Pusat fase antena. Pusat fase. Karakteristik dan parameter antena pemancar
Penemuan ini berkaitan dengan pengukuran antena menggunakan sinyal ultra-wideband (UWB) dan dapat digunakan dalam pengembangan, pengujian dan kalibrasi antena. Antena pengukur dan pengujian ditempatkan di zona jauh, dan sinyal UWB digunakan untuk membunyikannya. Selama pemeriksaan pendahuluan, antena yang diuji diputar di sekitar sumbu rotasi pada sudut yang dipilih dan jendela penerimaan tetap ditemukan sedemikian rupa sehingga sinyal yang diterima masuk ke dalamnya. Selama pembumian utama, perbedaan waktu rambat sinyal antara pusat fase antena pada sudut rotasi antena yang diuji diperkirakan di jendela yang ditemukan. Untuk melakukan ini, perkiraan perbedaan posisi sinyal UWB yang diterima di jendela waktu penerimaan, atau spektrum frekuensi fasenya dihitung, dan koordinat pusat fase antena yang diuji dihitung untuk spektrum frekuensi. . Temukan sumbu pusat fase antena yang diuji, yang relatif terhadap waktu rambat sinyal antara pusat fase antena tidak bergantung pada sudut rotasi antena yang diuji. Untuk menentukan posisi spasial pusat fase antena, ubah sumbu rotasi antena yang diuji dan temukan sumbu pusat fase lainnya. Pusat fasa antena yang diuji terletak pada perpotongan sumbu pusat fasa. Hasil teknisnya adalah memberikan penentuan posisi pusat fase antena yang diuji untuk spektrum frekuensi dengan cepat dan akurat. 2 gaji terbang, 3 sakit.
Invensi ini berkaitan dengan pengukuran besaran listrik dan magnet, khususnya pengukuran antena menggunakan sinyal pita ultra lebar (UWB), dan dapat digunakan dalam pengembangan, pengujian, dan kalibrasi antena.
Pusat fase antena adalah titik di mana pemancar gelombang bola tunggal yang setara dengan sistem antena yang dipertimbangkan dapat ditempatkan sehubungan dengan fase medan yang dihasilkan. Dalam antena sebenarnya, pusat fase biasanya dianggap dalam sudut terbatas dari lobus utama pola radiasi. Posisi pusat fasa bergantung pada frekuensi sinyal yang digunakan, arah radiasi/penerimaan antena, polarisasinya, dan faktor lainnya. Beberapa antena tidak memiliki pusat fase seperti yang diterima secara umum.
Dalam kasus yang paling sederhana, misalnya pada antena parabola, pusat fase bertepatan dengan fokus paraboloid dan dapat ditentukan dari pertimbangan geometris. Namun, kesalahan desain dan teknologi menyebabkan pergeseran pusat fase bahkan dalam desain antena yang paling sederhana. Untuk kasus ini, dikenal metode untuk menentukan pusat fase antena, yang terdiri dari menempatkan antena pengukur di wilayah panjang fokus ganda antena parabola yang diteliti, menggerakkan sistem antena ke titik penerimaan maksimum. dari sinyal yang dipantulkan, menentukan koordinat titik yang ditentukan dan, menganggapnya sebagai pusat bola yang mendekati paraboloid, temukan fokus paraboloid, yang dianggap sebagai pusat fase antena parabola yang diteliti. Dengan menentukan arah vektor Poynting medan radiasi antena, dimungkinkan untuk menentukan sumbu pusat fasa yang berpotongan pada pusat fasa antena. Untuk menentukan titik potong, cukup mendefinisikan dua sumbu.
Kerugian dari metode ini adalah terbatasnya cakupan penerapan - hanya untuk antena parabola, serta kompleksitas yang signifikan dalam melakukan pengukuran ketika diperlukan untuk menentukan pusat fase untuk spektrum frekuensi.
Dalam kasus yang lebih kompleks, seperti antena horn, posisi pusat fase tidak jelas dan memerlukan pengukuran yang tepat. Ada metode yang dikenal untuk menentukan pusat fase dari klakson yang memancar, yang terdiri dari eksitasi klakson dengan sinyal gelombang mikro, menerima sinyal yang dipantulkan dari layar khusus, memperkirakan fase dari sinyal yang diterima dan menentukan koordinat pusat fase. antena yang diuji.
Kerugian dari metode ini adalah terbatasnya cakupan penerapan - hanya untuk antena tanduk, serta kompleksitas yang signifikan dalam melakukan pengukuran ketika diperlukan untuk menentukan pusat fase untuk spektrum frekuensi.
Ada metode yang dikenal untuk menentukan pusat fase elemen susunan antena, yang terdiri dari memasang dua antena di zona jauh, menyelidiki elemen susunan antena yang diuji, yang kemudian diputar di sekitar sumbu rotasi, di masing-masing posisi mereka memancarkan sinyal dengan antena model, menerimanya dengan antena uji, dan mengevaluasi amplitudo dan fase sinyal yang diterima dan menemukan vektor pusat fase yang meminimalkan perbedaan antara pola fase yang diukur dan dihitung.
Kerugian dari metode ini adalah tingginya kompleksitas dalam melakukan pengukuran ketika diperlukan untuk menentukan pusat fasa antena untuk spektrum frekuensi.
Metode yang paling dekat dengan metode yang diklaim adalah metode penentuan posisi pusat fase antena, yang terdiri dari pemasangan dua antena di zona jauh, memeriksa antena yang diuji, kemudian memutarnya di sekitar sumbu rotasi pada titik yang dipilih. sudut, di setiap posisi mereka memancarkan sinyal dengan karakteristik konstan satu, menerima antena pengukurnya dan mengevaluasi sinyal yang diterima, pusat fase antena yang diuji ditemukan di persimpangan sumbu pusat fase. Dalam hal ini antena pengukur ditempatkan secara berurutan pada dua titik medan elektromagnetik, pada setiap posisi amplitudo dan fasa sinyal yang diterima diukur untuk tiga komponen ortogonal vektor medan listrik, ditentukan dua sumbu pusat fasa, dimulai dari pusat fase antena bantu (dalam dua posisi) dan berakhir di pusat fase antena yang diuji.
Kerugian dari metode ini adalah kesesuaiannya hanya untuk polarisasi antena elips, akurasi yang rendah, dan kompleksitas pengukuran yang tinggi ketika diperlukan untuk menentukan pusat fase spektrum frekuensi. Rendahnya akurasi dijelaskan oleh fakta bahwa menentukan secara akurat komponen vektor medan listrik bukanlah tugas yang mudah, dan menemukan titik potong dua vektor yang tidak diketahui secara pasti dari zona jauh menyebabkan kesalahan yang lebih signifikan.
Mengetahui posisi yang tepat dari pusat fase antena sangat penting untuk pengukuran navigasi presisi tinggi, karena kesalahan dalam menentukan posisi pusat fase secara langsung mempengaruhi keakuratan penentuan parameter navigasi objek. Langkah-langkah untuk memperjelas posisi pusat fase diambil selama desain, pembuatan dan kalibrasi antena. Sistem antena modern banyak menggunakan susunan antena, sehingga konsep “pusat fase” menjadi rumit, dan terlebih lagi pengukurannya. Misalnya, dalam Sistem Pemosisian Global (GPS), ephemeris presisi yang disediakan oleh International Geodynamic Survey (IGS) dan organisasi lain menyampaikan informasi tentang pusat massa satelit, dan ketika membuat dan menggunakan ephemeris tersebut untuk memproses data GPS, ephemeris tersebut perlu diketahui secara pasti posisi pusat fasa antena terhadap pusat massa satelit, dengan mempertimbangkan kesalahan desain dalam pembuatan antena dan satelit, pengaruh satelit navigasi itu sendiri terhadap pengoperasian antena, pengamatan sudut, polarisasi dan faktor lainnya. Untuk meningkatkan akurasi, kalibrasi digunakan. Selain itu, sistem antena modern sering kali menggunakan sinyal non-monokromatik yang kompleks, sehingga pengukuran antena menjadi sangat sulit.
Tugas yang diselesaikan dengan metode yang diusulkan adalah penentuan posisi pusat fase antena yang diuji untuk spektrum frekuensi dengan cepat dan akurat.
Untuk mengatasi masalah ini, metode penentuan posisi pusat fase antena terdiri dari memasang dua antena di zona jauh, memeriksa antena yang diuji, kemudian memutarnya di sekitar sumbu rotasi pada sudut yang dipilih, di masing-masing antena. posisi mereka memancarkan sinyal dengan karakteristik konstan satu, dan menerimanya antena lain dan mengevaluasi sinyal yang diterima, pusat fase antena yang diuji ditemukan di persimpangan sumbu pusat fase, sinyal UWB digunakan untuk membunyikan, pendahuluan sounding dilakukan, di mana ukuran minimum jendela waktu penerimaan dan posisinya relatif terhadap momen emisi dievaluasi dan dipilih sehingga sinyal yang diterima masuk ke jendela penerimaan, sounding utama dilakukan, di mana sinyal diterima. dalam jendela waktu penerimaan yang dipilih, perkirakan perbedaan waktu propagasi sinyal antara pusat fase antena pada sudut rotasi antena yang diuji, dan temukan sumbu pusat fase antena uji yang sejajar dengan sumbu. rotasi, relatif terhadap waktu perambatan sinyal antara pusat fase antena tidak bergantung pada sudut rotasi antena yang diuji, pilih sumbu rotasi lain dari antena yang diuji, ulangi bunyi pendahuluan dan utama dan temukan sumbu lain dari pusat fase.
Selama pembumian dasar, untuk menentukan secara kasar posisi pusat fase antena, perbedaan posisinya di jendela waktu penerimaan digunakan sebagai perkiraan perbedaan waktu propagasi sinyal antara pusat fase antena,
Untuk menentukan secara akurat posisi pusat fase antena untuk memperkirakan perbedaan waktu propagasi sinyal antara pusat fase antena selama pembumian utama, spektrum frekuensi fasenya dihitung, dan koordinat pusat fase antena dihitung. yang diuji dihitung untuk spektrum frekuensi.
Perbedaan yang signifikan antara metode yang diusulkan dibandingkan dengan prototipe adalah:
Sinyal UWB digunakan sebagai sinyal suara. Sinyal tersebut memungkinkan untuk mempercepat pengukuran antena dengan melakukannya secara bersamaan pada rentang frekuensi yang luas.
Prototipe menggunakan sinyal monokromatik. Bekerja dengan sinyal seperti itu secara teknis lebih sederhana dan lebih jelas, karena karakteristik antena diukur secara langsung pada setiap frekuensi secara terpisah. Namun, jika perlu untuk menentukan posisi pusat fase spektrum frekuensi, kompleksitas pengukuran meningkat berkali-kali lipat.
Penyelidikan pendahuluan dilakukan, di mana ukuran minimum jendela waktu penerimaan dan posisinya relatif terhadap momen emisi dinilai dan dipilih sehingga sinyal yang diterima termasuk dalam jendela penerimaan. Pilihan jendela waktu penerimaan yang tetap memungkinkan untuk memperhitungkan semua bagian informatif dari sinyal yang diterima di semua sudut rotasi antena yang dipilih yang diuji, memungkinkan untuk melakukan pengukuran lebih lanjut dalam kondisi yang sama dan memastikan keakuratan penghitungan karakteristik frekuensi fase dari sinyal yang diterima selama pemrosesan hasil pengukuran selanjutnya. Ukuran minimum jendela penerimaan juga memastikan peningkatan akurasi pengukuran, karena dengan jumlah sampel yang dipilih di jendela penerimaan, langkah waktu pengambilan sampel menjadi minimal. Selain itu, sebagai hasil dari pemilihan jendela waktu penerimaan minimum, karena perbedaan jalur, sinyal yang dipantulkan dari benda asing di area penelitian tidak masuk ke dalamnya, dan karenanya, biaya pengukuran antena berkurang.
Pada prototipe, penerimaan sinyal terjadi secara terus menerus, tidak sinkron dengan momen pancarannya. Dalam hal ini, fase sinyal monokromatik ditentukan secara ambigu, yang menyebabkan perlunya penggunaan sirkuit khusus, misalnya, AS USSR No. 1125559. Selain itu, penyelesaian masalah pantulan samping dalam hal ini disertai dengan biaya material yang serius untuk membuat ruang anechoic, lapisan penyerap yang hanya beroperasi pada rentang frekuensi tertentu, melakukan pengukuran terbang lintas yang mahal, dll.
Pembunyian utama dilakukan, di mana sinyal diterima dalam jendela waktu penerimaan yang dipilih, perbedaan waktu propagasi sinyal antara pusat fase antena diperkirakan pada sudut rotasi antena yang diuji, dan sumbu antena yang diuji. pusat fase antena yang diuji ditemukan sejajar dengan sumbu rotasi, yang relatif terhadap waktu perambatan sinyal antara pusat fase antena tidak bergantung pada sudut rotasi antena yang diuji. Perbedaan utamanya adalah penggunaan perbedaan waktu propagasi sinyal, yang memungkinkan untuk melanjutkan pengukuran posisi pusat fase relatif terhadap sumbu rotasi antena yang diuji.
Dalam prototipe, ditemukan sumbu pusat fase yang berasal dari lokasi antena pengukur di zona jauh, yang menghasilkan kesalahan pengukuran yang signifikan.
Pilih sumbu rotasi antena lain yang sedang diuji, ulangi bunyi awal dan bunyi utama, lalu temukan sumbu lain dari pusat fase. Sumbu rotasi lainnya dapat dipilih secara sewenang-wenang, termasuk pada sudut 90° terhadap sumbu pertama, yang meningkatkan akurasi dalam menemukan titik perpotongan sumbu, dan, akibatnya, koordinat pusat fase.
Dalam prototipe, sumbu pusat fase terletak dalam sudut terbatas dari lobus utama pola radiasi, sehingga mengurangi keakuratan dalam menemukan titik perpotongan sumbu tersebut.
Untuk memperkirakan perbedaan waktu rambat sinyal selama pembunyian utama, digunakan perbedaan posisinya dalam jendela waktu penerimaan. Metode ini hanya memungkinkan perkiraan kasar posisi pusat fasa tanpa memperhitungkan ketergantungan posisi pusat fasa pada frekuensi.
Pada prototipe, kurangnya sinkronisasi antara momen pancaran dan penerimaan tidak memungkinkan kita menemukan perbedaan waktu penerimaan sinyal saat antena yang diuji diputar.
Posisi pusat fase yang lebih akurat dapat diperoleh dengan menghitung spektrum frekuensi fase untuk memperkirakan perbedaan waktu propagasi sinyal selama pembumian utama. Perbedaan fasa sinyal yang diterima pada setiap frekuensi dapat dengan mudah diubah menjadi perbedaan waktu rambat sinyal, dan koordinat pusat fasa antena yang diuji dihitung untuk spektrum frekuensi. Pendekatan ini memungkinkan untuk mengurangi intensitas tenaga kerja karena fakta bahwa dalam satu siklus pengukuran dimungkinkan untuk memperoleh spektrum koordinat pusat fase antena yang diuji.
Prototipe menentukan pusat fasa antena untuk satu frekuensi. Jika perlu untuk mendapatkan hasil yang ditunjukkan untuk spektrum frekuensi, timbul biaya waktu dan perangkat keras yang besar untuk restrukturisasi generator sinyal suara, pengukur fase, dan elemen perangkat lain yang menerapkan metode ini.
Metode inventif diilustrasikan oleh materi grafis berikut:
Gambar 1 - Skema perhitungan kasar posisi pusat fase antena.
Gambar 2 - Skema untuk menghitung secara akurat posisi pusat fase antena.
Gambar 3 - Perangkat yang mengimplementasikan metode yang diusulkan.
Mari kita pertimbangkan kemungkinan penerapan metode yang diusulkan.
Sebelum memulai pengukuran, Gambar 1, dua antena dipasang di zona jauh, yaitu. pilih jarak L antara pusat fase yang diharapkan dari antena uji 1 dan antena pengukur 2, dan jarak L itu sendiri tidak menjadi masalah, karena pengukuran dilakukan relatif terhadap sumbu rotasi antena uji. Karakteristik antena pengukur juga tidak menjadi masalah, karena respons frekuensi amplitudo dan posisi pusat fasa juga tidak mempengaruhi pengukuran. Sudut rotasi antena yang diuji dipilih sehingga pada sektor pengukuran tidak ada angka nol pada pola radiasi amplitudo antena yang diuji, yang sesuai dengan lompatan fasa. Antena yang diuji atau diukur dapat bertindak sebagai antena pemancar; oleh karena itu, antena lainnya menjadi antena penerima.
Untuk pengukuran, sinyal UWB dipancarkan oleh satu antena dan diterima oleh antena lainnya. Sinyal tersebut dapat digunakan sebagai sinyal video pendek yang identik (dengan karakteristik konstan) dengan durasi dari pecahan hingga beberapa pikodetik, yang memiliki spektrum dari nol hingga puluhan gigahertz. Pulsa ini dapat diterima oleh transduser stroboskopik - perangkat yang, dalam jendela penerimaan yang ditetapkan sehubungan dengan momen emisi sinyal probing, memilih satu sampel dari sinyal yang diterima pada waktu tertentu. Probing dengan pulsa yang sama pada posisi antena yang sama diulangi berkali-kali (ribuan kali) dengan frekuensi yang berubah-ubah, dan titik waktu pengambilan sampel digeser sepanjang jendela penerimaan. Sebagai hasil dari metode penerimaan ini, terjadi transformasi skala-waktu, yaitu. pulsa “cepat” probing yang diterima dianggap sebagai sekumpulan hitungannya, tetapi pada skala waktu yang berbeda. Dalam hal ini, setiap sampel dapat diproses “secara perlahan”, menggunakan konverter analog-ke-digital konvensional dan metode pemrosesan komputer.
Misalkan sebelum memulai pengukuran, Gambar 1, sumbu rotasi 0Y antena uji 1 tegak lurus terhadap bidang XOZ dan tidak berimpit dengan sumbu pusat fasa yang sejajar dengannya, melalui titik Z c (FC) . Ketika antena uji 1 diputar dengan sudut α i, jarak antara pusat fase antena 1 dan 2 berubah, dan akibatnya, waktu propagasi sinyal UWB di antara keduanya dengan jumlah ΔT dan fase yang diterima sinyal dengan ΔФ(f). Besarnya perubahan fasa bergantung pada frekuensi f yang dipertimbangkan.
Pembunyian pendahuluan dilakukan, di mana antena yang diuji diputar pada sudut yang dipilih. Mereka memancarkan dan menerima sinyal UWB. Pilih waktu mulai jendela penerimaan sinyal oleh antena 2 sehingga pada setiap sudut putaran α antena uji 1 awal pulsa yang diterima antena 2 diamati bahwa pada setiap sudut rotasi antena uji 1, seluruh pulsa yang diterima mengenainya.
Pembunyian utama dilakukan, di mana sinyal UWB diterima dalam jendela waktu penerimaan yang dipilih. Tugas probing utama adalah mencari sumbu pusat fasa yang melewati pusat fasa (PC) dan sejajar dengan sumbu putar 0 antena 1.
Untuk memperkirakan secara kasar posisi sumbu pusat fase antena 1, evaluasi perbedaan waktu rambat sinyal antara pusat fase antena 1 dan 2 pada sudut rotasi antena uji 1 yang berbeda. Secara khusus, Anda dapat tentukan sumbu 0Z (sumbu dasar) yang melalui sumbu putar antena 1, pusat fasa antena 2 dan sumbu perpotongan pusat fasa antena 2 di titik Z c. Untuk melakukan ini, temukan posisi sudut antena 1 di mana sinyal yang diterima paling dekat dengan awal jendela penerimaan (jika pusat fase digeser ke depan relatif terhadap sumbu rotasi) atau ke ujung jendela penerimaan (jika pusat fase berada di belakang sumbu rotasi). Kemudian antena 2 diputar ke sudut yang diketahui α i dan perbedaan DT dalam waktu propagasi sinyal UWB pada dua posisi yang ditunjukkan ditentukan. Dari pertimbangan geometri, kita dapat menentukan besaran yang tidak diketahui:
Z c =СΔТ/(1-cos(α i)),
di mana C adalah kecepatan cahaya. Nilai Z c dan posisi sumbu 0Z secara unik menentukan posisi sumbu pusat fasa.
Rendahnya akurasi metode yang dijelaskan untuk menentukan sumbu pusat fase dijelaskan oleh keadaan berikut:
1. Posisi pusat fase antena bergantung pada frekuensi, dan oleh karena itu koordinat Z c yang ditemukan untuk sinyal UWB hanyalah semacam “perkiraan integral” ke pusat fase, tetapi dapat digunakan, misalnya, dalam pengukuran jangkauan.
2. Perkiraan posisi temporal sinyal UWB di jendela penerimaan bersifat ambigu, karena ketika antena 1 diputar, bentuk sinyal yang diterima berubah, sehingga momen sinyal yang diterima harus dianggap sebagai momen penerimaan tidak jelas. .
3. Posisi sumbu 0Z tidak ditentukan secara akurat, karena di sekitar α i =0 perbedaan ΔT waktu propagasi sinyal UWB sedikit berubah.
Untuk memecahkan masalah terakhir, adalah mungkin untuk melakukan pengukuran untuk setidaknya tiga posisi sudut antena 1 yang berbeda dan memecahkan, seperti yang akan ditunjukkan di bawah, sistem persamaan yang sesuai.
Penentuan posisi sumbu pusat fasa secara akurat hanya dimungkinkan secara terpisah untuk setiap frekuensi f j dari spektrum frekuensi yang diperlukan. Untuk mengatasi masalah ini, dengan menggunakan transformasi Fourier diskrit (DFT), spektrum frekuensi fase dari sinyal yang diterima dihitung pada beberapa posisi sudut antena 1. Ketika n=3, metode untuk menghitung posisi sumbu fase pusat antena 1 untuk satu frekuensi fj adalah sebagai berikut. Misalkan sumbu pusat fasa antena 1 pada frekuensi f j terletak pada jarak Z c dari sumbu rotasi Y sistem koordinat ortogonal XYZ. Menurut definisi pusat fase, jarak Zn tetap tidak berubah pada setiap sudut rotasi yang dipilih. Posisi sudut awal antena 1, Gambar 2, berjarak pada sudut yang tidak diketahui α 0 dari sumbu 0Z, akan dianggap dasar, sedangkan sumbu pusat fase antena 1 melewati titik Z 0 dengan koordinat yang tidak diketahui. Probing dilakukan, berdasarkan hasil tersebut dihitung fasa Ф 0 (f j) dari sinyal yang diterima menggunakan DFT. Ketika antena 1 diputar mengelilingi sumbu 0Y relatif terhadap posisi dasar dengan sudut i yang diketahui, sumbu pusat fasa akan melewati titik Z c1. Sebagai hasil dari bunyi dan perhitungan yang serupa, fase Ф 1 dari sinyal yang diterima ditemukan pada frekuensi yang sama, tetapi pada posisi antena 1 yang berbeda. Perbedaan fase ini memungkinkan kita memperkirakan perbedaan waktu rambat sinyal:
ΔТ 1 =(Ф 0 -Ф 1)/2πfj.
Ketika antena 1 diputar ke sudut yang diketahui α 2 relatif terhadap posisi dasar, sumbu pusat fase antena melewati titik Z c2. Dengan cara yang sama, perbedaan waktu propagasi sinyal antara posisi dasar dan posisi saat ini dari sumbu pusat fase ΔT 2 dihitung. Sebagai hasil dari tiga persamaan, sistem dua persamaan dapat dikompilasi:
ΔT 1 =Z c (cosα 0 -cos(α 0 -α 1))/C
T 2 =Z c (cosα 0 -cos(α 0 -α 2))/C,
di mana C adalah kecepatan cahaya.
Sistem ini berisi dua hal yang tidak diketahui α 0 dan Z c. dan dapat diselesaikan dengan metode yang diketahui. Nilai yang dihasilkan α 0 dan Z c merupakan koordinat polar sumbu pusat fasa antena 1 untuk frekuensi f j relatif terhadap sumbu rotasinya 0.
Perhitungan serupa dilakukan untuk semua frekuensi f j dari spektrum frekuensi. Untuk meningkatkan keakuratan perhitungan, jumlah sudut putaran antena 1 yang diuji dipilih lebih besar dari tiga, kemudian sistem persamaan menjadi mubazir, dan penyelesaiannya dapat diperoleh, misalnya dengan metode kuadrat terkecil ( LSM).
Pusat fase antena 1 dapat ditempatkan tidak hanya pada bidang XOZ, tetapi juga pada jarak darinya dengan nilai Y c. Untuk mengetahui posisi spasial pusat fasa antena 1, sumbu rotasinya diubah. Sumbu 0X dapat dipilih sebagai sumbu baru. Dengan mengulangi pengukuran dan perhitungan yang dijelaskan di atas, sumbu kedua dari pusat fase ditemukan. Dalam kasus yang dipertimbangkan, sumbu rotasi kedua antena 1 tegak lurus terhadap sumbu pertama. Dalam kasus ideal, sumbu pusat fase yang ditemukan berpotongan. Titik perpotongan sumbu yang ditunjukkan dihitung, yang dianggap sebagai pusat fase antena 1. Dalam kondisi nyata, sumbu yang ditemukan ternyata berpotongan. Dalam hal ini, pusat fasa antena 1 dicari dengan meminimalkan jarak antar sumbu, misalnya menggunakan metode kuadrat terkecil.
Dengan demikian, metode inventif memungkinkan Anda dengan cepat dan akurat menentukan posisi pusat fase antena yang diuji untuk semua frekuensi yang dipilih. Koordinat pusat fase yang diperoleh memungkinkan penggunaan sinyal kompleks dalam pengukuran radar, memperhitungkan variasi posisi pusat fase, dan dengan demikian meningkatkan keakuratan pengukuran menggunakan antena yang dikalibrasi.
Perangkat yang mengimplementasikan metode yang diusulkan ditunjukkan pada Gambar 3, di mana:
1 - antena sedang diuji;
2 - antena pengukur;
3 - dukungan berputar;
4 - komputer;
5 - garis tunda;
6 - generator sinyal probing;
7 - penerima stroboskopik;
8 - konverter analog-ke-digital;
9 - masukan kontrol penundaan manual.
Antena yang diuji 1 adalah objek pengukuran dengan posisi pusat fase yang tidak diketahui. Antena pengukur 2 ditujukan untuk pengukuran, karakteristiknya mungkin tidak diketahui karena tidak mempengaruhi keakuratan karena sifat relatif dari pengukuran.
Perangkat pendukung putar 3 dirancang untuk memutar antena 1 pada sudut yang diketahui di bawah kendali pesan kode dari komputer 4.
Komputer 4 mengontrol pengoperasian perangkat, memproses hasil pengukuran dan menghitung koordinat pusat fase antena yang diuji 1.
Jalur tunda 5 dirancang untuk memilih dan memperbaiki jendela penerimaan sinyal probing, serta untuk mengubah posisi sampel sinyal yang diterima di jendela waktu penerimaan. Garis tunda berisi blok tundaan kasar dan tundaan halus. Blok pertama memungkinkan Anda untuk menunda momen emisi sinyal UWB relatif terhadap momen penerimaannya, mis. menentukan awal jendela penerimaan. Hal ini dapat diimplementasikan pada generator sinyal jam dan penghitung digital, yang bilangan konversinya dikontrol dari komputer 4. Unit penundaan presisi terdiri dari konverter digital-ke-analog dan dioda penyimpan muatan. Kode yang berasal dari komputer 4 menetapkan ambang batas dioda, yang mengubah penundaan sinyal pemicu.
Generator sinyal probing 6 menghasilkan sinyal UWB.
Penerima stroboskopik (7) memilih satu sampel dari sinyal yang diterima sesuai dengan sinyal strobo.
Konverter analog-ke-digital (8) dirancang untuk mengubah sampel sinyal yang diterima menjadi bentuk digital.
Input kontrol penundaan manual 9 dimaksudkan untuk memilih jendela penerimaan selama pemeriksaan awal.
Antena uji 1 dan antena pengukur 2 dipasang di zona jauh pada jarak kira-kira yang diketahui L. Antena uji 1 dipasang pada perangkat pendukung putar 3 dengan sumbu rotasi tetap. Kita asumsikan bahwa antena yang diuji 1 memancarkan, dan antena pengukur 2 menerima. Sebelum berbunyi, komputer 4, dengan mengirimkan sinyal kode kontrol ke perangkat pendukung putar 3, mengatur sudut rotasi yang diperlukan α i dari antena yang diukur 1 dalam rentang yang dipilih.
Untuk penerimaan stroboskopik sinyal UWB, nilai penundaan yang tepat di blok 5 diubah sebagai akibatnya, momen radiasi oleh antena 1 digeser relatif terhadap momen penerimaan tetap oleh antena 2, dan penerima stroboskopik 7 memilih. sampel sinyal yang diterima berbeda (dalam waktu). Kisaran nilai penundaan presisi menentukan panjang jendela penerimaan, dan langkah menentukan keakuratan pengukuran. Dengan berulang kali mengubah nilai penundaan yang tepat, konversi skala-waktu dilakukan dan semua sampel sinyal UWB yang diterima diperoleh, yang ditampilkan pada layar monitor komputer 4.
Selama probing, sinyal pemicu dari komputer 4 disuplai melalui jalur tunda 5 ke generator sinyal probing UWB 8, dan juga melalui kabel dengan panjang kira-kira sama dengan jarak antara antena L - ke konverter stroboskopik 7 dan analog -ke-digital converter 8. Sinyal UWB yang dipancarkan antena 1 tiba di antena 2 dengan penundaan waktu propagasi pada jarak L antara antena 1 dan 2.
Selama pemeriksaan pendahuluan, pertama-tama pilih nilai penundaan kasar di blok 5, dan mungkin panjang kabel yang disebutkan di atas, sehingga sinyal pemicu tiba di penerima stroboskopik 7 segera sebelum sinyal UWB tiba di sudut rotasi mana pun. antena 1. Untuk mengatasi masalah ini, komputer 4 melalui perangkat pendukung putaran 3 mengubah sudut putaran antena 1, dan perubahan posisi awal sinyal yang diterima di jendela penerimaan diamati pada monitor komputer4. Secara manual, melalui input 9 dari komputer 4, nilai penundaan kasar di blok 5 diubah, kemudian melalui input 9 dari komputer 4, nilai dan langkah penundaan halus di blok 5 diubah, sehingga mencapai penerimaan penuh UWB. sinyal. Sebagai hasil dari tindakan yang dijelaskan, nilai penundaan kasar (saat penerimaan dimulai), serta langkah dan nilai penundaan halus (akurasi dan durasi jendela penerimaan) dicatat.
Ketika secara kasar menentukan posisi sumbu pusat fase antena 1, posisi sinyal yang diterima diperkirakan pada sudut rotasi i antena 1 yang diketahui dan, dengan menggunakan algoritma yang dijelaskan di atas, koordinat titik yang melaluinya sumbu lintasan pusat fase dihitung di komputer 4.
Saat menentukan secara akurat sumbu pusat fase di komputer 4, spektrum frekuensi fase dari sinyal yang diterima dihitung dan koordinat titik-titik yang dilalui sumbu pusat fase pada frekuensi yang sesuai ditemukan.
Ubah sumbu putaran antena 1 dan ulangi pengukuran.
Pusat fase antena 1 ditentukan untuk setiap frekuensi secara terpisah sebagai titik potong sumbu pusat fase yang sesuai.
Dengan demikian, metode yang diusulkan dapat diimplementasikan pada basis elemen modern dan memungkinkan Anda dengan cepat dan akurat menentukan koordinat pusat fase antena yang diuji untuk spektrum frekuensi. Mengetahui koordinat ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan akurasi pengukuran antena menggunakan antena yang diukur.
LITERATUR
1. Drabkin A.L., Zuzenko V.L. Perangkat pengumpan antena. M.: Burung hantu. radio, 1961, hlm.70-71.
2. SEBAGAI Uni Soviet No.364908.
3. SEBAGAI Uni Soviet No.1125559.
4. Paten JP No.2000321314.
5. SEBAGAI Uni Soviet No.1702325.
6. Paten JP 2183172.
7. Kalibrasi Pusat Fase Antena, GPS World, Mei 2002, Penerbit: Advanstar Communications Inc 859 Willamette Street, Eugene, Oregon 97401-6806, AS.
8. Ryabinin Yu.A. Osilografi stroboskopik. - M.: Burung hantu. radio, 1972.
1. Suatu metode untuk menentukan posisi pusat fasa suatu antena, yang terdiri dari pemasangan dua antena sehingga yang satu berada pada zona jauh relatif terhadap yang lain, memeriksa antena yang sedang diuji, yang kemudian diputar mengelilingi sumbu rotasi pada sudut yang dipilih, dan sinyal dipancarkan di setiap posisi dengan karakteristik konstan satu, menerimanya dengan antena lain dan mengevaluasi sinyal yang diterima, pusat fase antena yang diuji ditemukan di persimpangan sumbu yang melewati pusat fasenya , dicirikan bahwa sinyal ultra-wideband digunakan untuk membunyikan, melakukan pembunyian awal, di mana ukuran minimum dievaluasi dan jendela waktu penerimaan dipilih dan posisinya relatif terhadap momen radiasi sedemikian rupa sehingga sinyal yang diterima jatuh ke dalam penerimaan. jendela, lakukan pembumian utama, di mana sinyal diterima dalam jendela waktu penerimaan yang dipilih, evaluasi perbedaan waktu rambat sinyal antara pusat fase antena pada sudut rotasi antena yang berbeda yang diuji dan temukan An sumbu sejajar dengan sumbu rotasi yang melewati pusat fase antena yang diuji, relatif terhadap waktu rambat sinyal antara pusat fase antena tidak bergantung pada sudut rotasi antena yang diuji, pilih yang lain sumbu rotasi antena yang diuji, ulangi pemeriksaan pendahuluan dan utama dan temukan sumbu lain yang melewati antena pusat fase yang diuji.
Invensi ini berkaitan dengan bidang radar dan dimaksudkan untuk sertifikasi amplitudo dan distribusi fasa medan elektromagnetik (selanjutnya disebut medan) di zona pengukuran instalasi untuk mengukur permukaan hamburan efektif (ESR) target radar.
Penemuan ini berkaitan dengan pengukuran antena menggunakan sinyal pita lebar ultra dan dapat digunakan dalam pengembangan, pengujian dan kalibrasi antena
Ketika mempertimbangkan prinsip pengoperasian cermin parabola, kami berasumsi bahwa sumber titik terletak pada fokusnya. Iradiator asli memiliki dimensi yang sebanding dengan gelombang dan seringkali bahkan lebih besar darinya.
Pertanyaannya adalah, bagaimana sebaiknya iradiator ditempatkan relatif terhadap fokus? Vibrator mana yang aktif atau pasif untuk iradiator yang ditunjukkan pada Gambar. 43 dan 44, haruskah berada dalam fokus cermin?
Pertanyaan-pertanyaan seperti ini selalu menghadang para insinyur yang mengembangkan perangkat antena. Dan mereka memberikan jawaban sebagai berikut: fokus cermin harus bertepatan dengan titik iradiator, yang secara mental dapat dianggap sebagai pusat fase iradiator, yaitu sebagai titik awal gelombang bola.
Lokasi pusat fase ditentukan secara eksperimental. Pengalaman menunjukkan bahwa iradiator yang ditunjukkan pada Gambar. 43 dan 44, pusat fase terletak di antara vibrator aktif dan pasif, agak lebih dekat ke yang pertama. Untuk pakan tanduk, pusat fase terletak di dalamnya, di sekitar tenggorokan tanduk.
Asalkan jika pusat fase umpan tidak bertepatan dengan fokus, ada dua kasus yang mungkin terjadi.
Pertama, kami akan mempertimbangkan opsi pengaburan memanjang dari sistem cermin umpan, ketika umpan digeser ke satu sisi atau lainnya dari fokus sepanjang sumbu ONS.
Mari kita lihat Gambar. 51 dan buatlah lintasan sinar yang dipantulkan dari cermin, dengan asumsi bahwa pada setiap titik paraboloid, gelombang radio dipantulkan menurut hukum optik seperti dari cermin datar yang bersinggungan dengan parabola pada suatu titik tertentu.
Jika iradiator diletakkan pada titik fokus cermin parabola, maka sinar pantulnya sejajar dengan sumbu fokusnya. ONS, kemudian ketika iradiator berpindah dari fokus menjauhi cermin (titik DI DALAM) sudut datang sinar pada setiap titik cermin akan bertambah besar dibandingkan dengan letak iradiator yang benar (j 2 > j 0). Berdasarkan hukum optik yang terkenal bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul (j 1 = j 2), sinar yang dipantulkan dari cermin akan merambat dalam berkas divergen. Saat iradiator digeser ke titik A, terletak di belakang fokus, sinar pantul akan condong ke sumbunya ONS.
Karena permukaan gelombang (muka gelombang) tegak lurus terhadap sinar, maka dalam kasus kedua (titik A) muka gelombang pada bukaan cermin tidak datar, melainkan cekung; dalam kasus pertama, muka gelombang menjadi cembung.
Dalam kedua kasus, muka gelombang simetris terhadap sumbunya ONS, oleh karena itu, pola radiasi antena juga tetap simetris ketika umpan digeser, namun lobus utamanya mengembang, menyatu dengan lobus samping pertama.
Jika antena sangat tidak fokus, lobus utama mungkin akan terbelah.
Gagasan tentang tingkat pengaruh distorsi muka gelombang pada bukaan antena terhadap penguatannya diberikan pada Gambar. 52, yang menunjukkan ketergantungan penurunan penguatan antena parabola pada nilai deviasi absolut, dan fase gelombang pantulan di tepi cermin relatif terhadap fase di tengah bukaannya.
Dalam grafik ini, penguatan antena ideal diambil sebagai satu kesatuan, di mana gelombang bidang dengan distribusi amplitudo seragam dibuat di lubang radiasi.
Dalam praktiknya, deviasi fase yang tidak melebihi 1/8l dianggap dapat diterima. Pengurangan penguatan antena dalam hal ini tidak melebihi 8% (lihat Gambar 52).
Untuk sampel antena tertentu, persyaratan ini dipenuhi melalui tindakan desain khusus yang menghilangkan kemungkinan kesalahan pemasangan feed dan pada saat yang sama memastikan feed yang terakhir dapat dipertukarkan.
Sekarang mari kita perhatikan bagaimana pergerakan melintang umpan akan mempengaruhi sifat arah antena.
Jika pusat fase umpan dipindahkan keluar fokus ke arah tegak lurus terhadap sumbu optik, hal ini akan menyebabkan perubahan asimetris pada muka gelombang di bukaan cermin: ia akan miring ke arah yang berlawanan dengan pergeseran umpan. (Gbr. 53). Namun karena radiasi antena maksimum utama selalu diarahkan tegak lurus terhadap muka gelombang, akibat pengaburan melintang, maksimum utama pola radiasi akan berputar dengan sudut yang sama dengan sudut kemiringan gelombang.
Pada saat yang sama, kelopak utama itu sendiri agak berubah bentuk. Derajat deformasi ini akan ditentukan oleh seberapa jauh iradiator dipindahkan keluar fokus.
Sifat mengubah arah lobus utama pola radiasi ketika umpan dipindahkan secara melintang banyak digunakan dalam radar untuk mengayunkan (memindai) berkas.
Sebagai penutup pemeriksaan singkat antena parabola, kami menunjukkan bahwa distorsi fase simetris dan asimetris pada bukaannya dapat terjadi tidak hanya karena pengaburan umpan, tetapi juga karena penyimpangan profil cermin dari parabola. Sumber distorsi medan juga dapat menjadi sumber umpan itu sendiri jika muka gelombangnya berbeda dari bentuk bola.
Dalam kondisi pengoperasian, penyebab semua distorsi ini dapat berupa kerusakan mekanis pada cermin dan iradiator, atau curah hujan di musim dingin.
Penumpukan es dan salju pada cermin dan iradiator, biasanya, mengubah jalur sinar yang dihitung dan secara listrik setara dengan kelengkungan profil cermin atau pengaburan iradiator. Oleh karena itu, Anda harus hati-hati mengikuti semua aturan pengoperasian antena, yang biasanya ditetapkan dalam instruksi dan manual untuk peralatan tertentu. Pernyataan terakhir, tentu saja, berlaku untuk semua jenis antena.
Titik di bagian dalam antena tempat informasi pengukuran diterima. Catatan Dalam kasus umum, pusat fase tidak bertepatan dengan titik referensi antena baik secara denah maupun ketinggian. Posisi relatif pusat fase dan titik... ...
Desain antena array bertahap- Daftar Isi 1 Pengantar teori 2 Metode menghitung ha ... Wikipedia
Teori antena array bertahap- Daftar Isi 1 Pengantar teori 1.1 CND ... Wikipedia
GOST 26566-85: Sistem pendekatan pendaratan berinstrumen untuk pesawat dalam rentang gelombang sentimeter, suar radio. Istilah dan Definisi- Terminologi GOST 26566 85: Sistem pendaratan instrumental pesawat dalam rentang gelombang sentimeter, suar radio. Istilah dan definisi dokumen asli: 3. Suar radio azimut dari sistem MLS Suar radio azimuthal... ...
ANTENA- (dari bahasa Latin tiang antena, halaman), alat untuk memancarkan atau menerima gelombang radio. A. secara optimal mengubah listrik yang disuplai ke dalamnya. mag. getaran listrik yang dipancarkan. mag. gelombang (memancarkan listrik) atau sebaliknya mengubah listrik yang jatuh padanya. mag. gelombang di... ... Ensiklopedia fisik
Antena radio- Antena teleskop radio RT 7.5 MSTU. Bauman. Federasi Rusia, wilayah Moskow, distrik Dmitrovsky. Diameter cermin 7,5 meter, rentang panjang gelombang pengoperasian: 1-4 mm Antena adalah alat untuk memancarkan dan menerima gelombang radio (sejenis elektromagnetik... ... Wikipedia
bidang referensi sistem MLS- Bidang vertikal yang melewati sumbu landasan pacu atau lokasi untuk suar radio azimut sistem MLS, dan bidang horizontal yang melewati pusat fase antena untuk suar radio elevasi sistem MLS. [GOSTGOST... ... Panduan Penerjemah Teknis
Bidang referensi sistem MLS- 35. Bidang referensi sistem MLS Bidang referensi Bidang vertikal yang melalui sumbu landasan pacu atau lokasi untuk suar radio azimut sistem MLS, dan bidang horizontal yang melalui pusat fase antena untuk ... Buku referensi kamus istilah dokumentasi normatif dan teknis
Gost R 54130-2010: Kualitas energi listrik. Istilah dan Definisi- Terminologi GOST R 54130 2010: Kualitas energi listrik. Istilah dan definisi dokumen asli: Amplitude die schnelle VergroRerung der Spannung 87 Definisi istilah dari berbagai dokumen: Amplitude die schnelle VergroRerung der… … Buku referensi kamus istilah dokumentasi normatif dan teknis
Pemindah FASE- alat yang memutar fasa listrik. sinyal. Banyak digunakan dalam berbagai teknik radio perangkat, teknologi antena, teknologi komunikasi, astronomi radio, pengukuran. teknologi, dll. (lihat juga Antena, Perangkat penerima radio, Pemancar radio... ... Ensiklopedia fisik
GOST R IEC 61094-3-2001: Sistem negara untuk memastikan keseragaman pengukuran. Mengukur mikrofon. Metode kalibrasi medan bebas primer untuk mikrofon referensi laboratorium dengan metode timbal balik- Terminologi GOST R IEC 61094 3 2001: Sistem negara untuk memastikan keseragaman pengukuran. Mengukur mikrofon. Metode kalibrasi medan bebas primer untuk mikrofon referensi laboratorium menggunakan metode timbal balik dokumen asli: ... ... Buku referensi kamus istilah dokumentasi normatif dan teknis
Antena adalah perangkat yang mencocokkan sistem penyaluran gelombang elektromagnetik buatan (EMW) dengan lingkungan alam sekitar tempat perambatannya.
Antena merupakan bagian integral dari setiap sistem komunikasi radio yang menggunakan gelombang elektromagnetik untuk tujuan teknologi. Selain mencocokkan lingkungan buatan dan alami untuk perambatan gelombang elektromagnetik, antena dapat melakukan sejumlah fungsi lain, yang paling penting adalah pemilihan spasial dan polarisasi gelombang elektromagnetik yang diterima dan dipancarkan.
Referensi:
Sistem terkoordinasi adalah sistem yang saling mentransmisikan daya elektromagnetik maksimum yang dimaksudkan untuk transmisi.
Ada antena penerima dan pemancar.
Antena pemancar
Skema struktural
1 – masukan antena yang dihubungkan dengan pandu gelombang suplai dari pemancar;
2 – perangkat pencocokan yang memastikan mode gelombang berjalan dalam pandu gelombang pasokan;
3 – sistem distribusi yang menyediakan distribusi fase amplitudo spasial yang diperlukan dari medan radiasi;
4 – sistem pemancar (emitor), memberikan polarisasi tertentu dan radiasi terarah gelombang elektromagnetik.
Menerima antena
Skema struktural
1 – keluaran antena, yang menghubungkan pandu gelombang yang menghubungkan antena ke penerima;
2 – perangkat yang cocok;
3 – integrator – perangkat yang menyediakan penjumlahan tertimbang dalam fase yang koheren dari medan elektromagnetik spasial;
4 – sistem penerima menyediakan polarisasi dan pemilihan spasial gelombang elektromagnetik yang memasuki antena dari lingkungan alam sekitarnya.
Referensi:
Elemen struktur antena pemancar dan penerima, yang ditandai dengan nomor yang sama, mungkin memiliki desain yang sama, sehingga, jika dipisahkan dari sistem tempat antena beroperasi, tidak mungkin membedakan antena pemancar dari antena penerima. antena dan sebaliknya.
Ada antena pengirim dan penerima.
Klasifikasi antena
Untuk mensistematisasikan berbagai jenis antena, antena tersebut digabungkan menurut sejumlah karakteristik umum. Kriteria klasifikasi dapat berupa:
rentang gelombang operasi;
kesamaan desain;
prinsip robot;
janji temu.
Kelas dapat dibagi menjadi subkelas, dll.
Menurut tujuannya, semua antena dibagi menjadi dua kelas besar:
mentransmisikan;
resepsi.
Kedua kelas ini mencakup subtipe:
antena gelombang berdiri;
antena gelombang berjalan;
antena bukaan;
antena dengan pemrosesan sinyal;
susunan antena aktif;
memindai susunan antena.
Tugas pokok teori antena
Ada dua tugas:
tugas menganalisis sifat-sifat antena tertentu;
tugas merancang antena sesuai dengan kebutuhan awal yang diberikan.
Masalah analisis harus diselesaikan berdasarkan kondisi berikut: gelombang elektromagnetik yang diperlukan harus memenuhi persamaan Maxwell, kondisi batas pada antarmuka, dan kondisi radiasi Sommerfeld.
Dalam kondisi yang sulit untuk mengajukan masalah, analisis hanya mungkin dilakukan untuk beberapa kasus khusus (misalnya, untuk vibrator listrik simetris).
Metode perkiraan untuk memecahkan masalah analisis tersebar luas, yang menurutnya masalah ini dibagi menjadi dua bagian:
tugas internal;
Tugas eksternal.
Tugas internal dirancang untuk menentukan distribusi arus pada antena, nyata atau setara. Tugas eksternalnya adalah menentukan medan radiasi antena dari distribusi arusnya yang diketahui. Saat memecahkan masalah eksternal, metode superposisi banyak digunakan, yang terdiri dari pembagian antena menjadi radiator dasar dan selanjutnya penjumlahan medan.
Tugas merancang antena adalah menemukan bentuk geometris dan dimensi struktur yang menjamin sifat fungsional yang diperlukan. Pemecahan masalah desain antena (sintesis) dimungkinkan:
dengan menerapkan hasil analisis jenis antena tertentu dan metode pendekatan yang berurutan, yaitu dengan mengubah parameter (tahap optimasi parametrik) dengan perbandingan selanjutnya karakteristik kelistrikan dari versi baru antena yang diketahui sehingga diperoleh;
melalui sintesis langsung, yaitu melewati tahap optimasi parametrik. Dalam hal ini, tugas desain antena dibagi menjadi dua subtugas:
masalah sintesis klasik;
tugas sintesis konstruktif.
Yang pertama terdiri dari deskripsi distribusi fase amplitudo arus (atau medan) pada pemancar antena, yang memberikan sifat fungsional tertentu dari antena. Solusi untuk subtugas ini belum menentukan desain antena; namun hanya menentukan persyaratan distribusinya.
Yang kedua bertujuan untuk menemukan geometri antena secara lengkap berdasarkan distribusi fase amplitudo arus (atau medan) pada pemancar antena. Masalah ini jauh lebih rumit daripada masalah pertama dan secara struktural sering kali dapat diselesaikan dengan cara yang kurang lebih sama.
Namun, untuk beberapa jenis antena, teori sintesis konstruktif yang ketat telah dikembangkan.
Antena pemancar
Karakteristik dan parameternya
Struktur medan elektromagnetik (EMF) antena
Setiap antena dapat dianggap sebagai sistem pemancar dasar yang terkonsentrasi dalam ruang linier bervolume terbatas tertentu (), medan EM-nya sebagai superposisi medan EM yang membentuk pemancar dasarnya. Untuk mengidentifikasi struktur antena EMF, perhatikan struktur elemen EMF dari elemen bujursangkar yang berubah secara harmonis dengan frekuensi sudut , arus dengan amplitudo dan panjang konstan elemen ini dalam media isotropik tak terbatas linier dengan parameter konstan, ,.
– konstanta dielektrik absolut medium;
ε – konstanta dielektrik relatif medium;
Konstanta listrik;
– permeabilitas magnet mutlak medium;
Permeabilitas magnetik relatif dari medium;
Konstanta magnetik;
– konduktivitas listrik spesifik medium;
λ – panjang gelombang.
M – titik pengamatan EMF;
r – koordinat radial titik M (jarak dari pusat sistem koordinat bola ke titik M);
– koordinat azimut titik M;
Koordinat meridian titik M.
Untuk mempertimbangkan vibrator Hertz yang terletak di sepanjang sumbu z, yang bagian tengahnya sejajar dengan pusat sistem koordinat bola, solusi persamaan Maxwell berbentuk (1.1), di mana
vektor satuan;
– momen arus listrik;
Komponen amplitudo kompleks ortogonal sepanjang koordinat bola, vektor kuat medan listrik;
, , - komponen amplitudo kompleks ortogonal sepanjang koordinat bola dari vektor kekuatan medan magnet;
- nomor gelombang;
Panjang gelombang di ruang tak terbatas.
Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa EMF elemen arus linier mewakili gelombang ortogonal kekuatan medan listrik dan medan magnet dalam ruang. Dalam hal ini, laju perubahan amplitudo setiap gelombang ditentukan oleh jarak relatif titik dari pusat vibrator.
Ada tiga bidang lapangan:
Untuk wilayah medan jauh, persamaannya berbentuk:
Di wilayah jauh, EMF memiliki sifat sebagai berikut:
Untuk udara: .
Di daerah medan menengah dan dekat, selain gelombang transversal bola, terdapat medan reaktif lokal, yang intensitasnya meningkat sangat cepat dengan menurunnya r. Bidang-bidang ini mengandung pasokan energi EM tertentu, yang ditukar secara berkala dengan antena (dengan suatu periode). Bidang-bidang ini menentukan komponen reaktif dari impedansi masukan antena.
Sifat EMF menentukan sifat fungsional antena, dan sifat EMF dekat dan menengah menentukan stabilitas sifat fungsional dan broadband antena.
Daerah EMF jauh sering disebut daerah emisi, dan daerah EMF dekat sering disebut daerah induksi.
Untuk antena sebenarnya, batas wilayah medan jauh, menengah, dan dekat ditentukan dengan mempertimbangkan perbedaan fasa gelombang yang tiba di titik pengamatan dari tepi antena dan pusatnya.
Dengan perbedaan fasa yang diijinkan di wilayah medan jauh sama dengan:
Wilayah EMF medan jauh akan berada di ;
Area lapangan menengah;
Dekat wilayah lapangan dimana
Jarak dari pusat antena ke titik pengamatan;
- ukuran melintang maksimum dari sistem antena yang memancar.
Karakteristik utama dan parameter antena pemancar
Properti antena dibagi menjadi:
Teknik radio;
Konstruktif;
Operasional;
Ekonomis;
Properti fungsional sepenuhnya ditentukan oleh parameter sinyal.
Karakteristik dan parameter antena pemancar:
Karakteristik arah vektor yang kompleks
Vektor kompleks XNA adalah ketergantungan pada arah (polarisasi, fase) medan listrik gelombang yang dipancarkan antena pada titik-titik yang berjarak sama darinya (pada permukaan bola berjari-jari r).
Secara umum, XNA kompleks terdiri dari tiga faktor:
dimana adalah koordinat bola titik pengamatan bidang gelombang yang dipancarkan antena.
Amplitudo Henna
Amplitudo XNA merupakan ketergantungan arah amplitudo intensitas gelombang elektromagnetik yang dipancarkan antena pada titik-titik yang berjarak sama darinya.
Amplitudo CNA yang dinormalisasi biasanya dipertimbangkan:
,
dimana adalah arah dimana nilai amplitudo CNA maksimum.
Pola radiasi antena (APP)
Pola radiasi antena merupakan bagian dari amplitudo XNA oleh bidang-bidang yang melewati arah atau tegak lurus terhadapnya.
Bagian yang paling umum digunakan adalah bidang yang saling ortogonal.
Pola radiasi memiliki struktur lobus. Kelopak dicirikan oleh amplitudo dan lebar.
Lebar lobus bawah adalah sudut di mana amplitudo lobus berubah dalam batas yang diizinkan.
Kelopaknya adalah:
kelopak utama;
Kelopak samping;
Kelopak belakang.
Lebar kelopak bunga ditentukan oleh angka nol atau tingkat setengah daya maksimum.
Berdasarkan bidang = 0,707;
Dengan kekuatan = 0,5;
Pada skala logaritmik = -3 dB.
Amplitudo CNA yang dinormalisasi dalam hal daya terkait dengan amplitudo CNA di lapangan melalui hubungan:
Untuk menggambarkan bagian bawah, digunakan sistem koordinat kutub dan persegi panjang serta tiga jenis skala:
Linear (melintasi lapangan);
Kuadrat (kekuatan);
Logaritma
Fase Henna
Fase XNA adalah ketergantungan pada arah fase gelombang elektromagnetik harmonik di wilayah medan jauh pada titik-titik yang berjarak sama dari titik asal pada titik waktu tertentu.
Referensi:
Pusat fase antena adalah suatu titik dalam ruang yang nilai fase di zona jauhnya tidak bergantung pada arahnya dan tiba-tiba berubah menjadi saat berpindah dari satu kelopak HNA ke kelopak lainnya.
Untuk sumber titik gelombang elektromagnetik yang memancarkan gelombang bola, permukaan fase yang sama berbentuk bola.
Polarisasi HNA
Gelombang elektromagnetik dicirikan oleh polarisasi.
Polarisasi adalah orientasi spasial dari vektor E, yang dihitung pada setiap titik tetap di medan jauh selama satu osilasi.
Dalam kasus umum, ujung vektor E selama satu periode osilasi pada setiap titik tetap dalam ruang menggambarkan elips, yang terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (elips polarisasi).
Polarisasi ditandai dengan:
parameter elips;
orientasi spasial elips;
arah putaran vektor E.
Resistensi radiasi antena
Resistansi radiasi antena adalah resistansi gelombang dari ruang di sekitar antena, yang ditransfer olehnya ke input, atau ke bagian mana pun dari pandu gelombang yang memberi makannya, di mana konsep arus total memiliki arti dan dapat didefinisikan.
Tahanan radiasi dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
ss ,
dimana I adalah nilai arus total pada lokasi tertentu dari antena atau saluran dua kabel yang mengumpankannya, yang setara dengan pandu gelombang berongga yang memberi makan.
Impedansi masukan antena
Impedansi masukan antena adalah rasio amplitudo kompleks tegangan dan arus harmonik pada terminal masukan antena.
Impedansi masukan antena mencirikan antena sebagai beban untuk jalur suplai.
Parameter ini digunakan terutama untuk antena linier, mis. antena yang tegangan dan arus masukannya mempunyai arti fisik yang jelas dan dapat diukur.
Untuk antena gelombang mikro, dimensi penampang pandu gelombang masukannya biasanya ditentukan.
Efisiensi antena (efisiensi)
Menentukan efisiensi transmisi antena ke ruang sekitarnya.
Resistensi kerugian
Referensi:
Ketika f meningkat, efisiensi antena meningkat dari beberapa persen pada gelombang panjang menjadi 95-99% pada frekuensi gelombang mikro.
Kekuatan listrik dan tinggi antena
Kekuatan listrik antena adalah kemampuan antena untuk menjalankan fungsinya tanpa gangguan listrik pada dielektrik dalam struktur atau lingkungannya ketika daya gelombang elektromagnetik yang tiba pada masukannya meningkat.
Secara kuantitatif, kekuatan listrik antena dicirikan oleh daya maksimum yang diizinkan dan kekuatan medan listrik kritis yang sesuai, di mana kerusakan dimulai.
Tinggi antena
Ketinggian antena adalah kemampuan antena untuk menjalankan fungsinya tanpa gangguan listrik pada atmosfer sekitarnya ketika ketinggian antena ini bertambah pada daya pancar tertentu.
Referensi:
Dengan bertambahnya ketinggian, kekuatan listrik mula-mula menurun, mencapai minimum pada ketinggian 40-100 km, dan kemudian meningkat lagi.
Rentang frekuensi pengoperasian antena
Interval frekuensi dari f max hingga f min, di mana tidak ada parameter dan karakteristik antena yang melampaui batas yang ditentukan dalam spesifikasi teknis.
Biasanya, rentang ditentukan oleh parameter yang nilainya, ketika frekuensi berubah, melampaui batas yang diizinkan sebelum batas lainnya. Paling sering, parameter ini adalah impedansi masukan antena.
Perkiraan kuantitatif sifat jangkauan antena adalah bandwidth dan transmitansi:
Sering menggunakan bandwidth relatif
Antena dibagi menjadi:
Koefisien arah (DC)
Koefisien arah suatu antena pada suatu arah tertentu adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali nilai vektor Poynting pada arah yang ditinjau pada suatu titik tetap di zona jauh berbeda dengan nilai vektor Poynting pada titik yang sama jika kita ganti antena yang dimaksud dengan antena yang benar-benar segala arah (isotropik), dengan syarat kekuatan pancarannya sama.
Referensi:
Biasanya nilai efisiensi antena maksimum ditunjukkan dalam arah radiasi maksimumnya.
Penggetar: KND=0,5;
Vibrator simetris setengah gelombang: KND=1,64;
Antena klakson: KND;
Antena cermin: KND;
Antena pesawat ruang angkasa: KND;
Pembatas batas atas faktor efisiensi adalah kesalahan teknologi produksi dan pengaruh kondisi operasi.
Nilai minimum efisiensi maksimum antena nyata selalu >1, Karena Tidak ada antena yang sepenuhnya omnidireksional.
Faktor directivity terkait di lapangan dengan amplitudo XNA yang dinormalisasi:
,
Di mana – nilai maksimum pengarahan dalam arah radiasi maksimum antena, di mana .
pertunjukan KND Ini adalah perolehan daya yang diperoleh dari penggunaan antena terarah, tetapi tidak memperhitungkan kehilangan panas di dalamnya.
Bersama. eh penguatan antena
Penguatan antena dalam arah tertentu adalah angka yang menunjukkan perolehan daya dari penggunaan antena pengarah, dengan memperhitungkan kehilangan panas di dalamnya:
Kekuatan radiasi isotropik yang setara
Daya yang dipancarkan secara isotropik setara adalah produk dari daya yang disuplai ke antena dan nilai maksimum penguatannya.
Faktor dispersi antena
Faktor disipasi antena adalah angka yang menunjukkan proporsi daya radiasi yang disebabkan oleh lobus samping dan belakang.
Menentukan kekuatan yang disebabkan oleh lobus utama XNA
Panjang antena efektif
Panjang efektif antena adalah panjang vibrator bujursangkar hipotetis dengan distribusi arus seragam sepanjang keseluruhannya, yang, dalam arah radiasi maksimumnya, menciptakan nilai kuat medan yang sama dengan antena yang bersangkutan dengan nilai yang sama. arus pada input.
Dalam media dengan impedansi karakteristik, panjang efektif antena ditentukan oleh ekspresi.
teknik perhitungan hodograf pusat faseYu.I.Choni - Ph.D., Associate Professor, Universitas Teknik Riset Nasional Kazan dinamai. SEBUAH. Tupolev - KAI
Surel: [dilindungi email]
Fitur penghitungan koordinat pusat fase lokal (LPC) antena dipertimbangkan, yang dihasilkan baik oleh tingkat ketidakpastian dalam konsep LPC, dan oleh kebutuhan untuk menghilangkan lompatan fase saat menghitung fungsi trigonometri terbalik. Perlu dicatat bahwa koordinat LFC bergantung pada arah pengamatan, ketika diubah, dalam kasus umum LFC menggambarkan permukaan dalam ruang tiga dimensi, dan dalam situasi dua dimensi menggambarkan garis hodograf, sering kali konfigurasi yang aneh. Dengan menggunakan contoh susunan antena cincin dengan pola individual cardioid, hasil perhitungan untuk tiga jenis algoritma dibandingkan dan hodograf LFC didemonstrasikan. Terlihat bahwa penghitungan LFC sebagai pusat kelengkungan kurva depan fasa dapat menimbulkan hasil yang salah yang bertentangan dengan makna fisis.
Bibliografi:
- Carter D. Pusat fase antena gelombang mikro // IRE Trans. tentang Antena dan Propagasi. 1956.V.4.Hal.597-600.
- Sander S., Cheng D. Pusat fase antena berkas heliks // IRE Internat. Catatan Konvensi. 1958.V.6.Hal.152-157.
- Volpert A.R. Di pusat fase antena // Teknik radio. 1961. T.16.No.3.P.3−12.
- Muehldorf E.I. Pusat fase antena klakson // IEEE Trans. tentang Antena dan Propagasi 1970. V. 18. P. 753-760.
- Kildal P.S. Gabungan pusat fase umpan antena bidang E dan H // IEEE Trans. tentang Antena dan Propagasi. 1983.V.31.Hal.199-202.
- Rao K.S., Shafai L. Perhitungan pusat fase umpan antena reflektor // IEEE Trans. tentang Antena dan Propagasi. 1984.V.32.Hal.740-742.
- Teichman M. Pengukuran pusat fase presisi antena klakson // IEEE Trans. tentang Antena dan Propagasi. 1970.V.18.Hal.689-690.
- Paten No. 1350625 Uni Soviet. Metode penentuan pusat fasa antena / I.N. Gvozdev, V.V. Ivanov, A.V. Sosnin, V.P. Chernoles. Publikasi. 07.11.1987.
- Paten No. 1702325 Uni Soviet. Metode penentuan pusat fasa antena / I.A. Musim Dingin, SEBAGAI. Paustovsky. Publikasi. 30/12/1991.
- Hussein Z.A., Rengarajan S.R. Efek bidang tanah pada pusat fase antena heliks segi empat dan karakteristik radiasi untuk aplikasi GPS // Antena dan Propagasi Society Internat. Gejala. Intisari. 1991.Hal.1594-1597.
- Prata A. Penentuan pusat fase antena yang tidak selaras menggunakan pola fase terukur // Laporan Kemajuan IPN 42-150. 2002.Hal.1-9.
- Akrour B., Santerre R., Geiger A. Mengkalibrasi pusat fase antena. Kisah dua metode // GPS World. Februari 2005.Hal.49-53. URL: http://www2.unb.ca/gge/Resources/gpsworld.february05.pdf (diakses Juli 2017).
- Choni Yu.I. Hodograf pusat fase lokal antena: komputasi dan analisis // IEEE Trans. tentang Antena dan Propagasi. 2015.V.63.Hal.2819-2823.
- Protsenko M.B., Nesteruk S.V. Fitur perhitungan dan analisis lokasi pusat fase lokal antena dengan polarisasi elips // Naukovi pratsi ONAZ im. OS Popova. 2006. No.2.Hal.6-10.
- Chen A., Su D. Pengaruh faktor medan dekat pada pusat fase antena tanduk persegi // 7th Internat.
- Deboux P., Verdin B., Pichardo S. Perhitungan offset pusat fase dari pola radiasi antena 2D // Proc. SPIE 9461. Teknologi Sensor Radar XIX; Tanda Tangan Aktif dan Pasif VI, 946102. Mei 2015.
- Podkorytov A.N. Model matematika perpindahan pusat fase antena selama penentuan lokasi presisi tinggi dalam sistem navigasi global // Jurnal elektronik "Prosiding MAI". 2012. Edisi. 50. URL: http://trudymai.ru/publish¬ed.php?ID=28680.
- Zhang C., Lin S. Antena Vivaldi antipodal UWB dengan batang dielektrik menonjol untuk penguatan lebih tinggi, pola simetris, dan variasi pusat fase minimal // Proc. Soc Propagasi Antena IEEE. Int. Gejala. 2007.Hal.1973-1976.
- Vladimirov V.M., Markov V.V., Shepov V.N. Antena strip slot polarisasi melingkar dengan celah spiral tambahan di emitor // Izv. Universitas. Fisika. 2013. Jilid 56. Nomor 8/2. hal.97-101.
- Wang X., Yao J., Lu X., Lu W. Penelitian tentang stabilitas pusat fase antena patch terpolarisasi sirkular untuk aplikasi GPS // IEEE 4th Asia-Pacific Conf. Antena dan Propagasi (APCAP). 2015.Hal.362-365.
- Paten No.2326393 RF. Metode penentuan posisi pusat fasa antena / P.V. Milyaev, A.P. Milyaev, V.L. Terlebih lagi, Yu.N. Kalinin. Publikasi. 06/10/2008.
- Padilla1 P., Fernandez J.M., Padilla1 J.L., Exposito-Domınguez G., Sierra-Castaner M., Galocha B. Perbandingan metode yang berbeda untuk penentuan pusat fase antena eksperimental menggunakan sistem akuisisi planar. // Kemajuan dalam Penelitian Elektromagnetik. 2013.V.135.Hal.331-346.
- Chen Y., Vaughan R.G. Menentukan pusat fase tiga dimensi antena // Majelis Umum dan Sains URSI XXXI 2014. Gejala. 2014.Hal.1-4.
- Kalinin Yu.N. Mengukur koordinat pusat fase antena // Antena. 2014. Nomor 4. Hal.54−62.
- Khabirov D.O., Udrov M.A. Metodologi untuk menentukan koordinat pusat radiasi antena dan aspek praktis penerapannya // Izvestia Universitas Rusia. Radioelektronik. 2015. No.3.Hal.30-33.
- Choni Yu.I. Sintesis antena menurut pola radiasi amplitudo tertentu // Teknik radio dan elektronik. 1971. T.15.No.5.P.726-734.
