СПОСОБ ЗАПИСИ ОПТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАДИОГОЛОГРАММЫ ПОЛЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ АНТЕННЫ
METHOD OF RECORDING OPTICAL MODEL OF FIELD OF HOLOGRAM IN ANTENNA NEAR ZONE

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для оптического моделирования антенн различной сложности. Известно, что оптические методы позволяют ускорить и упростить процессы разработки сложных антенн, например, антенных решеток.
Известны различные методы оптического моделирования антенн, имеющие целью нахождение диаграммы направленности (ДН) антенны при наличии информации о структуре поля в раскрыве антенны. Они основаны на модуляции когерентного света динамическими или оптическими транспарантами с последующей обработкой промодулированного излучения системой линз для получения оптического аналога ДН.
Метод с использованием в качестве динамического транспаранта многоканального ультразвукового модулятора света описан Ламбертом и др. в статье "Электронно-оптическая обработка сигналов ФАР" Зарубежная радиоэлектроника, №8, 1968 г. Транспаранты такого вида позволяют получать оптические модели как амплитудных, так и фазовых распределений СВЧ-полей, но изготовление подобных транспарантов превращается в сложную проблему, если возникает необходимость в переносе в оптический диапазон больших объемов информации, как, например, в случае моделирования ФАР с большим числом излучающих элементов.
Метод, основанный на применении статического транспаранта, описан в статье Л.Д. БАХРАХА и др. "Оптическое устройство для моделирования антенн СВЧ". "Вопросы радиоэлектроники", серия общетехническая №6, 1965 г. В качестве транспаранта-модели используется либо экран с отверстиями, либо фотопленка с записью распределения интенсивности СВЧ-поля, измеренной в раскрыве антенны, что позволяет моделировать лишь амплитудные распределения СВЧ-полей.
Способ, с использованием статического транспаранта, являющегося моделью амплитудно-фазовой структуры СВЧ-поля антенны, описан в статье Л.Д. БАХРАХА и др. "Об использовании оптических систем и метода голографии для восстановления диаграммы направленности антенн СВЧ по измерениям поля в зоне Френеля", ДАН СССР, 171, 6, 1966 г.
Этот способ предполагает измерение зондом амплитудных характеристик интерференционной СВЧ-картины в зоне Френеля - радиоголограммы, создаваемой полем моделируемой антенны и известным полем опорного излучателя, перенос в оптический диапазон данных о ближнем поле с помощью модели его радиоголограммы, причем оптическая модель получена посредством записи на фотоматериале в определенном масштабе интенсивности радиоголограммы, предварительно измеренной в СВЧ диапазоне, а затем получение оптического аналога ДН известным путем восстановления голограмм.
Однако данный способ не обеспечивает точности, необходимой, например, при моделировании антенн со сложной структурой ближнего поля, что объясняется наличием ошибок измерений, а также погрешностями, возникающими при изготовлении оптической модели радиоголограммы ближнего поля. К появлению ошибок приводят, кроме того, шумовые факторы, характерные для применяемой схемы формирования радиоголограммы. Еще одним недостатком следует считать техническую сложность и трудоемкость процесса изготовления оптической модели радиоголограммы.
Целью настоящего изобретения является повышение точности, ускорение процесса моделирования, а также расширение возможности моделирования антенн с различными амплитудно-фазовыми распределениями.
Эта цель достигается тем, что в известном способе, содержащем операции переноса в оптический диапазон данных о ближнем поле антенны с помощью оптической модели его радиоголограммы и получения оптического аналога диаграммы направленности моделируемой антенны, оптическую модель радиоголограммы ближнего поля антенны получают непосредственным переносом его параметров в оптический диапазон, для чего сигналами от измерительного зонда и опорным модулируют соответственно сигнальный и опорный лучи ОКГ с помощью двухканального быстродействующего модулятора света, например, ультразвукового, совмещают промодулированные лучи на светочувствительном материале и, отклоняя сигнальный луч синхронно с перемещением измерительного зонда, записывают последовательную голограмму ближнего поля антенны в оптическом диапазоне.
В предлагаемом способе процессы измерения параметров ближнего поля антенны и получения оптической модели его радиоголограммы осуществляются одновременно и непрерывно, что позволяет сократить время оптического моделирования и повысить точность, т.к. ошибки, обусловленные предложенной в прототипе последовательностью данных процессов, уменьшатся. Получение же оптической модели в виде последовательной голограммы расширяет возможности оптического моделирования.
Предлагаемый способ включает следующую последовательность операций:
- перенос в оптический диапазон данных о ближнем поле антенны с помощью оптической модели его радиоголограммы, при этом для получения оптической модели сигналами от измерительного зонда и опорным модулируют соответственно сигнальный и опорный лучи ОКГ с помощью быстродействующего двухканального модулятора света, например, ультразвукового, совмещают промодулированные лучи на светочувствительном материале и, отклоняя сигнальный луч синхронно с перемещением измерительного зонда, записывают последовательную голограмму ближнего поля антенны в оптическом диапазоне;
- получение оптического аналога диаграммы направленности антенны.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, фиг.1, на котором представлена блок-схема установки, реализующей данный способ.
В установке (фиг.1) антенна - 1 и измерительный зонд - 2, установленный на устройстве перемещения - 3 соединены с устройством формирования сигналов (УФС) - 4, подключенным к быстродействующему двухканальному модулятору света (БДМС) - 5, расположенному на пути сигнального и опорного лучей ОКГ - 6. За БДМС - 5 на пути сигнального луча установлено устройство отклонения - 7, соединенное с устройством перемещения - 3. После устройства отклонения на пути сигнального и опорного лучей размещено устройство совмещения - 8, и устройство получения оптического аналога ДН - 9.
Сигнал СВЧ от УФС - 4 поступает в антенну - 1, перед апертурой которой при помощи устройства перемещения - 3 движется измерительный зонд - 2. Принимаемый им сигнал содержит информацию об амплитуде и фазе ближнего поля антенны в месте расположения измерительного зонда - 2 и поступает в УФС - 4, где происходит понижение несущей частоты сигнала. Одновременно в УФС - 4 формируется опорный сигнал, частота которого равна частоте сигнала зонда после понижения. Эти сигналы подаются на быстродействующий двухканальный модулятор света (БДМС) - 5, например, ультразвуковой. Сигнальный и опорный лучи ОКГ - 6, проходя через соответствующие каналы БДМС - 5, модулируются сигналом измерительного зонда - 2 и опорным сигналом. После прохождения БДМС - 5 сигнальный луч несет информацию об амплитуде и фазе СВЧ поля в месте расположения измерительного зонда - 2, а опорный луч, соответственно, об амплитудно-фазовых параметрах опорного сигнала. Промодулированные лучи попадают в устройство совмещения - 8, перед которым на пути сигнального луча установлено устройство отклонения - 7.
В устройстве совмещения - 8 оба луча превращаются в расходящиеся и сводятся на светочувствительном материале, формируя интерфенционную структуру - голограмму той области СВЧ-поля антенны - 1, в которой в данный момент находится измерительный зонд - 2. Связь устройства отклонения - 7 с устройством перемещения - 3 позволяет отклонять сигнальный луч по поверхности светочувствительного материала синхронно с перемещением измерительного зонда - 2 в апертуре антенны - 1. Таким образом, положение измерительного зонда имитируется положением сигнального луча. При этом оптическая модель ближнего поля создается путем последовательной записи отдельных голограмм, соответствующих отдельным измеряемым точкам СВЧ-поля и получается последовательным многократным сложением интенсивностей частичных интерферограмм. Число таких частичных голограмм соответствует числу измеряемых точек поля. После того, как последовательная голограмма зафиксирована, производится ее восстановление обычным образом при использовании опорного луча применяемого при записи. При этом в устройстве получения оптического аналога ДН-9 с помощью системы линз вначале образуется оптический аналог СВЧ-поля, в виде ансамбля светящихся точек, а затем световое распределение, соответствующее ДН антенны в оптическом диапазоне.
В результате применения данного способа отпадает необходимость в промежуточном этапе формирования радиоголограммы, а ее оптическая модель получается одновременно с измерениями параметров ближнего поля антенны, что сокращает время и повышает точность моделирования. Оптическая модель радиоголограммы представляет собой совокупность отдельных голограмм, которые отвечают составным частям СВЧ-поля антенны в ближней зоне и записаны последовательно. Последовательный способ записи голограмм позволяет увеличить соотношение сигнал/шум при получении оптической модели, что в конечном итоге повышает точность процесса моделирования и расширяет возможности моделирования антенн со сложной структурой СВЧ-полей в апертуре.