Рис. II.4. Коллиматорный метод измерений:

а - структурная схема коллиматорной измерительной установки; б - волны, распространяющиеся от коллиматора; / - высокочастотный генератор; 2 - облучатель коллиматора; 3 -зеркало (отражатель) коллиматора; 4 - испытуемая антенна; 5-приемник; 6-регистрирующее устройство; 7 - поворотное устройство; 8 - плоский фронт волны от коллиматора; 9 - цилиндрические волны от kjpomok зеркала коллиматора

ТИК антенн в ближней зоне их излучения. Среди методов измерения характеристик антенн в ближней зоне следует выделить четыре основных: коллиматорный, голографический, коммутационный и перефокусировки.

Коллиматорный метод измерений. Он основан на создании поля вспомогательного источника электромагнитных волн, близкого к полю плоской волны, с помощью близко расположенной от испытуемой антенны вспомогательной антенны-коллиматора, размеры которой превышают размеры испытуемой антеины. В качестве коллиматора, как правило, используют зеркальные антенны, хотя могут быть использованы и другие типы антенн: линзовые, рупорные, антенные решетки и др. Обычно размеры коллиматора в 3-4 раза превышают размеры испытуемой антенны, что обусловлено требованиями к плоскостности и однородности поля коллиматора в пределах раскрыва испытуемой антенны.

Диаграмма направленности антенны обычно изгчеряется в процессе механического вращения антенны в поле коллиматора, аналогично тому, как это делается при измерениях диаграммы в дальней зоне. Расстояние между зеркалом коллиматора и антенной выбирается так, чтобы антенна находилась за фокальной плоскостью коллиматора и не затеняла зеркало от его облучателя. В качестве коллиматора применяют несимметричную вырезку из зеркального параболоида вращения с облучателем, расположенным так, чтобы он не затенял зеркало коллиматора (рис. 11.4,а).

Поле коллиматора представляет собой сумму плоской волны, распространяющейся от отражателя, и неплоских волн (в двумерном случае - цилиндрических), создаваемых кромками отражателя коллиматора (рис. П.4,б). Волны, распространяющиеся от кромок коллиматора, нарушают плоскостность фазового фронта и однородность волны, отраженной от зеркала коллиматора, что приводит к погрешностям измерений характеристик испытуемой антенны. Поэтому желательно применять облучатели коллиматоров со сравнительно узкой диаграммой направленности, так чтобы уровень поля, падающего на кромку зеркала коллиматора, был минимальным. При этом увеличивается неравномерность облучения зеркала коллиматора и, следовательно, неравномерность поля, падающего на испытуемую антенну.

Коэффициент усиления испытуемой антенны можно измерить, сравнивая уровни сигналов от испытуемой антенны (в направлении ее максимального приема) и эталонной (с известным коэффициентом усиления), находящейся в поле того же коллиматора.

Достоинством коллиматорного метода является простота его реализации по сравнению с другими методами измерений в ближней зоне.

Голографический метод измерений. Знак амплитудно-фазовое распределение по раскрыву испытуемой антенны, можно рассчитать ее характеристики в .любой точке пространства. Непосредственное измерение амплитудно-фазового распределения поля антенны представляет собой довольно сложную задачу, так Как, во-первых, внесение измерительного зонда в раскрыв антенны приводит к сильному взаимному влиянию между зондом и антенной, что, в свою •очередь, ведет к искажению поля антенны и, следовательно, к погрешностям измерений, во-вторых, возникают и чисто технические сложности таких измерений, препятствующие измерениям непосредственно в раскрыве испытуемой антенны.

Затруднения возникают, например, в тех случаях, когда антенна закрыта обтекателем и необходимо измерить ее характеристики, не снимая его.

Зная распределение амплитуды и фазы поля на любой замкнутой поверхности, окружающей антенну, можно определить поле этой антенны в любой точке внешнегопространства. Поэтому, измеряя поле на некоторой поверхности, находящейся вблизи от испытуемой антенны, можно определить ее характеристики по измеренным данным.

Возможна запись распределения ближнего поля на оптическом транспаранте с последующим восстановлением изображения поля в дальней зоне с помощью преобразования ближнего поля в оптической схеме. Однако из-за •сложности создания больших оптических транспарантов и в связи с развитием -вычислительной техники наибольшее распространение приобрел амплифазомет-рический метод, который реализуется измерением амплитуды и фазы ближнего поля антенны в точках, лежащих на некоторой поверхности, называемой поверхностью сканирования. Сканирование измерительного зонда осуществляется механически. Зонд имеет малые размеры и представляет собой слабона-правленную антенну. Как правило, на практике используются только три вида повер{ностей сканирования: сферическая, цилиндрическая и плоская. Это обусловлено простотой кинематических схем образования поверхности скаиирова-ния и сравнительной легкостью обработки данных измерений.

При сферической поверхности сканирования, используемой, как правило, .либо для измерения слабонаправленных антенн, либо для определения характеристик антенн в широком пространственном секторе углов, зонд остается «еподвижным, а антенна вращается вокруг своего центра в пространстве.

При цилиндрической поверхности сканирования, используемой для измере-ния слабонаправлениых антенн в одной плоскости либо для определения ди-аграммы направленности в широком секторе углов в одной плоскости, поверхность сканирования обычно образуется периодическим перемещением зонда вдоль отрезка одной прямой, являющейся образующей цилиндра, при различных угловых положениях антенны.

При планарных измерениях, т. е. при плоской поверхности сканирования, зонд перемещается вблизи неподвижной антенны по двум координатам, образуя либо прямоугольную, либо радиальную сетку отсчетов поля.

ния:

/ - испытуемая антенна; 2 - поверхность сканирования

Для остронаправленных антенн необходимо О \, J ж-

знать диаграмму в сравнительно узком прост- , j ранственном секторе углов, прилежащих к направлению ее максимального излучения или приема. В этом случае наиболее целесообразным представляется применение плоской поверхности сканирования, преимуществом которой является простота кинематических схем перемещения зонда. Принципиальных различий в методике-для различных форм поверхностей сканирования нет, и поэтому для простотьь рассуждений рассмотрим лищь плоскую поверхность сканирования.

Размеры поверхности сканирования выбираются с учетом осуществления, перехвата электромагнитных колебаний, распространяющихся от антенны в угловом секторе, в котором необходимо определить ее диаграмму. Если этот сектор составляет величину ±вв от нормали к раскрыву антенны, то из геометрических соображений размер S поверхности сканирования (рис. 11.5) будет примерно S«;L-f2WtgeB, где L-размер испытуемой антенны; Н - расстояние от антенны до поверхности сканирования.

Для увеличения точности определения диаграммы антенны размеры поверхности сканирования выбирают несколько большими, чем вычисленные по-приведенной формуле. Пространственный шаг Дл; измерения, т. е. расстояние между двумя соседними точками поверхности сканирования, в которых происходит измерение амплитуды и фазы ближнего поля, выбирают исходя из требуемой точности определения диаграммы антенны в секторе-углов, и обычно он равен от половины длины волны до длины волны. Следует отметить, что чем шире сектор углов, в котором необходимо определить диаграмму, тем меньше должен быть шаг зондирования при заданной точности определения значений диаграммы. Шаг зондирования позволяет пол-

ностью исключить погрешность определения диаграммы, обусловленную пространственной дискретностью измерений. Однако выбор шага зондирования следует производить исходя из противоречивых требований к точности определения диаграммы и минимизации числа измерений. Последнее определяет время-измерений и обработки информации, объем памяти ЭВМ. необходимый для хранения данных измерений ближнего поля.

Расстояние Н (см. рис. 11.5) между испытуемой антенной и поверхностью-сканирования желательно выбирать минимальным, так как при этом уменьшаются продольные (вдоль оси oz) и поперечные размеры измерительной установки, а также время и число измерений. Однако это расстояние Н ограничивается тем, что при малых его значениях зонд вноси-т искажения в поле испытуемой антенны, что приводит к дополнительным погрешностям измерений. Обычно это расстояние при планарных измерениях бывает от нескольких единиц до нескольких десятков длин волн.