGRAM OF AN ANTITLE ANTENNA ARRAY ON THE RESULTS OF MEASUREMENTS IN THE NEAR Fresnel Zone"

2. Патент RU 2370781 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ».2. Patent RU 2370781 “DEVICE FOR MEASURING ANTENNA DIAGRAM”.

3. R.Hartman and Jack Berlekamp, “Fundamentals of Antenna Test and Evaluation”, Microwave Systems New and Communications Tracking, June 1988. (https://www.mi-https://technologies.com/literature/mag2.pdf)3. R. Hartman and Jack Berlekamp, “Fundamentals of Antenna Test and Evaluation”, Microwave Systems New and Communications Tracking, June 1988. (http: //www.mi-http: //technologies.com/literature/mag2.pdf )

4. Патент US 2010073246 «SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING ANTENNA RADIATION PATTERN IN FRESNEL REGION BASED ON PHI-VARIATION METHOD».4. Patent US2010073246 "SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING ANTENNA RADIATION PATTERN IN FRESNEL REGION BASED ON PHI-VARIATION METHOD".

5. Патент RU 2141674 «СПОСОБ АНТЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ»5. Patent RU 2141674 "METHOD OF ANTENNA MEASUREMENTS"

6. 6.

7. Патент US 2010277371 «TRUE TIME DELAY SYSTEMS WITH ARRAY ANTENNA FOR THE SPATIALLY CHANGEABLE RADIATION PATTERN FOR MAXIMUM POWER ULTRA-WIDEBAND PULSES».7. Patent US 2010277371 "TRUE TIME DELAY SYSTEMS WITH ARRAY ANTENNA FOR THE SPATIALLY CHANGEABLE RADIATION PATTERN FOR MAXIMUM POWER ULTRA-WIDEBAND PULSES".

8. Патент US 2009021309 «Fully Integrated Ultra Wideband Transmitter Circuits and Systems».8. Patent US 2009021309 "Fully Integrated Ultra Wideband Transmitter Circuits and Systems".

9. Патент RU 2136006 «СТРОБОСКОПИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ».9. Patent RU 2136006 "STROBOSCOPIC CONVERTERS".

Claims

An automated complex for measuring the radio-technical characteristics of aperture antennas installed in an anechoic chamber and containing a pivoting device with controllable drives and a measurable aperture antenna mounted on it, a scanner with controllable actuators for positioning the probe antenna relative to the measurable one, a positioning controller associated with antenna drives, an RF transceiver a device associated with the measured and probing antennas and a central computer connected with a positioning roller and a radio-frequency transceiver, characterized in that the rotary support device provides three degrees of freedom of movement to the measuring antenna, the scanner drives provide four degrees of freedom of movement to the probe antenna, ultra-wideband receiver and transmitter are used as the radio-frequency transceiver, respectively; on a platform equipped with primary positioning jacks and wheels with optional awn move on rails outside of the anechoic chamber, a scanner and a support-rotating device coated with absorbing materials.