CC BY
546
РАЗРАБОТКА ЛИНЕЙНОГО КОЛЛИМАТОРА ДЛЯ АНТЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Дмитрий Александрович Герус
ОАО «НИИ электронных приборов», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, инженер, тел. (383) 224-24-79
Виталий Сергеевич Кулик
ОАО «НИИ электронных приборов», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, инженер, тел. (383) 224-24-79
Валерий Борисович Ромодин
ОАО «НИИ электронных приборов», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, начальник лаборатории, тел. (383) 224-24-79
В данной статье рассмотрены вопросы проектирования волноводно-щелевого коллиматора для измерения диаграмм направленности антенн. Для создания плоской волны в ближней зоне реализована оптимальная функция возбуждения апертуры. Полученные результаты измерений хорошо согласуются с расчетными данными и удовлетворяют общепринятым критериям для поля плоской волны в ближней зоне.
Ключевые слова: коллиматор, ближняя зона, плоская волна, оптимальная функция возбуждения.
LINEAR COLLIMATOR DESIGN FOR ANTENNA MEASUREMENTS
Dmitry A. Gerus
OJSC «Scientific Research Institute of Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, engineer, tel. (383) 224-24-79
Vitaly S. Kulik
OJSC «Scientific Research Institute of Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, engineer, tel. (383) 224-24-79
Valery B. Romodin
OJSC «Scientific Research Institute of Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, laboratory chief, tel. (383) 224-24-79
In this article questions of slotted waveguide collimator design for antenna measurements are considered. Optimal feed aperture function is realized for making plane wave in near field. Measurement results are in good agreement with calculated data and satisfy generally accepted criteria for plane wave in near field.
Key words: collimator, near field, plane wave, optimal feed function.
Коллиматорный метод заключается в измерении параметров антенн в поле, близком к полю плоской волны, создаваемом с помощью вспомогательной антенны - коллиматора, распложенной в непосредственной близости от испытуемой антенны. Для измерения диаграмм направленности линейных антенн применяются линейные коллиматоры, создающие аналог плоской волны в плоскости, содержащей ось антенны. Методики измерения антенн совпадает с методи-
ками измерения в дальней зоне [1]. В работе изложены результаты проектирования линейного коллиматора на основе линейной волноводно-щелевой антенны.
Основной частью поля в рабочей области линейного коллиматора является цилиндрическая волна. Наличие сферических краевых волн, исходящих из концевых точек коллиматора, является основным физическим фактором, ограничивающим размер рабочей зоны при фиксированной длине коллиматора.
Рис. 1. Общий вид: 1) коллиматор; 2) исследуемая антенна
Для увеличения размера рабочей зоны необходимо сформировать в рас-крыве коллиматора оптимальное амплитудное распределение, позволяющее минимизировать вредное влияние краевых волн [2]. Для определения погрешности реализации плоской волны введём параметр т, равный разности хода между лучами, проведёнными из крайней точки рабочей области в точки апертуры Ба и Эе [2]
т - к.
_7г02 + (Эс - Эа)2 - т0_
(1)
Тогда погрешность реализации плоской волны Дор! определяется следующим образом
0.8
АОр! =
111
■ \j2-n ли
Оптимальная функция возбуждения имеет вид
.3
где
А (г) =
вд = і-щгу
0 ІГ |г| < Ба Ы - Ба
(2)
Бс - Ба
ІГ \г > Ба л \г\ < Бс
1 | г | > Бс
На рис. 3 изображено распределения тока в раскрыве коллиматора.
г
О, у
0.6'
0,4
0.2
0.2 -0.1 0 0.1 0.2
ъ
Рис. 3. Распределение тока в раскрыве коллиматора
Изготовлено 2 коллиматора для измерения ДН антенн в двух частотных полосах трехсантиметрового диапазона радиоволн. Для измерений использовался анализатор цепей векторный Р4М-18, тренога, подставка для коллиматора, вспомогательная антенна, подвижная каретка.
Для сокращения размера коллиматора и уменьшения влияния краевых волн реализована оптимальная функция возбуждения апертуры.
Ниже представлены графики измерений амплитудного и фазового распределений.
На рис. 4 представлен график измерения амплитудного распределения поля коллиматора № 1. Синим цветом представлено расчетное амплитудное распределение, а зелёным - измеренное. Результаты измерений хорошо согласуются с расчётными данными. Неравномерность амплитудного распределения не превышает 0.6 дБ. При расчётах расстояние между коллиматором и антенной составляет 60см, при измерениях 70 см.
Near Field dB
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76
со
db-math
dB-math
Рис. 4. Коллиматор №1 - Амплитудное распределение
Near Field deg
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73
deg-exp
deg-math
Рис. 5. Коллиматор №1 - Фазовое распределение
На рис. 6 и 7 представлены амплитудное и фазовое распределения коллиматора №2. При расчётах выбиралось расстояние 30см, при измерениях 33 см. Измеренные значения близки к расчётным, рабочая зона составляет приблизительно 25см. Неравномерность амплитудного распределения не превышает 0.3 дБ, неравномерность фазового распределения составляет приблизительно 5 градусов.
Near Field dB
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
Рис. 6. Коллиматор №2 - Амплитудное распределение
Рис. l. Коллиматор №2 - Фазовое распределение
Можно указать ряд причин, вызывающих отклонение от постоянных значений амплитуды и фазы поля в рабочей области коллиматора. Основные из них являются дифракционные эффекты, обусловленные ограниченными размерами коллиматора, неточное расположение коллиматора в направлении испытуемой антенны, переотражения от посторонних предметов, неточность изготовления коллиматора, и т. д. На результат измерений оказывают влияние эффекты многократной дифракции между испытуемой антенной и коллиматором.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Методы измерения параметров излучающих систем в ближней зоне / Л.Д. Бахрах [и др.] - Л.: Наука, 1985. - 212 с.
2. Беляев, Б. Г. Синтез апертуры плосковолнового устройства компактного полигона / Б. Г. Беляев // Антенны. - 1988. - № 35. - С. 24-35.
©Д.А. Герус, B.C. Кулик, В.Б. Ромодин, 2013
