45

Министерство высшего и среднего специального образования

РСФСР

Ленинградский институт авиационного приборостроения

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛОВЫХ КООРДИНАТ

Лабораторная работа

Ленинград

1985

Составитель: доцент канд. техн. наук В.П. Пашкевич

Рецензенты: кафедра конструирования радиоаппаратуры и микроэлектроники ЛЭИС им. проф. М.А. Бонч-Бруевича;

ст. научн. сотр. канд. техн. наук В.А.Сарычев

Приведены краткие сведения по методам измерения угловых коор- динат. Дано описание функциональных схем измерителей. Предназначе- на для студентов радиотехнического факультета.

Подготовлена к публикации кафедрой радиосистем по рекомендации методической комиссии радиотехнического факультета.

© Ленинградский институт

авиационного приборостроения (ЛИАП)

______________________________________________________________

Подписано к печати 25. 07. 85. Формат 60х84 1/16

Объём 3.5 п.л. Уч.-изд.л. 3,5 Тираж 200 экз.

Зак. Л 369 Печать плоская Бесплатно

______________________________________________________________

Ротапринт ЛИАП 190000, Ленинград, ул. Герцена, 67.

Цель работы: изучение методов измерения угловых координат, исследование точностных характеристик угломерных систем.

Методические указания по подготовке к лабораторной работе.

Перед выполнением лабораторной работы студенты должны получить зачёт по коллоквиуму. При подготовке к коллоквиуму необходимо оз- накомиться с разделами 1 и 2 настоящего методического руководства, с задачами по исследованию точностных характеристик.

1. Физические основы определения угловых координат

Измерение координат и скорости основано на использовании реальных закономерностей распространения радиоволн в пространстве. Пространство является однородным. Для всех его точек скорость распространения радиоволн одинакова и не зависит от поляризации и частоты колебаний (с =3·10⁸ м/с).

При этом сигналы распространяются по прямолинейной траектории без искажения формы. Дальность до объекта определяется влиянием запаздывания излучённого (отражённого) сигнала, скорость – по эффекту Допплера Измерение угловых координат производится в предположении о точечности излучающего (отражающего) источника. Это предположение выполняется, если угловые размеры отражающего источника значительно меньше расстояния R (рис.1 Δℓ<<R).

При этом поверхность равных фаз в точке приёма яв­ляется сферической поверхно­стью (рис. 2). Вектор нормали к сферической поверхности на­правлен на источник излуче­ния. Рис.2 поясняет лишь принципиальную возможность измерения угловых координат (пеленгации). Технические ме­тоды пеленгации определяются конструкцией антенных систем, являющихся анализа­торами элекгромагнитного поля в точке приёма.

1.1. Диаграмма направленности

Используемые в радиотехнических системах антенны являются, как правило, направленными. Количественно направленные свойства антенны характеризуются диаграммой направленности по полю f(α).

, (1)

является комплексной функцией действительного аргумента - угловой координаты α.

f(α), φ(α) определяют зависимость амплитуды и фазы на выходе антенны от угловой координаты источника излучения.

Диаграмма направленности f(α) определяется распределением тока (поля) в раскрыве антенны и размерами раскрыва. Пусть линейный раскрыв ориентирован вдопь оси X. Размер раскрыва равен D (рис. 3,а)

Распределение тока в раскрыве задано комплексной функцией (X). Параметр  определяет угловое положение относительно Y. Введём обобщённые координаты

, (2)

где  - длина волны.

Тогда диаграмма направленности связана с распределением тока в раскрыве прямым преобразованием Фурье [1]

, (3)

где С – постоянный коэффициент, определяемый условиями нормировки.

Для случая равномерного распределения тока в раскрыве

. (4)

Из (3) следует

.

Выбирая постоянную нормировки С=1/2, получаем

. (5)

Для перехода от обобщённой угловой координаты u к действительной  используем (2). Тогда

.

В декартовой системе координат диаграмма направленности представле- на на рис. 3,б. Первый нуль соответствует величине , при кото- рой D/sin= или sin=/D. Поскольку для антенн CВЧ диапазона размеры раскрыва значительно превышают длину волны (D>>), то sin  . Тогда первый нуль диаграммы направленности находится на расстоянии =/D. Ширина диаграммы направленности (на уровне 0,707 по полю) примерно равна

. (6)

Формула (6) наиболее часто используется в приближённых инженерных расчётах. Например, если размер раскрыва антенны D=0,5 м, длина волны излучения =3 см, то ширина диаграммы направленности (ширина луча) антенны

или в градусах

Диаграмма направленности по мощности определяется как квадрат диаграммы направленности по полю. Формула (6) определяет ширину диаграммы направленности по уровню половинной мощности.

Наряду с шириной луча важной характеристикой является уровень боковых лепестков (рис. 3,б). В реальной обстановке по боковым лепесткам принимают мощные мешающие сигналы, которые нарушают работу систем. Поэтому уровень боковых лепестков антенны определяет такую важную характеристику радиотехнической системы, как помехоустойчивость. Для равномерного распределения тока в раскрыве уровень первого бокового лепестка ослаблен по отношению к главному на 13,4 дБ. Для уменьшения уровня боковых лепестков антенны используют функции распределения токов , спадающие на краях раскрыва. Однако при этом наблюдается расширение главного луча по сравнению со случаем равномерного распределения поля. Фазовый множитель(), при распределениях тока в раскрыве антенны, описываемых чётными функциями , в боковых лепестках принимает значениеК (К – номер лепестка).

В случае плоского раскрыва распределение токов и диаграмма направленности (по координатам X и У) связаны двумерным преобразованием Фуръе [1]

,

v_X , v_Y , u_X , u_Y – обобщённые координаты.

Если функция распределения токов удовлетворяет соотношению , т.е. диаграммы определяются линейными распределениями токов вдоль ортогональных осей раскрываX и У.