Спосіб визначення механізму поширення радіохвиль

Спосіб визначення механізму поширення радіохвиль, що включає випромінювання і прийом неперервних високочастотних коливань, який відрізняється тим, що спочатку в чотирьох незалежних каналах генерують неперервні високочастотні коливання з чотирма різними, що мало відрізняються одна від одної, частотами f1, f2, f3 i f4 і через чотири рознесені в просторі антени ці неперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямку п’ятої антени, причому перші три антени розташовують в одній площині, перпендикулярній напрямку поширення радіохвиль, четвертий антену розташовують на деякій відомій відстані від площини розташування перших трьох антен уздовж осі поширення радіохвиль, при цьому неперервні високочастотні коливання з частотами f1, f2, f3 i f4 п’ятою антеною первинно приймають і вводять у них монотонно наростаюче фазове зрушення, причому трансформовані в такий спосіб по частоті неперервні високочастотні коливання з частотами f1 f1 F, f2 f2 F, f3 f3 F i f4 f4 F перевипромінюють у напрямку рознесених у просторі антен первинного випромінювання, де всі чотири ці удруге випромінені коливання антенами первинного випромінювання вторинно приймають, змішують з вихідними неперервними високочастотними коливаннями і виділяють комбінаційні низь 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до області техніки електричних вимірів і може бути використаний при випромінюванні поширення радіохвиль на відкритих трасах. Відомі способи і засоби дослідження процесів поширення радіохвиль, засновані на вимірі флуктуацій амплітуди прийнятих сигналів [див., наприклад, кн. Б.А.Введенский. Распространение ультракоротких волн. - Μ.: Наука, 1973.- 408с]. Однак проведені експериментальні дослідження не дають повного представлення про процеси, що відбуваються при поширенні радіохвиль. Найбільш близькими по технічній суті до передбачуваного винаходу є спосіб визначення кута приходу радіохвиль, заснований на вимірі різниці фаз між сигналами в двох рознесених точках простору [А.С. №1718149 (СРСР), од. у БВ №9 07.03.1992 G01R29/08]. По цьому способі визначення кута приходу радіохвиль спочатку в двох незалежних каналах генерують неперервні високочастотні коливання з двома різними частотами ή і f2, що мало відрізняються одна від одної. Через дві рознесені в просторі антени ці неперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямку третьої антени, де обоє ці неперервні високочастотні коливання первинно приймають і вводять у них монотонно наростаюче фазове зрушення. Трансформовані таким чином по частоті неперервні високочастотні коливання з частотами f1'=f1+F і f2'=f2+F перевипромінюють у напрямку рознесених у просторі антен первинного випромінювання, де обоє ці удруге випроменені коливання антенами первинною випромінювання вторинне приймають, змішують з вихідними неперервними високочастотними коливаннями і виділяють комбінаційні низькочастотні складові різниці вихідних неперервних високочастотних коливань і повторно прийнятих трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань. У тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f1. виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F=ff'-f1, а в тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f2, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F=f2'-f2, після чого вимірюють різницю фаз між цими двома комбінаційними низькочастотними складовими. На основі виміру різниці фаз і відомої відстані між антенами розраховують кут приходу радіохвиль по формулі: arcsin 2 d , де - вимірювана різниця фаз; - довжина хвилі випромінювання; d - відстань між прийомними антенами (база інтерферометра). На практиці кути приходу радіохвиль малі, тому для збільшення точності визначення кута приходу необхідно збільшувати базу інтерферометра. Просторове рознесення між первинно випромінюючими антенами можна вільно змінювати в залежності від проведених вимірів, тому що антени первинного 76110 4 випромінювання і вторинного прийому не зв'язані між собою фазостабільними фідерами. Однак приведений спосіб виміру кутів приходу радіохвиль не дає повного представлення про процеси, що відбуваються в каналі зв'язку. Зокрема, при зміні показника переломлення середовища, флуктуації набігу фаз і амплітуд прийнятих сигналів при поширенні радіохвиль від однієї точки вимірювальної траси до іншої можуть досягати значних величин. У будь-якому випадку, вимірювана різниця фаз не дає можливості визначити яким був механізм поширення радіохвиль - хвилевідний чи багатопроменевим. В основу винаходу поставлена задача визначення механізму поширення радіохвиль. Вона вирішується завдяки тому, що спочатку в чотирьох незалежних каналах генерують неперервні високочастотні коливання з чотирма різними частотами f1, f2, f3 і f4, що мало відрізняються одна від одної, і через чотири рознесені в просторі антени ці неперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямку п'ятої антени, причому перші три антени розташовують в одній площині, перпендикулярної напрямку поширення радіохвиль, четвертий антену розташовують на деякій відомій відстані від площини розташування перших трьох антен уздовж осі поширення радіохвиль, при цьому неперервні високочастотні коливання з частотами f1, f2, f3 і f4 п'ятою антеною первинно приймають і вводять у них монотонно наростаюче фазове зрушення, причому трансформовані в такий спосіб по частоті неперервні високочастотні коливання з частотами f1'=f1+F, f2'=f2+F, f3'=f3+F і f4'=f4+F перевипромінюють у напрямку рознесених у просторі антен первинного випромінювання, де всі чотири ці удруге випроменені коливання антенами первинного випромінювання вторинне приймають, змішують з вихідними неперервними високочастотними коливаннями і виділяють комбінаційні низькочастотні складові різниці вихідних неперервних високочастотних коливань і вторинне прийнятих трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань, причому в тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою fj виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F=f1'-f1, у тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f2 виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F=f2'-f2. у тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f3 виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F=f3'-f3, у тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f4 виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F=f4'-f4, після чого вимірюють різниці фаз між комбінаційними низькочастотними коливаннями, одержуваними на виході першого каналу, і комбінаційними низькочастотними коливаннями на виходах інших трьох каналів вторинного прийому, при цьому в кожнім каналі вимірюють амплітуду комбінаційних низькочастотних складових, при цьому по отриманому амплітудно-фазовому розподілі в площині розташування 5 76110 6 перших трьох антен первинного випромінювання і дових у всіх чотирьох каналах. По вимірюваним вторинного прийому визначають положення педаним перших трьох каналів визначають положенредбачуваного фронту прийнятих радіохвиль і при ня передбачуваного плоского фронту приходу равідомій відстані між площиною розташування педіохвиль і його флуктуації і розраховують амплітурших трьох антен і четвертою антеною первинного ду і фазу електромагнітної хвилі в місці випромінювання і вторинною прийому розраховурозташування четвертої антени. Проводячи виміру ють значення амплітуди і набігу фази прийнятої амплітуди і різниці фаз низькочастотних коливань радіохвилі в місці розташування четвертої антени на виході четвертого каналу, порівнюють обмірюпервинного випромінювання і вторинного прийому, вані дані з розрахованими. Якщо ступінь кореляції після чого порівнюють розраховані значення ампміж розрахованими даними й вимірюваними на літуди і набігу фази в місці розташування четвервиході четвертого каналу висока, то фронт прихотої антени первинного випромінювання і вторинножої радіохвилі дійсно плоский і переважає, таким го прийому з вимірюваними, при цьому якщо чином, хвилеводний характер поширення радіохкореляція між розрахованими і вимірюваними знавиль. Якщо обмірювані і розраховані дані відрізченнями амплітуди і набігу фази висока, то робняються в значній мірі, то в місці розташування лять вивід про те, що переважає хвилеводний хакожної антени первинного випромінювання і вторактер поширення радіохвиль, якщо кореляція ринного прийому має місце інтерференція декільнизька, то роблять вивід про те, що переважає кох променів, тобто переважає багатопроменевий багатопроменевий характер поширення радіоххарактер поширення радіохвиль. виль, причому просторове рознесення між антеУ способі визначення механізму поширення нами первинного випромінювання вільно змінюють радіохвиль, що заявляється, немає необхідності у залежності від вимірів, що проводять. генерувати коливання окремого гетеродина і підПорівняння передбачуваного винаходу з уже водити їх по фазостабільним фідерам до змішувавідомими способами і прототипом показує, що чів усіх чотирьох каналів. Це виключає відповідну спосіб, що заявляється, виявляє нові технічні власкладову погрішності і, крім того, робить канали стивості, що полягають у можливості крім визнавимірювальної установки зовсім незалежними чення кута приходу радіохвиль визначати мехаодин від одного, тобто не зв'язаними твердим фанізм поширення радіохвиль. зостабільним фідером, що дозволяє вільно в проЦі властивості передбачуваного винаходу є цесі вимірів змінювати просторове рознесення між новими, тому що в способі-прототипі через недоліантенами первинного випромінювання і вторинноки, що полягають в організації тільки двох каналів го прийому. інтерферометра, не утримуючих детекторів ампліЗазначений спосіб визначення механізму потуди, можливий вимір тільки різниці фаз між комширення радіохвиль можна реалізувати за допобінаційними низькочастотними складовими в обох могою пристрою приведеного на Фіг.1. каналах інтерферометра одночасно і, відповідно, Пристрій для визначення механізму поширенвизначення тільки кута приходу радіохвиль. У проня радіохвиль містить генератори високочастотних понованому способі визначення механізму пошиколивань 1, 2, 3 і 4, Y-циркулятори 5, 6, 7 і 8, антерення радіохвиль, у первинно прийняті неперервні ни первинного випромінювання і вторинного привисокочастотні коливання з частотами f1, f2, f3 і f4 йому 9, 10, 11 і 12, змішувачі 13, 14, 15 і 16, фазовід чотирьох незалежних високочастотних генераметри 17, 18 і 19, амплітудні детектори 20, 21, 22 і торів, випроменені через чотири незалежні, розне23, антену первинного прийому і вторинного висені в просторі антени первинного випромінюванпромінювання 24, керований фазообертач 25, ниня, уводять монотонно наростаюче фазове зькочастотний генератор 26. зрушення, уводячи тим самим у вихідні неперервні Вихід генератора високочастотних коливань 1 високочастотні коливання однаковий допплерівсьз'єднаний з першим виводом Y-циркулятора 5, кий зсув частоти f1'=f1+F, f2'=f2+F, f3'=f3+F і f4'=f4+F другий вивід якого з'єднаний з антеною первинноз однаковою початковою фазою. На іншому кінці го випромінювання і вторинного прийому 9, а третраси вторинне прийняті, трансформовані по частій вивід Y-циркулятора 5 з'єднаний із входом змітоті, неперервні високочастотні коливання змішушувача 13, вихід якого з'єднаний із входом ють з вихідними і виділяють у всіх чотирьох канаамплітудного детектора 20 і першими входами лах комбінаційні низькочастотні складові з фазометрів 17, 18 і 19, причому вихід генератора однаковими частотами Доплера, причому в тім високочастотних коливань 2 з'єднаний з першим каналі, де генерують коливання з частотою f1, вививодом Y-циркулятора 6, другий вивід якого з'єдділяють складову f1'+F-f1=F, а в тім каналі, де генаний з антеною первинного випромінювання і нерують коливання з частотою f2 виділяють склавторинного прийому 10, а третій вивід Yдову f2'+F-f2=F, у тім каналі, де генерують циркулятора 6 з'єднаний із входом змішувача 14, коливання з частотою f3 виділяють складову F=f3'вихід якого з'єднаний із входом амплітудного детеf3, у тім каналі, де генерують коливання з частотою ктора 21 і другим входом фазометра 17, причому f4 виділяють складову F=f4'-f4. Після цього вимірювихід генератора високочастотних коливань З ють різниці фаз між комбінаційними низькочастотз'єднаний з першим виводом Y-циркулятора 7, ними коливаннями частотою F на виході першого другий вивід якого з'єднаний з антеною первинноканалу і трьома іншими комбінаційними низькочасго випромінювання і вторинного прийому 11, а тотними складовими з однаковими частотами F, третій вивід Y-циркулятора 7 з'єднаний і і входом вимірюючи тим самим флуктуації різниці фаз визмішувача 15, вихід якого з'єднаний із входом амсокочастотних коливань у всіх точках прийому. плітудного детектора 22 і другим входом фазомеОкремо вимірюють амплітуди комбінаційних склатра 18, причому вихід генератора високочастотних 7 76110 8 коливань 4 з'єднаний з першим виводом Y2 2 F циркулятора 8, другий вивід якого з'єднаний з анT теною первинного випромінювання і вторинного Трансформовані по частоті високочастотні коприйому 12, а третій вивід Y-циркулятора 8 з'єдналивання, що надходять на антену вторинного виний із входом змішувача 16, вихід якого з'єднаний промінювання 24 мають вид із входом амплітудного детектора 23 і другим вхоU1 U01 e j [2 ( f1 F) t k1 x1 0 1 ] дом фазометра 19, при цьому антена первинного прийому і вторинного випромінювання 24 з'єднана U2 U02 e j [2 ( f2 F) t k 2 x 2 0 2 ] із сигнальним виводом керованого фазообертача U3 U03 e j [2 ( f3 F) t k 3 x 3 0 3 ] 25, вхід керування якого з'єднаний з виходом генератора низької частоти 26. U4 U04 e j [2 ( f4 F) t k 4 x 4 0 4 ] Працює пристрій, що реалізує спосіб визнаде k1, k2 - хвильові числа чення механізму поширення радіохвиль у такий 2 f3 2 f1 2 f2 2 f4 спосіб. Високочастотні коливання з початковою k1 , k2 , k3 , k4 , c c c c амплітудою U01, частотою f1 і початковою фазою 1 x1, x2, x3, x4 - відстані між антенами 9-24, 10-24, U1 U01 e j 2 f1 t 1 11-24, 12-24 відповідно; φ0 - початкова фаза колиз виходу генератора високочастотних коливань на виході генератора низької частоти 26; U'01, вань 1 через циркулятор 5 надходять в антену U'02, U'03, U'04 – амплітуди високочастотних колипервинного випромінювання і вторинного прийому вань з урахуванням загасання на трасі поширення 9. При цьому в напрямку антени первинного прирадіохвиль. йому 24 випромінюють електромагнітну хвилю. Антеною вторинного випромінювання 24 (вона Паралельно високочастотні коливання з почаж антена первинного прийому) ці трансформовані тковою амплітудою U02, частотою f2 і початковою високочастотні коливання випромінюють у напряфазою φ2 мку антен вторинного прийом) 9, 10, 11 і 12 (вони ж антени первинного випромінювання). При цьому U2 U02 e j 2 f2 t 2 прийняті трансформовані високочастотні коливанз виходу генератора високочастотних колиня через треті виводи Y-циркуляторів 5, 6, 7 і 8 вань 2 через циркулятор 6 надходять в антену надходять у змішувачі 13, 14, 15 і 16, де виділяють первинного випромінювання і вторинного прийому комбінаційні низькочастотні складові різниці вихід10. При цьому також у напрямку антени первинноних неперервних високочастотних коливань і траго прийому 24 випромінюють електромагнітну хвинсформованих по частоті неперервних високочаслю. тотних коливань. При цьому в тім каналі, де були Паралельно високочастотні коливання з почагенеровані високочастотні коливання з частотою тковою амплітудою U03, частотою f3 і початковою f1, виділяють комбінаційну низькочастотну складофазою φ3 ву різниці трансформованих по частоті непереj 2 f3 t 3 U3 U03 e рвних високочастотних коливань з частотою з виходу генератора високочастотних колиf1'=f1+F і вихідних з частотою f1 f1'-f1=f1+F-f1-F. вань 3 через циркулятор 7 надходять в антену первинного випромінювання і вторинного прийому В іншому каналі також виділяють комбінаційну 11. При цьому також у напрямку аніони первинного низькочастотну складову різниці трансформованих прийому 24 випромінюють електромагнітну хвилю. по частоті неперервних високочастотних коливань Паралельно високочастотні коливання з почаз частотою f2'=f2+F і вихідних, с частотою f2 тковою амплітудою U04, частотою t4 і початковою f2'-f2=f2+F-f2=F. фазою φ4 У третьому каналі також виділяють комбінаj 2 f4 t 4 ційну низькочастотну складову різниці трансфорU4 U04 e мованих по частоті неперервних високочастотних з виходу генератора високочастотних коликоливань з частотою f3'=f3+F і вихідних, с частовань 4 через циркулятор 8 надходять в антену тою f3 первинного випромінювання і вторинного прийому f3'-f3=f3+F-f3=F. 12. При цьому також у напрямку антени первинноУ четвертому каналі також виділяють комбінаго прийому 24 випромінюють електромагнітну хвиційну низькочастотну складову різниці трансфорлю. мованих по частоті неперервних високочастотних Антеною первинного прийому 24 усі чотири коливань з частотою f4'=f4+F і вихідних, с частовисокочастотні електромагнітні хвилі уловлюють і тою f4 далі високочастотні коливання з частотами f1, f2, f3 f4'-f4=f4+F-f4=F. і f4, подають на керований фазообертач 25. КероТаким чином, на виході змішувачів 13, 14, 15 і ваний фазообертач 25 являє собою фазообертач 16 будемо мати чотири низькочастотні коливання відбивного типу, що реалізує монотонну зміну фаз однаковими частотами F і повними фазами, обузи високочастотних коливань. При цьому, якщо за мовленими наступними співвідношеннями період T низькочастотного керуючого сигналу, що F t+k1 x1+ 0+k1' x1 11=2 надходить з виходу генератора низької частоти 26. F t+k2 x2+ 0+k2' x2 22=2 реалізується в керованому фазообертачі 25 зруF t+k3 x3+ 0+k3' x3 33=2 шення фаз від 0 до 2 , те можна говорити про зсув =2 F t+k3 x3+ 0+k3' x3 33 спектра усіх високочастотних коливань на так зваде k1', k2', k3', k4' - хвильові числа ну частоту Доплера. 9 76110 10 ного випромінювання (вторинного прийому) 9, 10, k1 11 і 12 і первинного прийом (вторинного випромінювання) 24. 2 k3 Додатково на виходах амплітудних детекторів 20, 21, 22 і 23 будемо мати сигнали пропорційні Як видно з приведених формул, у вираженнях амплітудам прийнятих антенами вторинного придля повної фази виділених комбінаційних низькойому електромагнітних хвиль. частотних складових відсутні значення початкової Таким чином, одержують амплітудно-фазовий фази високочастотних коливань, оскільки вони розподіл полючи прихожої хвилі в міси розташувіднімаються. Частоти вихідних високочастотних вання антен вторинного прийому. коливань f1, f2, f3 і f4 мало відрізняються одна від Народногосподарський ефект від використанодної. При цьому k1 k2 k3 k4. ня передбачуваного винаходу зв'язаний появою Крім цього, частоту Доплера F вибирають баможливості крім визначення кута приходу визнагато менше частоти вихідних високочастотних кочати механізм поширення радіохвиль н відкритих ливань f1, f2, f3 і f4. З цієї причини k1' k1, k2' k2, трасах. k3' k3 і k4' k4. У цьому випадку для різниці фаз Інший аспект підвищення ефективності від викомбінаційних низькочастотних коливань на вихокористання передбачуваного винахід зв'язаний з дах змішувачів 13, 14, 15 і 16 можна записати можливістю рішення протилежної задачі - аналізу12=2 k (x1-x2), вати властивості середовищ поширення радіох13=2 k (x1-x3), виль за результатами вимірів амплітудно42 k (x1-x4), фазового розподілу полючи прихоже радіохвилі. де k k1 k2 k3 k4 k1' k2' k3' k4'. Це дає можливість вирішувати задачі не тільки Таким чином, на виходах фазометрів 17, 18 і радіотехнічних вимірів, але метеорології, еколо19 будемо мати сигнали, пропорційні різний відсгії і т.п. таней і назад пропорційні довжині хвилі в середовищі поширення радіохвиль між антенам первин2 ( f1 F) 2 ( f2 F) , k2 , c c ( f3 F) 2 ( f4 F) , k4 . c c Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601