Государственная система обеспечения единства измерений

АНТЕННЫ ОСТРОНАПРАВЛЕННЫЕ

                                         Методика выполнения измерений для определения                       ГОСТ

                                                      параметров по полю в раскрыве                                               8.309-78

State system for ensuring the uniformity of
measurements  Highly  directional   antennas
The technique of measurements for determining
parameters by the aperture field

 

 Дата введения 01.07.79

 Настоящий стандарт распространяется на остронаправленные антенны и устанавливает методику выполнения измерений для определения параметров создаваемых ими полей излучения путем измерения характеристик полей в их раскрывах.

Определяемыми настоящей методикой параметрами поля из­лучения являются:

диаграмма направленности  (ДН);

положение электрической оси в пространстве;

коэффициент поляризации (КП).

I. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОСТРОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН ПО ПОЛЮ В ИХ РАСКРЫВЕ

1.1. Настоящая методика позволяет определить параметры по­ля излучения остронаправленных антенн путем измерения харак­теристик распределения поля в их раскрывах с последующим пересчетом значений поля в раскрыве в дальнюю зону. Измерение и пересчет выполняются автоматически при помощи ЭВМ. По­грешности измерения параметров антенн, указанные в настоящем стандарте, распространяются на остронаправленные антенны с квазиравномерным распределением поля в их раскрывах.

1.2. Методика применяется для определения параметров остро­направленных антенн при их разработке, производстве и эксплу­атации как в свободном пространстве, так и в закрытых безэховых помещениях.

1.3. Настоящая методика не исключает выполнения измерений¹ для определения параметров поля излучения остронаправленных, антенн другими методами (по дальней зоне, коллиматорные и. другие).

1.4. Методика измерения параметров конкретной остронаправ­ленной антенны по п. 1.1 или 1.3 указывается в технической до­кументации, утвержденной в установленном порядке.

 

2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И АППАРАТУРА

2.1. В качестве средств измерений применяют измерительные комплексы аппаратуры, позволяющие выполнять измерения ха­рактеристик амплитудно-фазового распределения поля в раскрывах остронаправленных антенн и обработку результатов измере­ний с целью определения параметров поля излучения. Рекомен­дуемая блок-схема измерительного комплекса аппаратуры пред­ставлена на черт. 1. Основные метрологические характеристики устройств, входящих в измерительный комплекс, указаны в обя­зательном приложении 1.

 

 

 

 

а. Испытуемая антенна  в передающем режиме         б. Испытуемая антенна в приемном режиме

 

1-измерительный генератор;  2-измерительный зонд; 3-сканер; 4-амплифазометр; 5-преобразователь сигналов; 6-устройство автоматического управления сканера; 7-ЭВМ; А - испытуемая антенна.

2.2. Измерительные комплексы аппаратуры в зависимости от точности и возможностей применяемых в них устройств делятся на два класса:

I класс — рабочие измерительные комплексы аппаратуры вы­сокой точности;

II   класс — рабочие  измерительные  комплексы   аппаратуры.

2.3. Среднеквадратические отклонения результатов измерений амплитуды поля и фазы поля в раскрывах испытуемых острона­правленных антенн не должны превышать для измерительных комплексов I класса 0,6 дБ и 4°, соответственно, а для II клас­са— 1,2 дБ и 8°, соответственно. При этом погрешность результатов определения параметров поля излучения остронаправлен­ных антенн не должна превышать значений, приведенных в таб­лице¹. Погрешности определения положения электрической оси остронаправленной антенны в пространстве практически полностью определяются погрешностями определения относительного расположения остронаправленной антенны и плоскости сканиро­вания геодезическими или другими методами.

При работе с измерительными комплексами, имеющими погреш­ности, превышающие погрешности комплексов II класса, погреш­ность определения параметров остронаправленных антенн соответ­ственно возрастает.

2.4. Зависимости погрешностей определения параметров поля излучения остронаправленных антенн от среднеквадратических ошибок измерения поля в их раскрывах приведены в виде номо­грамм в обязательном приложении 2.

 

№ п/п	Наименование параметра	Нормы для рабочих измерительных комплексов аппаратуры классов
		I	II
1                 2     3	Диаграмма направленности а) ширина луча, % б) уровень первого бокового лепестка* в) уровень первого минимума по мощности* г) угловое смещение первого бокового лепестка, % д) угловое смещение первого минимума, %   Коэффициент поляризации поля (в пределах ширины луча), %   Положение электрической оси в пространстве относительно плоскости раскрыва, %	0,2 3,0 3,0 (до уровня 27 дБ) 0,1   0,2   4     0,1	1,0 15,0 15,0 (до уровня 20 дБ) 0,6   1,0   7     0,6

*-Погрешность указана в процентах от измеряемой величины

2.5. Дополнительным средством измерения может служить безэховая камера. Основным требованием к ней является обеспече­ние двукратных отражений с суммарным поглощением не менее 35 дБ.

Для повышения точности измерений влияние этих отражений на результат измерений можно в значительной мере исключить как систематическую ошибку.

2.6. В автоматических измерительных комплексах аппаратуры, управляемых через ЭВМ, измерительный зонд при помощи меха­нического сканера перемещается на плоскости в раскрыве остро­направленной антенны по растровому закону — вертикальными строками при горизонтальном шаговом движении или наоборот. Ввод измерительной информации в ЭВМ осуществляется в реаль­ном масштабе времени. После окончания цикла измерения поля в раскрыве ЭВМ автоматически переходит в режим обработки и выдачи протокола измерений.

 

¹-приведенные значения соответствуют случаю квазиравномерного распределения поля в раскрыве антенны.

 

3. ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ

3.1. Развертывают измерительный комплекс аппаратуры в ра­бочее положение. Для этого механический сканер устанавливают в раскрыве испытуемой остронаправленной антенны перпендику­лярно к ее геометрической оси.

3.2. После установки измерительной аппаратуры в рабочее по­ложение в соответствии с требованиями руководства по эксплу­атации комплекса включают аппаратуру и выдерживают для про­грева 1 ч.

3.3. Проверяют режимы работы отдельных устройств и ком­плекса в целом согласно руководству по эксплуатации.

3.4. Устанавливают элементы аппаратуры и индикаторы в ис­ходное состояние.

 

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Измерительный комплекс аппаратуры переводят в авто­матический режим работы согласно руководству по эксплуатации.

4.2. По контрольно-измерительным приборам измерительного комплекса аппаратуры следят за ходом работы комплекса.

4.3. Проверяют поступивший с выхода ЭВМ протокол аттеста­ции остронаправленной антенны.

 

5. ОБРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

5.1. Обработка результатов измерений производится автомати­чески в процессе выполнения измерений. Процесс обработки де­лится на два основных цикла: выполнение преобразования поля (моделирование ДН) и проведение окончательной обработки (рас­чет параметров). Указанные циклы могут выполняться с разнесе­нием во времени по отношению к процессу измерений.

5.2. Алгоритмы, расчетные соотношения и методики определе­ния параметров приведены в обязательном приложении 3.

5.3. Результаты измерений печатаются на выходе ЭЦВМ в виде протокола автоматической аттестации остронаправленной антенны. Форма протокола приведена в рекомендуемом прило­жении 4.

 

6. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Требования безопасности работы по настоящей методике долж­ны соответствовать ГОСТ 12.1.006—76.

 

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

 

№ п/п.	Наименование устройства измерительного комплекса	Характеристики
1       2     3                                   4             5     6     7     8	Измерительный генератор по ГОСТ 14661-69, ГОСТ 14126-78 и ГОСТ 17193-71   Измерительный зонд (стандартный волновод)   Сканер                                   Амплифазометр             Подвижная линия передачи сигнала   Преобразователь сигна­лов по ГОСТ 14014-68 ти­па Ф 722/4   Устройство автоматичес­кого управления сканера   ЭЦВМ семейства «Наири»	Стабильность не хуже 1.10-4 по частоте и ±3% по мощности за один цикл измерений. Разность электрических длин опорного и сигнального трактов не более 10 λ   Неравномерность ДН в пределах раскрыва испытуемой антенны не более 0,8 дБ   Размеры рабочей поверхности L≥D+2d tgα, где D — размер геометри­ческого раскрыва остронаправленной антенны, м; d— расстояние от геометрического раскрыва до рабочей поверхности сканера, м; 2α — угловая ширина определяемого сектора ДН, угловые градусы. Шаг измерений (дискретизации) , см. Верхняя граница для шага может использоваться с компенсацией ошибок путем фильтрации гармоник. Погрешность шага не более 0,1 λ Среднее квадратическое отклонение рабо­чей поверхности сканирования от плоско­сти не более λ/300. Угловая погрешность установки сканера относительно антенны не должна пре­вышать допустимую погрешность определе­ния смещения электрической оси остронаправленной антенны по геометрической.   Чувствительность определяется мощно­стью генератора, трактом и отношением площадей раскрывов испытуемой остронаправленной антенны и измерительного зонда. Динамический диапазон входного сигна­ла 20 дБ. Относительная погрешность из­мерения амплитуды 1 дБ. Среднеквадратическая фазовая ошибка не более 2°.   Нестабильность фазовой характеристики не более 1° (среднеквадратическое значе­ние).   Включает аналого-цифровой преобразо­ватель и устройство ввода данных в ЭЦВМ.   Максимальные ошибки следования управ­ляющих команд не более τ/10   Универсальная ЭЦВМ или спецпроцессор с объемом оперативной памяти в соответ­ствии с размерами обрабатываемой матри­цы измерительной информации.

 

* Приведенные значения относятся к средствам измерений I класса. Для II класса все требования могут быть ослаблены в два раза. В п. 1—4 погреш­ности могут быть перераспределены между средствами измерений при условии сохранения результирующих значений погрешностей по п. 2.3 настоящего стандарта.

 

НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

(АФР) ПОЛЯ В РАСКРЫВЕ ОСТРОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН

Приведенные номограммы составлены на основе соотношений статистиче­ской теории линейных антенн при синфазном равномерном распределении поля и при критическом радиусе корреляции погрешностей измерений. Схема поль­зования номограммами приведена на левом верхнем углу. В номограммах приняты следующие обозначения:

σ_φ° - среднее квадратическое отклонение результатов измерений фазового распределения поля в раскрыве, в угловых градусах;

σ_А^дБ - среднее квадратическое отклонение результатов  измерений  амплитудного распределения   поля   в  раскрыве,    в  децибелах, α=σ_φ² +σ_А² где σ_φ - в радианах, σ_А - в неперах;

ГЛ - ширина главного лепестка ДН по половинной мощности, %;

МБ1 - уровень максимума первого бокового лепестка, %;

«фон» - уровень достоверного определения первого минимума, %;

См1 - смещение максимума первого бокового лепестка ДН;

Ст1 - смещение первого минимума.

 

 

  

 

 

АЛГОРИТМЫ, РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ОСТРОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН

1. В зависимости от выбора системы координат при измерении распределения поля в раскрыве остронаправленной антенны выбирается соответствую­щий алгоритм обработки.

1.1. При измерении на плоскости в прямоугольной (декартовой) системе координат обработка производится на основе алгоритма быстрого преобразо­вания Фурье (БПФ).

1.2. При измерении на сферической или цилиндрической поверхности обработка производится по специальным алгоритмам пересчета полей на криволинейных поверхностях.

2. При измерениях поля на плоскости в раскрыве остронаправленной антенны и обработке результатов на основе алгоритма БПФ рекомендуется руководствоваться следующими расчетными соотношениями.

2.1. Угловые соотношения моделирования ДН.

Угловые координаты точки в дальней зоне относительно нормали к плоскости сканирования.

Угловой шаг на ДН (между соседними точками в матрице ДН):

по оси φ=0;

 по оси φ=π/2;

Угловой сектор моделирования

по оси φ=0

по оси φ=π/2

В формулах приняты следующие обозначения:

n(х), n(у)—порядковые   номера   (координаты)   точки    в   матрице  ДН   по осям φ=0 и φ=π/2    (угломестная    и    азимутальная   плоскости), соответствен­но, с началом отсчета в центре матрицы;

N(x), N(y)—размеры    матрицы  ДН    и  обрабатываемой  матрицы  поля  в раскрыве, количество точек в раскрыве и в измеряемой ДН;

τ_x, τ_y  — шаги в матрице измеренного  поля  в раскрыве  остронаправленной антенны, см;

λ — длина волны, см.

По результатам одного цикла измерений поля в раскрыве определяется ДН остронаправленной антенны в любом заданном сечении (в горизонтальной, вертикальной или другой плоскости). Одновременно получается фазовая ДН в том же сечении

2.2. Методика определения КП.

Для определения КП ноля излучения остронаправленной антенны производится два цикла измерения поля в раскрыве при двух взаимно перпендикулярных положениях линейно-поляризованного измерительного зонда.

КП определяется по двум полученным амплитудным и фазовым ДН:

где b, a – большая и малая оси эллипса поляризации соответственно.

2.3. Методика определения положения электрической оси.

Положение электрической оси остронаправленной антенны относительно нормали к плоскости сканирования определяется как угловое смещение максимума главного лепестка ДН относительно начала отсчета углов, рассчитанное по выражениям, приведенным в п. 2.1 настоящего приложения. При этом положение электрической оси остронаправленной антенны относительно геометрической определяется с учетом смещения геометрической оси относительно нормали к плоскости сканирования.

 

 

ФОРМА ПРОТОКОЛА АВТОМАТИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ

(Гриф)

 

ПРОТОКОЛ

 

аттестации изделия №

(число, месяц, год)                                                                                                                                  (город)

 

1. Параметры луча в вертикальной плоскости
Координата максимума луча 0,0°                        
Ширина луча 2Θ₀₅=1,0°
Уровень и координата максимума боковых лепестков:

 

первый:              11,6 дБ, 2,8°;          второй:              24 дБ, 5,9°;

                         10,5 дБ, 2,2°                                      18,3 дБ, 6,2°

третий:               24,1 дБ, 7,0°;          четвертый:        33,0 дБ, 11,0°;

                         26,7 дБ, 8,5°                                      23,1 дБ; 10,2°

пятый:                30,1 дБ, 14,4°;        шестой:             27,9 дБ, 16,1°,

                         31,3 дБ; 12,4°                                                 32,0 дБ; 14,1°

 

 

2. Параметры луча в горизонтальной плоскости

Координата максимума луча 0,0°

Ширина луча 2Θ₀₅=1,7°

Уровень и координата максимума боковых лепестков

первый:             5,9 дБ, 1,5°;              второй:               20,3 дБ; 6,8°;

                          15,3 дБ, 3,6°                                         14,7 дБ, 5,7°

третий:             14,7 дБ, 9,9°;             четвертый;         14,2 дБ, 12,3°;

                          16,2 дБ 7,8°                                          19,1 дБ, 10,6°

пятый:              0,0 дБ, 0,0°;               шестой:               0,0 дБ, 0,0°;

                          0,0 дБ, 0,0°                                            0,0 дБ; 0,0°

 

3. Коэффициент поляризации КП=0,1

 

Вывод: изделие к эксплуатации годно

 

Автоматический измерительный комплекс №    —————————

 

Изделие сдал   ———————————————   Изделие принял —————————

 

4. Режим выдачи графиков ДН.