Нечаєв Е Е, Різдвяний І Н Московський державний технічний університет цивільної авіації м Москва, ГСП-3, 125993, Росія

Анотація – Розглядається ітераційний метод відновлення фазового розподілу струмів антени курсового радіомаяка системи посадки повітряних суден з урахуванням впливу земної поверхні

I                                       Введення

Відомо [1-3], що вимірювання фази на високих частотах повязане з великими технічними труднощами, тому більш привабливими є методи, коли проводиться вимірювання тільки лише амплітуди електромагнітного поля, випромінюваного тестованої антеною, а потім за даними виміряних значень амплітуд здійснюється відновлення фази [2, 3] Також, враховуючи той факт, що вимірювання проводяться в ближній зоні антени, необхідно враховувати вплив земної поверхні на поширення радіохвиль від тестованої антени до зонда, тобто в точці прийому відбувається інтерференція прямих і відбитих радіохвиль, а сама задача повинна розглядатися як тривимірна

Пропонований спосіб бесфазових вимірів можна використовувати для спрощення льотних перевірок (обльотів) курсового радіомаяка під час введення його в експлуатацію, а також у процесі експлуатації при проведенні технічного обслуговування

II                              Основна частина

Отже, завдання можна сформулювати наступним чином: необхідно відновити фазовий розподіл лінійної антеною решітки, вимірявши тільки лише амплітудні дані в ближній зоні тестируемой антени [4, 5] з урахуванням впливу земної поверхні

Даний метод передбачає безпосереднє відновлення фазового розподілу струмів в антені без проміжного відновлення амплітуд-но-фазового розподілу струмів на поверхні вимірів Вимірювання амплітудного розподілу проводяться тільки на одній поверхні, що охоплює тестовану антену, тому пропонований бесфазовий метод технічно простий в реалізації

Ітераційний алгоритм відновлення фази складається з наступних основних кроків:

1 Спочатку за допомогою вбудованої системи контролю проводяться вимірювання амплітуд струмів (розподіл амплітуди струмів) в розкриваючи антеною решітки

2 Потім відповідно до розробленої процедурою на певній відстані від тестованої антени вимірюється амплітуда електромагнітного поля (ЕМП) на циліндричній поверхні, що охоплює цю антену

3 Після того, як відомі амплітуди струму і значення ЕМП, задавши початкові наближення фази, виконуються обчислення відповідно до алгоритму мінімізації

4 Після завершення першої ітерації крок збільшення фази зменшується, і обчислення повторюються Далі, після завершення другої ітерації крок знову зменшується, і тд

Обчислення повторюються до тих пір, поки не буде виконано одну з умов зупинки алгоритму, такими є чи досягнення максимально допустимого числа ітерацій, чи досягнення прийнятної помилки відновлення фази

Слід зазначити, що якщо зупинка алгоритму сталася після виконання заданого числа ітерацій, і задовільний результат не був досягнутий, то це означає, що в процесі мінімізації сталося «Потрапляння» в локальний мінімум, тому необхідно повторити обчислення з дещо іншими початковими умовами

Нижче наведені приклади чисельного застосування пропонованого методу відновлення

Розрахунки проводилися для 5-ти і 18-ти елементних лінійних антенних решіток Початковий крок збільшення фази склав 4 °

На рис 1,2 показані результати відновлення фази для двох антенних решіток з числом елементів 18 і 5

Рис 1 Залежність середньоквадратичної помилки (СКО) відновлення фази від числа ітерацій і фазовий розподіл (вихідне і відновлене) для 18-ти елементної антеною решітки

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 представлений результат відновлення фазового розподілу для 18-елементної антеною решітки Суцільна лінія – це вихідне пре-дискаженное розподіл, а пунктирна – відновлене фазовий розподіл з використанням пропонованого методу СКО відновлення фази дорівнює 1,2 ° (зупинка алгоритму сталася після досягнення заданої точності обчислень, яка склала 2,5)

На рис 2 показаний результат відновлення фазового розподілу для 5-елементної антеною решітки Суцільна лінія – це вихідне предиска-женное розподіл, а пунктирна – відновлене фазовий розподіл СКО відновлення фази склала 2,9 ° (зупинка алгоритму сталася після досягнення заданого числа ітерацій, однак результат відновлення можна визнати задовільним)

Рис 2 Залежність СКО відновлення фази від числа ітерацій і фазовий розподіл (вихідне і відновлене) для 5-ти елементної антеною решітки

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 Висновок

Отримані результати дозволяють зробити висновок про досить високу ефективність запропонованого методу, що враховує вплив земної поверхні Результати відновлення мають досить високою точністю, особливо для 18 – елементної лінійної антеною решітки

IV                            Список літератури

[1] Зелкін Є Г, Кравченко В Ф, Басараб М А Нові ітераційні алгоритми рішення змішаної задачі синтезу антен М, Антени, вип 3-4, 2003

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

[3] Нечаєв EE До питання вимірювання НВЧ полів у ближній зоні антен Матеріали 11 міжнародної конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», Україна, Севастополь, 2001, с 581-582

[4] Нечаєв Е Е, Різдвяний І Н Бесфазовий метод контролю розподілу струмів антени курсового радіомаяка системи посадки Матеріали 15 міжнародної конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології », Україна, Севастополь, 2005, с 396-397

[5] Нечаєв Е Е, Різдвяний І Н Наземний контроль струмів антени курсового радіомаяка системи посадки СП – 90 бесфазовим методом Науковий вісник МГТУ ГА № 98, сер Радіофізика і радіотехніка 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р