ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МОДЕРНИЗИРОВАННОГО МЕТОДА ПОВОРОТНОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ СПЕКТРА ПЛОСКИХ ВОЛН Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

https://doi.org/10.38013/2542-0542-2022-4-25-29 УДК 621.396.67

Экспериментальная проверка модернизированного метода поворотной трансформации спектра плоских волн

А. К. Жизневский

Научно-образовательный центр Акционерного общества «Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО «Алмаз - Антей» - Обуховский завод», Санкт-Петербург, Российская Федерация

Приводятся результаты экспериментальной проверки пригодности разработанного автором модернизированного численного метода поворотной трансформации спектра плоских волн для пересчета амплитудно-фазового распределения электрического поля, измеренного на плоской поверхности в ближней зоне исследуемой антенны, на другую плоскую поверхность, не параллельную исходной. Приведено описание экспериментальной установки и последовательности измерений. Дана оценка результатов экспериментальной проверки. Сделан вывод о возможности практического использования разработанного метода для настройки проходных фазированных антенных решеток.

Ключевые слова: амплитудно-фазовое распределение, плоскость, не параллельная исходной, метод пересчета в ближнем поле, экспериментальная проверка, амплитудная диаграмма направленности, фазовая диаграмма направленности

Для цитирования: Жизневский А. К. Экспериментальная проверка модернизированного метода поворотной трансформации спектра плоских волн // Вестник Концерна ВКО «Алмаз - Антей». 2022. № 4. С. 25-29. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2022-4-25-29

For citation: Zhiznevsky A. K. Experimental verification of the modified method of plane wave spectrum rotational transformation // Vestnik Koncerna VKO "Almaz - Antey". 2022. No. 4. P. 25-29. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2022-4-25-29

Поступила 16.08.2022 Отрецензирована 02.09.2022 Одобрена 19.09.2022 Опубликована 17.01.2023

Введение

В работе [1] был представлен обзор численных методов пересчета амплитудно-фазового распределения (АФР) электрического поля с плоскости сканирования в ближней зоне на плоскость, непараллельную исходной, в интересах их применения в алгоритме поиска оптимального положения облучающего рупора фазированной антенной решетки (ФАР) проходного типа. В качестве оптимального по критериям «скорость вычислений» и «точность конечных результатов» был выбран разработанный автором модифицированный численный метод поворотной трансформации спектра плоских волн (МПТСПВ). Выбранный метод был

© Жизневский А. К., 2022

модернизирован по сравнению с прототипом [2]. Суть модернизации заключалась в том, что центр вращения плоскости, непараллельной исходной, в отличие от прототипа, может быть размещен произвольным образом относительно исходной плоскости.

Для проверки точностных возможностей метода МПТСПВ и решения вопроса о его использовании при настройке ФАР проходного — типа были выполнены специальные экспери- |

г

ментальные исследования, описание которых *

приведено в настоящей работе. о

ч

л О.

Описание эксперимента ^

В качестве устройства возбуждения элек- | тромагнитного поля была выбрана измери- & тельная рупорная широкополосная антенна о П6-23М. 5.

0

см см о см

< I

со та

г

о со

о.

<и

о

о <и со

см ■ч-ю

с?

см ■ч-ю см

(П (П

На сканере ближнего поля с плоской поверхностью сканирования были проведены два измерения:

1. АФР поля на плоскости, параллельной раскрыву рупора.

2. АФР поля на плоскости, не параллельной раскрыву рупора.

Затем с помощью метода МПТСПВ был проведен перерасчет АФР, измеренного на плоскости, не параллельной раскрыву исследуемой антенны (ИА), на плоскость, расположенную относительно этой антенны таким же образом, как и плоская поверхность сканирования при проведении первого эксперимента.

Обоснованность применения разработанного метода оценивалась по результатам сравнения диаграмм направленности ИА, полученных для пересчитанного АФР, с диаграммами направленности этой же ИА, полученными для АФР, определенного при первом эксперименте.

На рисунке 1 представлена схема экспериментальной установки. хОу - плоскость сканирования. Центр вращения ИА находится в точке Свр, которая удалена на расстояние ёвр от плоскости сканирования.

При проведении первого эксперимента апертура ИА располагалась параллельно плоскости сканирования, а центр апертуры находился на расстоянии от плоскости сканирования (рис. 1а). Измеренное АФР электрического поля (Еа0) приведено на рисунках 2 (амплитудное распределение) и 5 (фазовое распределение).

При проведении второго эксперимента положение плоскости сканирования не изменялось, но ИА поворачивалась в горизонтальной плоскости вокруг точки Свр на угол а = 5° (рис. 1б). Измеренное АФР электрического поля (Еа5) изображено на рисунках 3 (амплитудное распределение) и 6 (фазовое распределение).

Обработка результатов эксперимента

При обработке результатов измерений АФР электрического поля, определенное при втором эксперименте (Еа5), пересчитывалось с помощью метода МПТСПВ на плоскость, расположенную относительно раскрыва ИА таким же образом, как и плоская поверхность сканирования при первом эксперименте. В процессе пересчета учитывалось, что при повороте ИА вокруг точки Свр на угол а центр апертуры ИА смещается относительно исходного положения на Дх и Дг вдоль осей Ох и Ог соответственно. Пересчитанному АФР электрического поля было присвоено обозначение Еа(5^0). Амплитудное распределение Еа(5^0) изображено на рисунке 4, а фазовое - на рисунке 7.

Точностные возможности разработанного метода МПТСПВ оценивались по результатам сравнения амплитудных и фазовых диаграмм направленности, соответствующих пересчитанному АФР (Еа(5^0)), с амплитудными и фазовыми диаграммами направленности, соответствующими АФР, полученному при первом эксперименте (Еа0).

х

С

вр

Плоскость сканирования

I

аб Рис. 1. Схема экспериментальной установки: а - параллельное расположение; б - непараллельное расположение

С

вр

-1000 -1050

-20 -30 -40

43

-60 w

-70 -80 -90

0 50 100 150 200 250 300 350 X, шш

Рис. 2. Амплитудное распределение электрического поля Еа0

-20 -30 -40 -50

-60 и

ТЗ

-70 ы" -80 -90 -100 -110

50 100 150 200 250 300 350 X, шш

Рис. 3. Амплитудное распределение электрического поля Еа5

w

-20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90

0 50 100 150 200 250 300 350 X, шш

Рис. 4. Амплитудное распределение электрического

3 2 1 0 -1 -2 -3

0 50 100 150 200 250 300 350 X, mm

поля Е

а(5^0)

Рис. 5. Фазовое распределение электрического поля

Еа0

3 2 1 0 -1 -2 -3

50 100 150 200 250 300 350 400 X, mm

Рис. 6. Фазовое распределение электрического поля

Еа5

Расчет диаграмм направленности для заданного АФР производился на основании теории углового спектра плоских волн [3-5].

3 2 1 0 -1 -2 -3

50 100 150 200 250 300 350 X, mm

Рис. 7. Фазовое распределение электрического поля

E,

а(5^0)

На рисунках 8а и б представлены азимутальные сечения амплитудной (в дБ КУ) и фазовой диаграмм направленности (при угле места,

X

X ф

н

о

S d га Q.

i

о

CL

ё ф ц.

о

0

0

25 20 15 10 5

500 400 300 200 100 * 0 -100 -200 -300

-400

30

-30 -20

-10

10

20

30

а б Рис. 8. Диаграммы направленности в азимутальном сечении: а - АДН; б - ФДН --а(5^0);--а0;--а5

Таблица

Численные значения некоторых радиотехнических характеристик ИА для амплитудно-фазовых

распределений Еа0, Еа5 и Е^^)

0

о

о

АФР Максимум ДН, дБ Ширина ДН по уровню -3/-10 дБ (азимутальное сечение), град Направление максимума ДН, град Значение фазы по направлению 0° (азимутальное сечение), град

Ea0 25,0 10,1/20,1 0,5 -4,7

Ea5 24,8 10,4/20,1 5,4 -29,5

Ea(5^0) 24,8 10,4/20,1 0,4 -4,9

см равном нулю), рассчитанные для амплитудно° фазовых распределений Еа0, Еа5 и Еа(5^0). ^ Численные значения некоторых парамет-— ров амплитудных и фазовых диаграмм направ-а ленности для амплитудно-фазовых распределений Еа0, Еа5 и Еа(5^0) приведены в таблице.

I

со

I Выводы

Как следует из таблицы, имеет место совпа-

о дение (с пренебрежимо малыми погрешно-

™ стями) основных параметров амплитудных

о. диаграмм направленности (таких, как направ-

^ ление и величина максимума главного лео

ьй пестка, ширина главного лепестка на уровнях

| -3 и -10 дБ), определенных для пересчитан-

« ного АФР (Еа(5^0)) и исходного АФР (Еа0).

ш Значения фазы по направлению 0° в фазовых

см

диаграммах направленности для исходного

^ и пересчитанного АФР также практически

й не отличаются друг от друга. ю Эти совпадения являются достаточным

г! основанием для того, чтобы метод МПТСПВ

мог быть рекомендован для использования при разработке методик настройки ФАР проходного типа.

Литература

1. Жизневский А. К. Сравнительный анализ численных методов пересчета электрического поля на плоскость, не параллельную исходной // Вестник Концерна ВКО «Алмаз -Антей». 2022. № 1. С. 25-32.

2. Matsushima K. Formulation of the rotational transformation of the fields and their application to digital holography // Applied optics. 2008. T. 47. №.19. C. D110-D116.

3. Kalashnikov V. S. et al. Near-Field Antenna Measurements. Calculations and Facility Design. Springer Singapore, 2021. 135 p.

4. Evans G. E. Antenna measurement techniques. Norwood, MA, Artech House, Inc., 1990. 238 p.

5. Slater D. Near-field antenna measurements. Artech House, 1991. 310 p.

Об авторе

Жизневский Александр Константинович - аспирант Научно-образовательного центра Акционерного общества «Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО «Алмаз - Антей» - Обуховский завод», заместитель начальника цеха, АО «ЗРТО», Санкт-Петербург, Российская Федерация. Область научных интересов: измерения в ближней зоне, настройка антенных решеток.

Experimental verification of the modified method of plane wave spectrum rotational transformation

Zhiznevsky A. K.

Scientific and Educational Centre of Joint Stock Company "Almaz - Antey North-West Regional Centre - Obukhovsky Plant", St. Petersburg, Russian Federation

The paper presents the results of experimental verification of the modified numerical method of plane wave spectrum rotational transformation. The author's method is checked for applicability to transformation of the amplitude-phase distribution of the electric field, measured on a flat surface in the near field of the antenna under study, to another flat surface not parallel to the original one. The experimental setup is described and the sequence of measurements is given. The results of experimental verification are evaluated. The conclusion is made regarding the possibility of practical application of the developed method for adjustment of feedthrough phased antenna arrays.

Keywords: amplitude-phase distribution, plane not parallel to the original one, near-field transformation method, experimental verification, amplitude radiation pattern, phase radiation pattern

Information about the author

Zhiznevsky Aleksandr Konstantinovich - Post-Graduate Student, Scientific and Educational Centre of Joint Stock Company "Almaz - Antey North-West Regional Centre - Obukhovsky Plant", Deputy Workshop Manager, JSC "ZRTO", St. Petersburg, Russian Federation.

Science research interests: near-field measurements, antenna array adjustment.