Угловой измерительный зонд для наземного контроля излучения авиационной радиоаппаратуры Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

2005

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника

№ 87(5)

УДК 621.317.023:621.396.6

УГЛОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЗОНД ДЛЯ НАЗЕМНОГО КОНТРОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ АВИАЦИОННОЙ РАДИОАППАРАТУРЫ

Е.Е. Нечаев, А.Ю. Будыкин

Описывается v-образный зонд, предназначенный для измерительного комплекса передвижной аэродромной лаборатории.

В [1,2] описан экспериментальный измерительный стенд, реализующий оптимальный в среднеквадратичном смысле ортопроекционный метод восстановления диаграммы направленности антенны при использовании коллиматорного зонда.

В отличие от линейного коллиматорного зонда дуговой зонд в процессе кругового сканирования перехватывает излучение в полном телесном угле, поэтому среднеквадратическая ошибка (СКО) восстановления диаграммы направленности стремится к нулю, при этом минимальный размер дугового зонда ограничен только наибольшим размером излучающей апертуры антенны. При этом важно, чтобы в области эквивалентного раскрыва зонда им формировалась однородная цилиндрическая волна с равномерным амплитудным распределением поля вдоль оси эквивалентного раскрыва.

Одна из возможных реализаций дугового коллиматорного зонда приведена в [3]. Зонд выполнен на основе нерегулярного прямоугольного волновода, изогнутого по широкой стенке (рис. 1). Измерительный зонд запитывается в точке В, а в торцах волновода установлены согласованные нагрузки. В качестве излучателей дуговой антенной решетки служат резонансные щели, прорезанные на широкой внутренней стенке волновода.

При фокусировке зонда на бесконечность обеспечивается синфазное сложение сигналов от всех элементов зонда в точке В, при этом необходимо обеспечить равенство электрической длины путей электромагнитных волн вдоль отрезка СВ и кривой АВ (рис. 1), что определяет

соотношение для закона изменения широкой стенки волновода а(z) = 1-Ro /(2 • д/R2 - z2), который и позволяет спроектировать форму измерительного зонда, не требующего специальных фазирующих устройств и формирующего локально плоский фронт электромагнитной волны в области размещения испытуемой антенны.

Альтернативным решением рассматриваемой задачи является более конструктивно простой V-образный зонд (рис. 2) [4]. Зонд состоит из двух одинаковых по длине прямоугольных волноводов, установленных под углом 2а друг к другу, входы которых подключены к выходам волноводного тройника. В торцах волноводов размещены согласованные нагрузки, а в широких стенках прорезаны резонансные щели.

Равенство электрической длины путей электромагнитной волны вдоль отрезков АВ и АС (рис. 2) определяет связь фазовой скорости VФ внутри волновода со скоростью света С:

¥Ф = С / cos a. В свою очередь ¥Ф = C /-^1 -1 /(2- a)2 , где X - длина волны в свободном пространстве. При этом ширина стенки а волновода определяется из соотношения а = 1/(2 ■ sin a) . Так как значение а не зависит от координаты z, то V-образный зонд имеет более простую конструкцию, чем дуговой.

Расчетные соотношения для ДН дугового и V-образного зондов имеют соответственно вид (1) и (2)

Рис. 2. Угловой измерительный зонд

F3(в) = Кл(в, j) exP( J ■ k ■к) ■{

2 ■ Jo (z) ■ sin z1

+

+ 4-b'Z J 2m (Z)I (-1) kJ 2k (Z,)-

2m

m =1 k=0

2 ■ m +1

2 ■ m -1

(2■ m +1)2 -(2■ k)2 (2■ m-1)2 -(2^k)2

}-

(-1) m (2 ■ m + !)■ J2m+1 (Z)■ J2m+1 (Z1)

},

m=0

где в=0,5 при к=0, и в=1 при к=1; z1 =-kRo ■ cos в; z = kRo ■ ^тв^ cos(j -jo) +1];

Fu3ji (в, j) = cos(—■ cos j)/ sin j=1; Jn -функция Бесселя n-го порядка.

F3 (в)

. f Nkd . '

sinl-------sin в

fk d ' N ■ sinl------------sin в

(1)

(2)

где К-число щелей; к

2 n

Расчетные ДН дугового и У-образного зондов для трех значений Яо равных 5Х, 10Х и 15Х представлены на рис. 3, 4, 5.

z

z

2

2

Рис. 4. ДН дугового (—— и У-образного (—) зондов, АО = 0,33°

1

■ ■ 1 ■ 1 1 1 1

0.9 \

□ .а - ’ N=30 -

0.7 - рго=151_ -

0.0 - -

0.5 - -

0.4 - -

0.3 -

0.2 -

0.1 - \ ,/^Х -

□ С . 1/ ■ ^ . і

20 40 60 80 юо 120 140 160 1 60

Рис. 5. ДН дугового (—— и У-образного (—■) зондов, Ав = 0,083О

У-образный зонд

Рис. 6. У-образный зонд

Как следует из графиков, ДН имеют отличия лишь в области дальних боковых лепестков. Спроектированный и изготовленный У-образный зонд приведен на рис.6.

В автоматизированном измерительном стенде У-образный зонд используется совместно с СВЧ генератором, выполненным на диоде Г анна. Необходимость применения такого генератора связана с оперативным характером технического обслуживания (ТО) по состоянию средств авиационного радиоэлектронного оборудования. Схема генератора на диоде Ганна приведена на рис.7, а на рис.8 представлена его конструкция. В состав автогенератора (рис.7) входят: резонатор волноводного типа 1, определяющий частоту автоколебаний; диод Ганна 2; элементы перестройки частоты, согласования диода с резонатором 3.

Методом дальней зоны с использованием автогенератора на диоде Г анна на открытом полигоне были измерены ДН У-образного зонда в плоскостях Е и Н. Измерительный стенд для

снятия ДН приведен на рис.9, а на рис.10 и 11 представлены ДН в плоскости Е и Н соответственно.

Я

5-7В

3

¥

Рис. 7. Диодный СВЧ автогенератор

Рис. 9. Измерительный стенд для снятия ДН У-образного зонда

Таким образом, разработанный У-образный коллиматорный зонд решает задачу, связанную с полным перехватом электромагнитного излучения испытуемой антенной системы. В отличие от дугового зонда он более технологичен и допускает простую перестройку по частоте путем изменения угла а при вершине зонда. Данный зонд сконструирован для использования в передвижных аэродромных лабораториях при контроле радиоизлучения авиационной аппаратуры при ее ТО по состоянию.

1

о.э -о.в -

Q _______________I_____________I_____________I_____________I_____________I___ _I____________I ____________

В 5 1 В 15 20 25 ЗВ 35 40

Рис. 10. ДН V-образного зонда в плоскости Е (-расчетная, — измеренная), АО = 0,67°

1

о.э -0.0 -О.У -0.6 -

□ -,------------,------------,-------------,-------------,------------,-------------,-------------,------------Li------------

□ 5 Ю 15 20 25 30 35 ДО 45 50

Рис. 11. ДН V-образного зонда в плоскости Н (-расчетная, — измеренная), АО = 1,957°

ЛИТЕРАТУРА

1. Нечаев Е.Е., Будыкин А.Ю. Наземный контроль излучения авиационной радиоаппаратуры // Научный Вестник МГТУ ГА, серия «Радиофизика и радиотехника», №76(3), 2004. С. 32-36.

2. Нечаев Е.Е., Будыкин Ю.А. О возможности применения ортопроекционного метода антенных измерений в передвижной аэродромной лаборатории // Научный Вестник МГТУ ГА, серия «Радиофизика и радиотехника», №51, 2002. С.86-92.

3. А.С. 1377770 (СССР). Измерительный зонд. Е.Н. Воронин, Е.Е. Нечаев. Опубл. в Б.И., 1989, №3.

4. А.С. 1529145 (СССР). Коллиматорный зонд. Б.А. Акишин, Е.Н. Воронин, Г.А. Морозов, Е.Е. Нечаев, Н.К. Валчахметов. Опубл. в Б.И., 1989, №46.

ANGLE MEASUREMENTS ZOND FOR GROUND CONTROL OF INDUCE AREA RADIO DEVICES

Nechaev E.E.,. Budykin A.Ju

The V type probe for a measuring complex of movable airfield lab is described .

Сведения об авторах

Нечаев Евгений Евгеньевич, 1952 г.р., окончил НГТУ (1974), доктор технических наук, доцент МГТУ ГА, автор более 100 научных работ, область научных интересов - антенные измерения, техника СВЧ.

Будыкин Алексей Юрьевич, 1979 г.р., окончил МГТУ ГА (2002), аспирант МГТУ ГА, область научных интересов - информационные технологии, СВЧ метрология.