ИТЕРАЦИОННЫЙ МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФАР С УЧЁТОМ ВЛИЯНИЯ ЗЕМЛИ

January 28, 2013 by admin Комментировать »

Нечаев Е. Е., Рождественский И. Н. Московский государственный технический университет гражданской авиации г. Москва, ГСП-3, 125993, Россия

Аннотация – Рассматривается итерационный метод восстановления фазового распределения токов антенны курсового радиомаяка системы посадки воздушных судов с учётом влияния земной поверхности.

I.                                       Введение

Известно [1-3], что измерение фазы на высоких частотах сопряжено с большими техническими трудностями, поэтому более привлекательными являются методы, когда производится измерение только лишь амплитуды электромагнитного поля, излучаемого тестируемой антенной, а затем по данным измеренных значений амплитуд осуществляется восстановление фазы [2, 3]. Также, учитывая тот факт, что измерения производятся в ближней зоне антенны, необходимо учитывать влияние земной поверхности на распространение радиоволн от тестируемой антенны до зонда, т. е. в точке приёма происходит интерференция прямых и отражённых радиоволн, а сама задача должна рассматриваться как трёхмерная.

Предлагаемый способ бесфазовых измерений можно использовать для упрощения лётных проверок (облётов) курсового радиомаяка при вводе его в эксплуатацию, а также в процессе эксплуатации при проведении технического обслуживания.

II.                              Основная часть

Итак, задачу можно сформулировать следующим образом: необходимо восстановить фазовое распределение линейной антенной решётки, измерив только лишь амплитудные данные в ближней зоне тестируемой антенны [4, 5] с учётом влияния земной поверхности.

Данный метод предусматривает непосредственное восстановление фазового распределения токов в антенне без промежуточного восстановления амплитуд- но-фазового распределения токов на поверхности измерений. Измерение амплитудного распределения производятся только на одной поверхности, охватывающей тестируемую антенну, поэтому предлагаемый бесфазовый метод технически прост в реализации.

Итерационный алгоритм восстановления фазы состоит из следующих основных шагов:

1.          Вначале с помощью встроенной системы контроля производятся измерения амплитуд токов (распределение амплитуды токов) в раскрыве антенной решётки.

2.          Затем в соответствии с разработанной процедурой на определённом расстоянии от тестируемой антенны измеряется амплитуда электромагнитного поля (ЭМП) на цилиндрической поверхности, охватывающей эту антенну.

3.          После того, как известны амплитуды тока и значения ЭМП, задав начальные приближения фазы, выполняются вычисления в соответствии с алгоритмом минимизации.

4.          После завершения первой итерации шаг приращения фазы уменьшается, и вычисления повторяются. Далее, после завершения второй итерации шаг снова уменьшается, и т.д.

Вычисления повторяются до тех пор, пока не будет выполнено одно из условий остановки алгоритма, таковыми являются либо достижение максимально допустимого числа итераций, либо достижение приемлемой ошибки восстановления фазы.

Следует отметить, что если остановка алгоритма произошла после выполнения заданного числа итераций, и удовлетворительный результат не был достигнут, то это означает, что в процессе минимизации произошло «попадание» в локальный минимум, поэтому необходимо повторить вычисления с несколько иными начальными условиями.

Ниже приведены примеры численного применения предлагаемого метода восстановления.

Расчёты производились для 5-ти и 18-ти элементных линейных антенных решёток. Начальный шаг приращения фазы составил 4°.

На рис. 1,2 показаны результаты восстановления фазы для двух антенных решёток с числом элементов 18 и 5.

Рис. 1. Зависимость среднеквадратической ошибки (СКО) восстановления фазы от числа итераций и фазовое распределение (исходное и восстановленное) для 18-ти элементной антенной решётки.

Fig. 1. Piiase reconstruction mean-square mistal<e (MSM) depending on number of iterations and phase distribution (initiai and reconstructed) for 18-eiement array antenna

Ha рис. 1 представлен результат восстановления фазового распределения для 18-элементной антенной решётки. Сплошная линия – это исходное пре- дыскажённое распределение, а пунктирная – восстановленное фазовое распределение с использованием предлагаемого метода. СКО восстановления фазы равна 1,2° (остановка алгоритма произошла после достижения заданной точности вычислений, которая составила 2,5 ).

На рис. 2 показан результат восстановления фазового распределения для 5-элементной антенной решётки. Сплошная линия – это исходное предыска- жённое распределение, а пунктирная – восстановленное фазовое распределение. СКО восстановления фазы составила 2,9° (остановка алгоритма произошла после достижения заданного числа итераций, однако результат восстановления можно признать удовлетворительным).

Рис. 2. Зависимость СКО восстановления фазы от числа итераций и фазовое распределение (исходное и восстановленное) для 5-ти элементной антенной решётки.

Fig. 2. Phase reconstmction mean-square mistake (MSM) depending on number of iterations and phase distribution (initial and reconstructed) for 5-element array antenna

Ml. Заключение

Полученные результаты позволяют сделать вывод о достаточно высокой эффективности предлагаемого метода, учитывающего влияние земной поверхности. Результаты восстановления обладают достаточно высокой точностью, особенно для 18- элементной линейной антенной решётки.

IV.                            Список литературы

[1]  Зелкин Е. Г., Кравченко В. Ф., Басараб М. А. Новые итерационные алгоритмы решения смешанной задачи синтеза антенн. М., Антенны, вып. 3-4, 2003.

[2]  Ovidio М. Bucci, Giuseppe D’Elia, Giovanni Leone, Rocco Pierri. IEEE Trans, on AP-38, №11, 1990, p. 1772-1779.

[3]  Нечаев E.E. К вопросу измерения СВЧ полей в ближней зоне антенн. Материалы 11 международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, 2001, с. 581-582.

[4]  Нечаев Е. Е., Рождественский И. Н. Бесфазовый метод контроля распределения токов антенны курсового радиомаяка системы посадки. Материалы 15 международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, 2005, с. 396-397.

[5]  Нечаев Е. Е., Рождественский И. Н. Наземный контроль токов антенны курсового радиомаяка системы посадки СП – 90 бесфазовым методом. Научный вестник МГТУ ГА №98, сер. Радиофизика и радиотехника. М., МГТУ ГА,

2006,      с. 138-142.

ITERATIVE RECONSTRUCTION METHOD OF PHASE DISTRIBUTION FOR A PHASED ARRAY ANTENNA WITH A CONSIDERATION THE GROUND INFLUENCE

Nechaev E. E., Rozdestvenskij I. N.

The Moscow State Technical University of Civil Aviation GSP-3, Moscow, 125993, Russia

Abstract- The iteration reconstruction method of phase distribution for an antenna current of a course airport beacon of landing system with a consideration the ground influence is considered.

I.                                       Introduction

In a range of microwaves some problems of phase distribution reconstruction on the data of near field measurements are raised that are connected with the limited technical opportunities of exact phase measurement [1-3].

II.                                   The Basic Part

The main idea of this method is in measurements of amplitude only data in antenna’s near field at the 13 λ distance on only one cylindrical surface, also taking into account the surface influence on a radio wave propagation. So, in this case, we have to solve 3-dimensional problem. For solving this problem the iterative algorithm is used.

Measurements are realized using measurement probe, which measures the electromagnetic near-field density of test antenna on a cylindrical surface. Then, using the developed reconstruction algorithm, the antenna’s phase distribution is reconstructed. The accuracy of phase distribution reconstruction depends on the accuracy of measurements.

The iterative reconstruction algorithm of phase consists of following main steps:

1.        With the help of built-in monitoring system the measurements of amplitudes currents (distribution of amplitude currents) in the aperture of array antenna are made.

2.        In conformity with a designed procedure on appointed spacing interval from the tested antenna the measurements of electromagnetic field (EMF) amplitude on a cylindrical surface surrounding this antenna are made.

3.        After the current amplitudes and EMF values are known, having the initial approximation set of phase in conformity with a minimization algorithm the calculus are made.

4.        After completion of the first iteration the step of phase increment decreases, and the calculus repeat. Further, after completion of the second iteration the step again decreases, etc.

This application method results are shown on fig. 1,2, where reconstructed phase distributions for 18- and 5-elements antennas are shown, respectevely. MSM of phase reconstruction is 1,2°for 18-element antenna and 2,9° for 5-element antenna.

III.                                  The Conclusion

The considered method allows reconstructing antenna’s phase distriburion using amplitude only data from antennas near field.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты