СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ АНТЕНН В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ
METHOD OF MEASURING ANTENNA GAIN IN FULL-SCALE ENVIRONMENT

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения коэффициента усиления антенн различных радиоэлектронных средств в натурных условиях, в частности в условиях городской застройки.
Основной трудностью при измерении коэффициента усиления антенн наземных радиоэлектронных средств в условиях городской застройки является многолучевой характер распространения радиоволн. Из-за наличия вблизи антенн посторонних предметов (зданий, сооружений, деревьев и т.п.) связь между антеннами осуществляется не только прямым лучом, соединяющим фазовые (геометрические) центры передающей и приемной антенн, но и лучами, отраженными и переотраженными от посторонних предметов, которые в совокупности образуют помеховый сигнал (фон). Именно этим фактором обусловлено увеличение погрешности, вносимой в результаты измерений.
Известен способ измерения коэффициента усиления антенн (метод вышки) [Л.Н. Захарьев, А.А. Леманский, В.И. Турчин, Н.М. Цейтлин, К.С. Щеглов. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. «Радио и связь», М. - 1984, стр. 71-79], при котором исследуемая и измерительная антенны располагаются на некотором удалении друг от друга на вышках, обеспечивающих прямую видимость и отсутствие влияния отражения от подстилающей поверхности.
Недостатком известного способа измерения является сильная зависимость результатов измерений от помехового сигнала, который обусловлен многолучевым характером распространения радиоволн при проведении измерений коэффициента усиления антенн в натурных условиях, в частности в условиях городской застройки. Следствием этого является увеличение погрешности, вносимой в результаты измерений.
э
эфф
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является способ измерения коэффициента усиления антенн [Россия, патент №2345374, G01R 29/10, 2009], включающий формирование высокочастотного сигнала и измерение его мощности Р, излучение сигнала с помощью эталонной антенны с эффективной площадью S в направлении исследуемой антенны, прием исследуемой антенной сигнала, измерение его мощности и определение коэффициента усиления исследуемой антенны по формуле  и , причем фазовые центры эталонной и исследуемой антенн находятся на одинаковой высоте h от подстилающей поверхности и на расстоянии между антеннами R=12h/λ.
Недостатком известного способа измерения является сильная зависимость результатов измерений от помехового сигнала, который обусловлен многолучевым характером распространения радиоволн при проведении измерений коэффициента усиления антенн в натурных условиях, в частности в условиях городской застройки. Следствием этого является увеличение погрешности, вносимой в результаты измерений.
Технической задачей данного изобретения является снижение погрешности результатов измерений.
э
э
э
э
2
2
Технический результат достигается за счет того, что в известном способе измерения коэффициента усиления антенн, включающем формирование высокочастотного сигнала и измерение его мощности, излучение сигнала с помощью эталонной антенны в направлении исследуемой антенны, прием исследуемой антенной сигнала, измерение его мощности и определение коэффициента усиления исследуемой антенны, дополнительно отводят часть мощности высокочастотного сигнала и суммируют ее с выходной мощностью сигнала исследуемой антенны, перекрывают между антеннами в поперечном сечении область пространства, существенную для распространения радиоволн, с учетом соблюдения условий дальней зоны от каждой из антенн до плоскости перекрытия, площадь поперечного сечения которой определяют из условия S>πR SinD/2, где D - ширина диаграммы направленности эталонной антенны, R - расстояние от эталонной антенны до плоскости перекрытия, изменяют уровень и фазу отведенного высокочастотного сигнала и при равенстве нулю уровня мощности суммарного сигнала открывают между антеннами в плоскости поперечного сечения область пространства, существенную для распространения радиоволн.
э
э
э
э
2
2
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где показано взаимное расположение 1 - эталонной и 2 - исследуемой антенн, 3 - посторонние предметы, а также 4 - область пространства, существенная для распространения радиоволн и 5 - площадь перекрытия в поперечном сечении области пространства, существенной для распространения радиоволн, 6 - помеховый сигнал. Как видно из фиг. 1, величина уровня сигнала на выходе исследуемой антенны определяется векторной суммой полезного сигнала, который обусловлен областью пространства, существенной для распространения радиоволн и помехового сигнала, который образуется за счет отражений и переотражений от посторонних предметов. Изобретение обеспечивает компенсацию помехового сигнала, путем формирования сигнала, равного по амплитуде и противоположного по фазе помеховому сигналу на выходе исследуемой антенны. Такой сигнал согласно изобретению формируется из высокочастотного сигнала путем изменения его амплитуды и фазы при отсутствии на входе исследуемой антенны полезного сигнала, что достигается перекрытием в плоскости поперечного сечения области пространства, существенной для распространения радиоволн между эталонной и исследуемой антеннами. Площадь перекрытия поперечного сечения которой определяют из условия S>πR SinD/2, где D - ширина диаграммы направленности эталонной антенны, R - расстояние от эталонной антенны до плоскости перекрытия. Амплитуду и фазу высокочастотного сигнала регулируют до тех пор, пока суммарный сигнал не будет равен нулю. При открытии между антеннами в плоскости поперечного сечения области пространства, существенной для распространения радиоволн, суммарный сигнал будет определяться только уровнем полезного сигнала. Этим достигается технический результат, а именно снижение погрешности результатов измерений.
Способ изобретения может быть реализован с помощью известных радиотехнических элементов и материалов, выпускаемых промышленностью. Для перекрытия в плоскости поперечного сечения области пространства, существенной для распространения радиоволн, может быть использовано радиопоглощающее устройство, выполненное из широкополосного радиопоглощающего материала (см., например, [С.А. Филин, Л.А. Молохина, Средства снижения заметности (по патентным материалам). - М. ИНИЦ Роспатента - 2003., стр. 40]).
Способ измерения коэффициента усиления антенн в натурных условиях может быть реализован, например, при помощи устройства, изображенного на фиг. 2.
Устройство состоит из 1 - эталонной антенны, 2 - исследуемой антенны, 7 - генератора сигналов, 8 - измерителя мощности, 9.1 - первого направленного ответвителя, 9.2 - второго направленного ответвителя, 10 - приемника, 11 - фазовращателя, 12 - регулируемого аттенюатора.
Назначение элементов схемы понятно из их названия.
7 - генератор сигналов присоединен через 8 - измеритель мощности и 9.1 - первый направленный ответвитель к 1 - эталонной антенне. 2 - исследуемая антенна присоединена через 9.2 - второй направленный ответвитель к 10 - приемнику. Кроме того, первый 9.1 - направленный ответвитель вторым выходом присоединен через 12 - регулируемый аттенюатор к 11 - фазовращателю, который присоединен ко второму входу 9.2 - второго направленного ответвителя.
Устройство, реализующее способ измерения коэффициента усиления антенн в натурных условиях, работает следующим образом. С помощью 7 - генератора сигнала формируется высокочастотный сигнал и с помощью 8 - измерителя мощности измеряют его мощность. При помощи 9.1 - первого направленного ответвителя часть мощности высокочастотного сигнала отводится к 12 - регулируемому аттенюатору, а другая часть к 1 - эталонной антенне и излучается в направлении 2 - исследуемой антенны. Принятый 2 - исследуемой антенной сигнал суммируется во 9.2 - втором направленном ответвителе с сигналом, поступающим с 12 - регулируемого аттенюатора, через 11 - фазовращатель. Перекрывают между антеннами в плоскости поперечного сечения область пространства, существенную для распространения радиоволн. За счет этого, 2 - исследуемой антенной будет приниматься только помеховый сигнал. Регулировкой 12 - аттенюатора и 11 - фазовращателя добиваются нулевого уровня мощности суммарного сигнала. Открывают между антеннами в плоскости поперечного сечения область пространства, существенную для распространения радиоволн. Измеряют мощность принятого сигнала и определяют коэффициент усиления исследуемой антенны.