Ошибка метода измерений при наземном контроле токов антенны курсового радиомаяка системы посадки СП - 90 бесфазовым методом Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

2006

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника

№ 98(2)

УДК 621.317.023: 621.396.6

ОШИБКА МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ НАЗЕМНОМ КОНТРОЛЕ ТОКОВ АНТЕННЫ КУРСОВОГО РАДИОМАЯКА СИСТЕМЫ ПОСАДКИ

СП - 90 БЕСФАЗОВЫМ МЕТОДОМ

Е.Е. НЕЧАЕВ, И.Н. РОЖДЕСТВЕНСКИЙ

Производится сравнение двух методов восстановления фазы токов антенны курсового радиомаяка при измерении одной лишь амплитуды электромагнитного поля в ближней зоне антенны.

В данной статье анализируется влияние геометрии поверхности измерения на точность восстановления фазового распределения токов антенной решётки (АР) курсового радиомаяка (КРМ).

Для решения задачи восстановления фазового распределения можно использовать два типа поверхностей, на которых осуществляется измерение напряжённости электромагнитного поля (ЭМП) - цилиндрическую и плоскую.

Преимуществом плоской поверхности при проведении аэродромных измерений является простое позиционирование измерительного зонда, то есть возможность более точного определения мест установки измерительного зонда, чем при измерениях ЭМП на цилиндрической поверхности.

На рис. 1 приведена геометрия поверхностей измерения для обоих случаев, где Яа - расстояние от АР КРМ до поверхности измерения.

При расчётах ЭМП, наведенного антенной системой радиомаяка на сканирующем по цилиндрической поверхности измерительном зонде, использовались следующие соотношения:

Е,, =-

4а>єс

11,

к2 • Н02)(кД„„ )■

Я

к ■ НГ’(кЯ„„) - к2(Г12 7 )2 • Н'2)(кЯ„„) +

Я

2

пт

, 2к(7т 7п ) Н(2)(кЯ )

+-------Я^--------Н 0 (кЯпт )

(1)

1

Ех =

■X

к\¥т - Уп )(Хт - Х ) Н (2)(к_ ) +

---------Н о \ кЯпт ) +

Я,

2

пт

+ 2к (7т - 7 )(Хт - Х„ ) г (2) .

+---------------------------Н1 (кЯпт )

(2)

где Д™ = >/(Хт - Хп )2 + (Гт - Гп )2 ; Хт ; 7т - координэты излучающего элемента АР, Хп, Уп -координаты точечного измерительного зонда; к = 2#/ А - волновое число; Н02)(-) и Н1(2)( ) -функции Ханкеля второго рода нулевого и первого порядка соответственно; 1т - значение тока на т-м излучающем элементе АР [1, 2]. Результирующий вектор напряжённости ЭМП рассчитывается по соотношению:

Еф = - Еу ■ соб(А) - Ех ■ бш(А)

(3)

При расчётах для плоской поверхности измерений в силу её геометрии компонента ЭМП Ех на измерительном зонде будет отсутствовать, поэтому будем использовать только соотношение (1) для расчёта Еу.

Ниже приведены результаты восстановления фазового распределения тока при сканировании измерительного зонда на цилиндрической и плоской поверхностях измерения (рис. 2 ...7). Даны результаты восстановления для 5-элементной антенной решётки широкого разностного канала КРМ СП-90.

В таблице представлены исходные фазовое и амплитудное распределения тока на антенной решётке [3].

Таблица

1

Номер элемента АР 1 2 3 4 5

Фаза, град 180 180 0 180 180

Ток, Мшах 0,160 0,223 1 0,223 0,160

На рис. 2 и 3 приведены зависимости СКО восстановления фазы от расстояния до АР для цилиндрической и плоской поверхности измерений, при условии, что инструментальная погрешность измерений отсутствует. Как видно из графиков, в обоих случаях существует расстояние, при котором СКО восстановления фазы минимальна, однако, эти расстояния различны. Так, для восстановления с цилиндрической поверхности это расстояние составляет величину 21,7 м, а для плоской поверхности - 38 м. При этом можно отметить, что измерения производятся в промежуточной зоне Френеля. Кроме этого можно обратить внимание на то, что для случая проведения измерений на плоской поверхности зависимость СКО от расстояния имеет

более неравномерный характер, что даёт возможность предположить, что использование цилиндрической поверхности предпочтительнее.

I I

\

/

i i Ra=4+i*lan nbda/4, м

■1____________________________________I__________________________________I_________________________________I_________________________________I__________________________________I__________________________________I_________________________________I________________________________________.......... ................... J _________________

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Рис. 2. Зависимость СКО восстановления фазы от расстояния до АР (цилиндрическая поверхность, расстояние в метрах, Я.а = 4 + i * Х/2)

Расст< эяние, i

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Рис. 3. Зависимость СКО восстановления фазы от расстояния до АР (плоская поверхность, расстояние в метрах, Я.а = 4 + i * Х/2)

На рис. 4, 5 приводится зависимость СКО восстановления фазы от СКО измерений амплитуды тока АР и напряжённости ЭМП для обоих типов поверхностей. На рис. 4, 5 видно, что точность восстановления на цилиндрической поверхности более чувствительна к погрешности

измерения. При малых ошибках измерений целесообразно использовать цилиндрическую поверхность.

ОКО, i

Рис. 4. Зависимость СКО восстановления фазы от СКО измерений амплитуды тока АР и напряжённости ЭМП для цилиндрической поверхности (СКО = 0,07 * i)

сЧ 8.5 со

-е-

О

О

8

СКО, i

Рис. 5. Зависимость СКО восстановления фазы от СКО измерений амплитуды тока АР и напряжённости ЭМП для плоской поверхности (СКО = 0,07 * i)

На рис. 6, 7 приведены результаты восстановления фазового распределения с двух поверхностей при отсутствии инструментальных погрешностей измерений (восстановление моделировалось для расстояний, обеспечивающих минимум СКО). Оба результата являются вполне удовлетворительными (СКО восстановления фазы при измерениях на цилиндрической поверхности составила 1,40, а при измерениях на плоской поверхности - 0,950).

N элемента АР

Рис. 6. Результат восстановления фазового распределения токов с цилиндрической поверхности

Initial —•- Reconstructed

/ /

ч \ ч // / /

Ч""" ч ч "V 7 // / /

Ч \ \ / / /

N элемента АР

Рис. 7. Результат восстановления фазового распределения токов с плоской поверхности

На основе полученных результатов можно сделать вывод об эффективности обоих методов измерений на цилиндрической и плоской поверхностях, СКО восстановления фазы при отсутствии инструментальных погрешностей измерения составили 1,40 и 0,950 соответственно. Однако на практике целесообразно использовать цилиндрическую поверхность.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нечаев Е.Е., Рождественский И.Н. К вопросу наземного контроля токов антенны курсового радиомаяка системы посадки СП-90 // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №62, 2003.

2. Нечаев Е.Е. Рождественский И.Н. Бесфазовый метод контроля распределения токов антенны курсового радиомаяка системы посадки // Тезисы доклада международной конференции, 2005, 15th Int. Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology”, 12-16 Sept., Sevastopol, Ukraine.

3. Техническое описание РМК СП-90, НИИИРТ, Челябинск, 1990.

THE EVROR OF METHOD MEASURMENT BY EARTH CONTROL OF CURRENT ANTENNS

RADIOBEACON OF LANDING SYSTEM LS-90

Nechaev E.E., Rozhdestvenskij I.N.

In this paper the comparison of two phaseless reconstruction methods is considered. These methods make use of different measurement surfaces - cylindrical and flat.

Сведения об авторах

Нечаев Евгений Евгеньевич, 1952 г.р., окончил НГТУ (1974), доктор технических наук, профессор кафедры РТУ МГТУ ГА, автор 140 научных работ, область научных интересов - антенные измерения, техника СВЧ.

Рождественский Илья Николаевич, 1981 г.р., аспирант МГТУ ГА, область научных интересов -математическое моделирование процессов.