УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ АНТЕНН В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ
MEASURING DEVICE OF ANTENNA AMPLIFICATION COEFFICIENT UNDER FULL-SCALE CONDITIONS

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 сужение динамического диапазона приемника и увеличение погрешности, вносимой в результаты измерений.
Известно устройство для измерения коэффициента усиления антенн [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], содержащее передающее и приемное устройства, исследуемую и измерительную антенны, которые располагаются на некотором удалении друг от друга на вышках.
Недостатком известного устройства 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 сужение динамического диапазона приемника и увеличение погрешности, вносимой в результаты измерений.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототипом) является устройство для измерения коэффициента усиления антенн [Россия, патент №2345374, G01R 29/10, 2009], содержащее генератор сигналов, измеритель мощности и эталонную антенну, а также исследуемую антенну и приемник, 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 устройства 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 сужение динамического диапазона приемника и увеличение погрешности, вносимой в результаты измерений.
Технической задачей данного изобретения является расширение динамического диапазона приемника и снижение погрешности, вносимой в результаты измерений.
Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для измерения коэффициента усиления антенн, содержащее генератор сигналов, измеритель мощности и эталонную антенну, а также исследуемую антенну и приемник, вводят последовательно соединенные первый направленный ответвитель, регулируемый аттенюатор, фазовращатель и второй направленный ответвитель, ко второму входу и выходу которого присоединены соответственно исследуемая антенна и приемник, при этом первый направленный ответвитель вторым выходом и входом соединен соответственно с эталонной антенной и измерителем мощности, кроме того, дополнительно вводят съемное радиопоглощающее устройство, устанавливаемое между антеннами в область пространства, существенную для распространения радиоволн, с учетом соблюдения условий дальней зоны от каждой из антенн до съемного радиопоглощающего устройства, при этом площадь поперечного сечения которого определяется из условия
э
э
э
э
2
2
S>πR SinD/2, где D - ширина диаграммы направленности эталонной антенны, R - расстояние от эталонной антенны до съемного радиопоглощающего устройства.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где показано взаимное расположение 1 - эталонной и 2 - исследуемой антенн, 3 - посторонние предметы, 4 - область пространства, существенная для распространения радиоволн, 5 - площадь сечения съемного радиопоглощающего устройства, 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 (регулировки) его амплитуды и фазы при отсутствии на входе исследуемой антенны полезного сигнала, что достигается введением съемного радиопоглощающего устройства в область пространства, существенную для распространения радиоволн между эталонной и исследуемой антеннами, а также введением последовательно соединенных первого направленного ответвителя, регулируемого аттенюатора, фазовращателя и второго направленного ответвителя. При удалении съемного радиопоглощающего устройства из области пространства, существенной для распространения радиоволн между антеннами, суммарный сигнал будет определяться только уровнем полезного сигнала. Этим достигается технический результат, а именно повышение динамического диапазона приемника и снижение погрешности результатов измерений.
Съемное радиопоглощающее устройство может быть выполнено из широкополосного радиопоглощающего материала (см., например, С.А. Филин, Л.А. Молохина. Средства снижения заметности (по патентным материалам). - М. ИНИЦ Роспатента - 2003., стр. 40). Площадь поперечного сечения съемного радиопоглощающего устройства определяется выражением
э
э
э
э
2
2
S>πR SinD/2, где D - ширина диаграммы направленности эталонной антенны, R - расстояние от съемного радиопоглощающего устройства до эталонной антенны. В область пространства, существенную для распространения радиоволн, съемное радиопоглощающее устройство может помещаться как при помощи радиопрозрачной опоры, установленной на подстилающей поверхности или на здание, так и с использованием радиопрозрачного троса, горизонтально натянутого между зданиями или другими опорами.
Изобретение может быть реализовано с помощью известных радиотехнических элементов и материалов, выпускаемых промышленностью.
На фиг. 2. представлена структурная схема устройства для измерения коэффициента усиления антенн в натурных условиях.
Устройство состоит из 7 - генератора сигналов, 8 - измерителя мощности, 9.1 - первого направленного ответвителя, 1 - эталонной антенны, 2 - исследуемой антенны, 9.2 - второго направленного ответвителя, 10 - приемника, 11 - фазовращателя, 12 - регулируемого аттенюатора, 13 - съемного радиопоглощающего устройства.
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, 9.1 - первый направленный ответвитель вторым выходом присоединен через 12 - регулируемый аттенюатор к 11 - фазовращателю, который присоединен ко второму входу 9.2 - второго направленного ответвителя. Между антеннами помещено 13 - съемное радиопоглощающее устройство.
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. Между антеннами помещают 13 - съемное радиопоглощающее устройство. За счет этого 2 - исследуемой антенной будет приниматься только помеховый сигнал. Регулировкой 12 - аттенюатора и 11 - фазовращателя добиваются нулевого уровня мощности сигнала на входе 10 - приемника. После компенсации помехового сигнала 13 - съемное радиопоглощающее устройство убирают из измерительного пространства. Измеряют мощность принятого сигнала и определяют коэффициент усиления 2 - исследуемой антенны.