Математическая модель измерений характеристик антенн в ближней зоне излучения

Н.В. Анютин, И.М. Малай

ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл., Россия
anyutin@vniiftri.ru,
malay@vniiftri.ru

«Альманах современной метрологии» № 1 (25) 2021, стр. 44–66

УДК 621.396.67

Аннотация. В статье исследуется точность измерений характеристик антенн в ближней зоне их излучения в случае сканирования электромагнитного поля по неканоническим поверхностям. На основе асимптотического уравнения связи между антеннами в ближней зоне исследуемой антенны и дальней зоне зондовой антенны разработана математическая модель измерений на антенных измерительных комплексах ближней зоны. Предложено использование эквивалентного уровня помех для оценки точностных характеристик измерений коэффициента усиления, амплитудной и фазовой диаграмм направленности, уровня кроссполяризации и коэффициента эллиптичности антенн. Проведено моделирование сканирования электромагнитного поля по неканонической поверхности с помощью коллаборативного робота с шестью вращательными степенями свободы. Верификация по экспериментальным данным показала качественное согласие эквивалентного уровня помех, а также количественное согласие максимального значения эквивалентного уровня помех.

Ключевые слова: антенные измерения, ближняя зона, связь между антеннами, преобразование электромагнитного поля, математическая модель.

Цитируемая литература

1. Yaghjian A. An overview of near-field antenna measurements // IEEE Tran­sactions on antennas and propagation. 1986. V. 34. No. 1. P. 30–45.

2. Cooley J.W., Tukey J.W. An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series // Mathematics of computation. V. 19. No. 90. P. 297–301.

3. Потехин А.И. Некоторые задачи дифракции электромагнитных волн. М.: Сов. радио, 1948. 135 с.

4. Бахрах Л.Д., Колосов Ю.А., Курочкин А.П. Определение поля антенны в дальней зоне через значения поля в ближней зоне // Антенны. 1976. № 24. С. 3–14.

5. Анютин Н.В., Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С. Коррекция измеренного амплитудно-фазового распределения поля в ближ­ней зоне по диаграмме направленности зонда // Измерительная техника. № 1. С. 50–53.

6. Eibert T.F. et al. Electromagnetic field transformations for measurements and simulations // Progress In Electromagnetics Research. 2015. V. 151. P. 127–150.

7. Brown J. A theoretical analysis of some errors in aerial measurements // Proceedings of the IEE-Part C: monographs. 1958. V. 105. No 8. С. 343–351.

8. Kerns D.M. Correction of near-field antenna measurements made with an arbitrary but known measuring antenna // Electronics Letters. 1970. V. 6. No. 11. 346–347.

9. Rodrigue G.P., Joy E.B., Burns C.P. An investigation of the accuracy of far-field radiation patterns determined from near-field measurements. Atlanta: Georgia Institute of Technology, 1973.

10. Newell A.C., Newell A.C., Crawford M.L. Planar near-field measurements on high performance array antennas. 1974.

11. Yaghjian A.D. Upper-bound errors in far-field antenna parameters determined from planar near-field measurements. Part 1: Analysis // NASA STI/Recon Technical Report N. 1975. V. 667. 120 p.

12. Joy E.B. Near-field qualification methodology // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1988. V. 36. No. 6. P. 836–844.

13. Newell A.C. Error analysis techniques for planar near-field measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1988. V. 36. No. 6. P. 754–768.

14. Hansen J.E. (ed.). Spherical near-field antenna measurements. Iet, 1988. V. 26. 390 p.

15. Gregson S., McCormick J., Parini C. Principles of planar near-field antenna measurements. IET, 2007. V. 53. 397 p.

16. Sara B. et al. Error analysis and simulator in cylindrical near-field antenna measurement systems // Advances in Measurement Systems. InTech, 2010.
289–314.

17. Le Fur G. et al. Uncertainty Analysis of Spherical Near Field Antenna Measurement System at VHF. 2014.

18. Foged L.J. et al. Analysis of measurement probe spherical higher order modes based on equivalent currents // IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI). IEEE, 2016. P. 1329–1330.

19. Saccardi F., Giacomini A., Foged L.J. Comparative investigation of spherical NF measurements with full and first order probe correction using calibrated or simulated probe // 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). IEEE, 2017. P. 3771–3775.

20. Qureshi M.A., Schmidt C.H., Eibert T.F. Near-field error analysis for arbitrary scanning grids using fast irregular antenna field transformation algorithm // Progress In Electromagnetics Research. 2013. V. 48. P. 197–220.

21. Manohar V., Rahmat-Samii Y. Mimicking Antenna Near-Field Measurements using Full Wave Solvers For Error Characterization // IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting. IEEE, 2019. P. 1851–1852.

22. Малай И.М., Шкуркин М.С. Применение метода статистических испыта­ний для оценки метрологических характеристик антенных автоматизи­рованных измерительных комплексов ближней зоны // Антенны. 2014. № С. 50–55.

23. Newell A., Baird R., Wacker P. Accurate measurement of antenna gain and polarization at reduced distances by an extrapolation technique // IEEE Tran­sactions on Antennas and Propagation. 1973. V. 21. No. 4. P. 418–431.

Статья поступила в редакцию: 27.11.2020 г.
Статья прошла рецензирование: 07.12.2020 г.
Статья принята в работу: 11.12.2020 г.

Статья в полном объеме в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.