ш-ш-Ь-

Ш-СЕ

Рис. 11.2. Схема измерительной установки для измерения фазовой диаграммы

антенны в дальней зоне излучения: / - генератор высокочастотных колебаний; 2 - направленный ответвитель; 3 - испытуемая антенна; 4 - аттенюатор; 5 - фазометр; 6 - вспомогательная антенна; 7 - высокочастотный усилитель

от начала полярных или сферических координат. Если можно найти такое положение начала координат, при котором фаза поля в дальней зоне не изменяется на сфере, центр которой расположен в начале координат, то антенна имеет фазовый центр и он расположен в центре этой сферы. Фазовый центр существует, например, у симметричных вибраторов, малых рамочных антенн, симметричных щелевых антенн и т. п. Антенны со сложным амплитудно-фазовым распределением не имеют фазового центра, и их фазовая диаграмма отличается от сферической. Знание фазовой диаграммы антенны требуется при разработке систем, в которых определение расстояний и угловых координат основывается на измерении разности фаз колебаний, принимаемых антеннами, обычно разнесенными в пространстве.

Измерение фазовой диаграммы должно производиться на полигонах, свободных от отражающих предметов и сооружений. Антенны ( исследуемая и вспомогательная) должны помещаться на выщках, чтобы отражения от земли не влияли на результаты измерений. При исследованиях малых антенн в лабораторных условиях желательно, чтобы измерения проводились в безэхо-вой камере.

-Схема измерений фазовой диаграммы приведена на рис 11.2. Исследуемая антенна вращается, а измерительная неподвижна. На фазометр подаются колебания от вспомогательной антенны, принимающей волны, распространяющиеся от испытуемой антенны и несущие информацию о ее фазовой диаграмме,, а также опорные колебания, подаваемые по кабелю от генератора, питающего-испытуемую антенну. Фаза опорного колебания не зависит от характеристик испытуемой антенны, а фаза колебаний от вспомогательной антенны зависит от них и изменяется при повороте испытуемой антенны (в том случае, еслр ось вращения не проходит через ее фазовый центр или у антенны нет фазового центра).

Измерения распределения фазы в ближней зоне антенны производятся по той же схеме, за исключением того, что вместо вспомогательной антенны используется миниатюрный зонд, вносящий минимальные искажения в амплитудно-фазовое распределение на раскрыве антенны.

11.4. Измерение поляризационной характеристики антенны

Для измерения поляризационных характеристик обычно используют линейно поляризованную вспомогательную антенну (симметричный линейный вибратор, открытый конец волновода, рупор), которую вращают таким обра-

Рис. 11.3. Измерение поляризационных характеристик излучения антенны:

л - поляризационный эллипс и поляризационная диаграмма; б - схема установки для измерения поляризационной диаграммы; 1 - поляризационный эллипс; 2 - поляризационная диаграмма; 5 - антенна с вращающейся поляризацией (испытуемая антенна); 4 - высокочастотный генератор; 5 - механически вращаемая вспомогательная (измерительная) антенна линейной поляризации; 6 - приемник высокочастотных колебаний; 7-индикатор

зом, чтобы вектор ее поляризации был всегда перпендикулярен направлению распространения волны от испытуемой антенны с вращающейся поляризацией. В каждой ориентации вибратора (или другой линейно поляризованной антенны) наводимая в нем ЭДС будет пропорциональна максимальной проекции на вибратор вращающегося вектора электрического поля. Поэтому самописец, подключенный к выходу вспомогательной антенны, запишет неполяризационный эллипс, показанный сплошной линией на рис. 11.3,а, а так называемую поляризационную диаграмму (штриховая линия). В том случае, когда измеряемая антенна излучает волну линейной поляризации, поляризационная диаграмма вырождается в восьмерку. Как видно из приведенного рисунка, по-измеренной поляризационной диаграмме можно легко построить поляризационный эллипс. Коэффициент равномерности, равный отношению .малой оси поляризационного эллипса к большой его оси, можно определить из поляризационной диаграммы. Из нее можно также найти наклон большой оси поляризационного эллипса по отношению, например, к плоскости горизонта.

Однако по поляризационной диаграмме нельзя определить направление-вращения вектора электрического поля (в том случае, если оно не очевидно из конструкции и схемы измеряемой антенны). Для того чтобы выяснить направление вращения, следует сравнить прием на две идентичные антенны круговой или эллиптической поляризации, единственное отличие которых состоит в том, что направление вращения вектора поля, создаваемого ими в режиме передачи, противоположно. Такими антеннами могут быть, например, спиральные антенны с противоположным направлением намотки витков спирали.

Упрощенная схема измерения поляризационных характеристик приведена на рис. 11.3,6.

Поляризационные измерения излучения коротковолновых и средневолновых антенн целесообразно проводить облетом. Для этого при использовании буксируемого самолетом контейнера с аппаратурой применяют вертикально, наклонно и горизонтально поляризованные диполи.

11.5. Исследование антенн на моделях

Трудности, которые встречаются при измерениях электрических характеристик антенн больших размеров, можно преодолеть, если заменить исследуемую антенную систему ее моделью, уменьшенной в несколько раз, и проводить измерения на длине волны, уменьшенной во столько же раз.

Моделирование находит также свое применение при проектировании антенн, когда возникает необходимость проверить результаты расчета непосредственным измерением. В ряде случаев, если расчеты очень сложны, как, например, ненаправленных антенн на летающих объектах (самолетах, ракетах, спутниках и т. п.), когда возбуждается корпус летательного аппарата и все его внешние конструкции, измерения на моделях позволяют сравнительно просто определить диаграмму направленности, КНД и поляризацию бортовой антенны.

Измерения «диаграмм направленности на моделях основаны на электродинамическом подобии геометрически подобных систем. Если геометрические раз.меры натуральной антенны уменьшить в п раз, то для соблюдения электродинамического подобия длина волны должна быть также уменьшена в п раз, а проводимость всех проводников антенны должна быть увеличена в п раз.

Для точной имитации изолирующих материалов следует в модели применять диэлектрики с более высокой проводимостью, однако если в оригинале используются диэлектрики высокого качества, имеющие малую проводимость и диэлектрические потери, то при переходе к модели можно, не внося существенных ошибок в измерения, вьшолнять изоляторы из материала оригинала.

Вследствие высокой проводимости применяемых в натуральных антеннах (оригиналах) металлов, таких как медь, серебро, латунь, алюминий, олово, сталь и др., точно удовлетворить требование многократного увеличения проводимости металлов в модели практически невозможно. Однако если в модели применить такой металл, как, например, медь, то ошибка в результатах измерений будет меньше ошибок измерительной аппаратуры.

К измерению входных сопротивлений и КПД на моделях следует подходить осторожно, поскольку моделировать потери значительно труднее, чем распределять токи и заряды. Поэтому при оценке активных составляющих входных сопротивлений по результатам измерений на моделях возможны значительные ошибки. Чтобы их уменьшить, следует строго соблюдать условия подобия по проводимости металлов и потерь в диэлектриках во всех элементах Модели.

11.6. Измерение характеристик антенн в ближней зоне

При измерениях параметров антенн в дальней зоне, как отмечалось, необходимо испытуемую антенну и вспомогательный источник электромагнитных волн разнести на такое расстояние, на котором фазовый фронт волны, падающей от источника на антенну, можно было бы считать плоским на ее раскрыве. Для современных остронаправленных антенн это расстояние может составлять тысячи, а иногда десятки тысяч метров. При этом не исключаются ошибки, связанные с отражением от поверхности земли местных и удаленных отражающих предметов Для создания компактных испытательных полигонов и исключения отражений от земли все чаще применяют измерения характерис-