Устройство для измерения диаграммы направленности зеркальной антенны

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ преимущественно по радиоизлучению космического источника, содержащее первый и второй усилители-преобразователи СВЧ-сигналов, гетеродинные входы которыхподсоединены к выходу гетеродина, а сигнальный вход первого усилителя-преобразователя СВЧ-сигналов соединен с облучателем исследуемой зеркальной антенны, а также амплифазометр, выходы которого подключены соответственно к входам двух гетеродинных фильтров, и регистратор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений боковых лепестков диаграммы направленности при упрощении устройства , в него введен дополнительный облучатель, который установлен с возможностью перемещения в фокальной плоскости исследуемой зеркальной антенны и соединен с сигнальным входом второго усилителя-преобразователя СВЧ-сигналов, выходы первого и второго усилителей-преобразователей СВЧ-сигналов подключены соответ- g ственно к сигнальному и опорному вхо (Л дам амплифазометра, выходы гетеродинных фильтров соединены соответственно с первым и вторым входами . регистраторов, который выполнен например , в виде трехдорожечного. самоо писца, а третий вход регистратора подсоединен к выходу второго усилителя-преобразователя СВЧ-сигналов через введенный блок контроля уровас kj ня сигнала. о о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) g@1) G 01 R 29/1 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "":..

Н ABTOPCHOMY CBMQETEJlbCTBY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3485409/18-09 (22) 12.08.82 (46) 07.04.84. Вюл. М 13 (72) Н.A.Äóãèí и В.С.Коротков (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт (53) 621.317;621,396.67(088.8) (56) 1. Цейтлин Н.М. Применение методов радиоастрономии в антенной технике. M., "Сов.радио", 1967, с.191.

2. Двухэлементный радиоинтерферометр НИРМИ, предназначенный для работы в системе, апертурного суперсинтеэа. Препринт НИРФИ, Р 148, r. Горький, 1980 (прототип).

{ 54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ЗЕРКАЛЬНОЙ

АНТЕННЫ преимущественно по радиоизлучению космического источника, содержащее первый и второй усилители-преобразователи СВЧ-сигналов, гетеродинные входы которых подсоединены к выходу гетеродина, а сигнальный вход первого усилителя-преобразователя

СВЧ-сигналов соединен с облучателем

/ исследуемой зеркальной антенны, а также ампли фаз ометр, выходы которого подключены соответственно к входам двух гетеродинных фильтров, и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений боковых лепестков диаграммы направленности при упрощении устройства, в него введен дополнительный облучатель, который установлен с возможностью перемещения в фокальной плоскости исследуемой зеркальной антенны и соединен с сигнальным входом второго усилителя-преобразователя СВЧ-сигналов, выходы первого и второго усилителей-преобразователей СВЧ-сигналов подключены соответ- ственно к сигнальному и опорному вхо дам амплифаэометра, выходы гетеродинных фильтров соединены соответственно с первым и вторым входами . С регистраторов, который выполнен например, в виде трехдорожечного.само- а писца, а третий вход регистратора подсоединен к выходу второго усилителя-преобразователя СВЧ-сигналов через введенный блок контроля уровня сигнала., 1084706

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для измерения диаграммы направленности зеркальной антенны, имеющей большие электрические размеры, и может быть использовано в радиоастрономии и радиосвязи.

Известно устройство для измерения диаграммы направленности антенны по радиоизлучению мощного естественного космического источника (например, Солнца, Кассиопеи-А, Лебедя-А), содержащее исследуемую антенну, облучатель которой через последовательно соединенные блок СВЧ и гетеродинный фильтр подключен к регистрато- 35 ру 1 3.

Недостатком устройства является малая точность измерения низких уровней мощности боковых лепестков диаграммы направленности, антенны, что Щ обусловлено слабым сигналом от космического источника радиоизлучения и ограниченной чувствительностью приемной аппаратуры. Кроме того, недостатком устройства является отсутствие 25 возможности измерения фазовых характеристик боковыхлепестков диаграммы направленности антенны,а также кросс-поляриэационной диаграммы направленности и Фазовых характеристик кросс-. поляризационной диаграммы направленности антенны.

Найболее близким к предлагаемому является устройство для измерения диаграммы направленности зеркальной антенны преимущественно по радиоиз-, лучению космического источника, ;содержащее первый и второй усилители, . преобразователи СВЧ-сигналов, гетеродинные входы которых подсоединены к выходному гетеродину, а сигналь- 4О ный вход первого усилителя-преобразователя СВЧ-сигналов соединен с облучателем исследуемой зеркальной антенны, а также амплифазометр, выходы которого подсоединены соответст-45 венно к входам двух гетеродинных фильтров, и регистратор (2 ).

Недостатком известного устройства является то, что его диаграмма направленности представляет собой быстроосциллирующую функцию угла между вектором базы и направлением на космический источник. Период осцилляций обратно пропорционален расстоянию между Фазовыми центрами антенн (базе),55

Выходной сигнал устройства представляет собой произведение сигнала источника, принятого каждой антенной независимо, на величину, полученную в результате усреднения осциллирую- 60 щей диаграммы направленности устройства по угловому размеру источника (Функцию видимости источника). Поскольку угловой период диаграммы направленности устройства меньше углового размера мощного космического источника радиоизлучения, то функция видимости источника меньше единицы.

Следствием этого является недостаточно высокая точность измерения низких уровней боковых лепестков диаграммы направленности антенны . Другим недостатком устройства является его ,сложность, обусловленная тем, что устройство включает в себя систему фазовой калибровки кабельных или волноводных трактов обеих антенн,, необходимую для исключения ошибок при измерении фазовых характеристик диаграммы направленности. Кроме того, устройство включает в себя вспомогательную антенну, соизмеримую по размерам с измеряемой,.и снабженную опорно-поворотным устройством.

Цель изобретения — повышение точности измерения боковых лепесткоУ диаграммы направленности при упро- щении устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения диаграммы направленности зеркальной антенны преимущественно по радиоизлучению космического источника, содержащее первый и второй усилителипреобраэователи СВЧ-.сигналов, гетеродинные входы которых подсоединены к выходу гетеродина, а сигнальный . вход первого усилителя-преобразователя СВЧ-сигналов соединен с облучателем исследуемой зеркальной антенны, а также амплифазометр, выходы которого подключены соответственно к входам двух гетеродинных фильтров, и регистратор, введен дополнительный об."лучатель, который установлен с возможностью перемещения в фокальной плоскости исследуемой зеркальной антенны и соединен с сигнальным входом второго усилителия-преобразователя

СВЧ-сигналов, выходы первого и второго усилителей-преобразователей

СВЧ-сигналов подключены соответственно к сигнальному и опорному входам амплифаэометра, выходы гетеродинных фильтров соединены соответственно с первым и вторым входами регистратора, который выполнен, например, в виде трехдорожечного самописца, а третий вход регистратора подсоединен к выходу второго усилителя-преЬбразователя СВЧ-сигналов через введенный блок контроля уровня сигнала

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения диаграммы направленности зеркальной антенны. устройство содержит исследуемую зеркальную антенну, состоящую из зеркала 1 и облучателя 2, подключенного к первому усилителю-преобразователю 3, дополнительный облучатель

4, установленный с возможностью пе,10Е4706 ремещения по фокальной поверхности

Йсследуемой зеркальной антенны с помощью координатного блока 5. Дополнительный облучатель 4 соединен с вторым усилителем-преобразователем 6, гетеродин 7, соединенный с гетеродинными входами первого и второго усилителей-преобразователей

3 и б, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам амплифазометра 8, выход усили- 10 теля-преобразователя б соедйнен. с входом блока 9 контроля уровня сигнала, выход которого связан с коорди, натным блоком 5 через систему авто матического сопровождения (связь . 15 не показана). Первый и второй выходы амплифазометра 8 через гетеродинные фильтры 10 подключены соответственно к первому и второму входам регистратора 11, например, трех- 20 дорожечного самописца, к третьему входу которого подключен выход блока 9. Дополнительный облучатель 4 выполнен в виде облучателя с линейной поляризацией и установлен с воз- g5 можностью поворота вокруг оси на

90 .

Устройство для измерения диаграммы направленности зеркальной антенны работает следующим образом, 30

Сигнал от космического источника радиоизлучения поступает на зеркало 1. Часть сигнала, отраженная зеркалом 1, через облучатель 2 поступает на вход первого усилителяпреобразователя 3, на другой вход которого поступает сигнал с гетеродина 7. Усилитель-преобраэ ователь 3 осуществляет усиление СВЧ-сигнала и преобразование его в сигнал промежуточной частоты, значение которой.40 определяется рабочей частотой амплифазометра 8. Сигнал с выхода усилителя-преобразователя поступает на первый вход амплифаэометра 8, на второй вход которого поступает опор- 45 ный сигнал с выхода усилителя-преоб- . разователя б.

Координатный блок 5 обеспечивает перемещение дополнительного облучателя 4 по фокальной поверхности 50 антенны. Часть сигнала, отраженная зеркалом 1, через дополнительный облучатель 4 поступает на вход усилителя-преобразователя б, на другой вход которого поступает сигнал с 55 гетеродина. 7. Блок 9 обеспечит контроль уровня сигнала, поступающего в дополнительный облучатель 4. Сигнал с выхода блока 9 поступает через систему автоматического сопровожде- щ ния (не показана) на координатный блок 5.

Координатный блок 5 осуществляет перемещение дополнительного облучателя 4 по фокальной поверхности антенны до тех пор, пока сигнал на выходе блока 9, а следовательно,сиг- . нал на выходе усилителя-преобразователя б, не достигнет максимальной величины. Этот сигнал является опорным. Сигналы на первом и втором выходах амплифаэометра 6 пропорциональ ны ((йМ ИМ) и Ф(@М) соответственно, где (;(6Ч) - сигнал на выходе усилителя-преобразователя,3 соответствующий сигналу космического источника радиоизлучения, поступающему в облучатель 2;

6(ОЧ1 - опорный сигнал на вы ходе усилителя-преобразователя б, соответствующий сигналу космического ,источника радиоизлучения, поступаю(щему в цополнительный облучатель 4;

Ф (8V) — раэ ность фаз между сигналами, поступающими через облуча тель 2 и дополнительный облучатель 4;

ОЧ вЂ” углы между направлением на космический источник радиоизлучения и направлением электрической оси антенн по горизонтали и вертикали соответственно.

Гетеродинные фильтры 10 осуществляют преобразование сигналов, посту- пающих с выходов амплифазометра 8, в сигналы постоянного тока, пропориональные соответственно величине ф (Ю}6 (ИЧ ) и величине раз ности фаз

Ф(ОЧ для одного значения углов ЯМ„

При изменении относительного положения антенны -и космического источника радиоизлучения регистратор 11 фиксирует сигналы

f„((q(9 Р(ЕУ(), (4(@

<,(МйР(РУ(( зЖ(1" J . гве Вв((ф(Щ С, ((Н) — уРовень он гневе на первом выходе регистратора 11;

f> P (8@Q — уровень сигнала на третьем выходе регистратора 11. При этом сигнал К (ф(6Ч)) на втором выходе регистратора 11 характеризует фазовые характеристики диаграммы направленности антенны.

При измерении кросс-поляриэационной диаграммы направленности антенны координатный блок 5 осуществляет поворот дополнительного облучателя 4 вокруг оси на 90О . Измерение кроссполяризационной диаграммы направленности осуществляется аналогично измерению диаграммы направленности

1084706 ((И) =

S+ (((aV)) - Фени Я нала на первом выходе регистратора 11 „

)G(891) — уровень сигнала на

3 третьем выходе регистратора 11. При этом сигнал (Ф(ЖЦ на втором выходе регистратора 11 характеризует фазовые характеристики кросс-поляризационной диаграммы направленности антенны.

Для заданной чувствительности приемной аппаратуры точность измерения боковых лепестков диаграммы направленности определяется мощностью 3п принимаемого сигнала, Отношение мощности сигнала,принимаемого разработанным устройством, к мощности сигнала, принимаемого базовым объектом, можно оценить по формуле где

ВНИИПИ Заказ 1990/39 Тираж 711 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 антенны. Регистратор 11 фиксирует сигналы

6„(lfq(QYIG(QVl); 1. ((ЯЧ|); Й, (Ci(QVI), . характеризующие кросс-поляризационную диаграмму направленности антейны и фазовые характеристики кросс-поляриэационной диаграммы направленности антенны.

По результатам измерений кроссполяр%)зационная диаграмма направленности антенны расчитывается по формуле

КР1

"Тл

К вЂ” коэффициент, определяющий уменьшение выходного сигнала разработанного устройства, обусловленное тем, что дополнительный облучатель 4 расположен,не в фокусе зеркала 1„

P — мощность сигнала, поступающего в облучатель 2 при наведении максимума диаграммы направленности на космический источник радиоизлучения; ч — функция видимости источника для базового объекта;

Р - мощность сигнала, поступающего в измеряемую антенну базового, объекта;

Р - мощность сигнала, поступающего во вспомогательную

5 антенну базового объекта.

В предлагаемом устройстве осуществляется формирование опорного сигнала с помощью. дополнительного облучателя 4, помещенного в точку на фокальной поверхности антенны, в которой концентрируется максимальная часть энергии от космического источника. При этом расстояние между фазовыми центрами приемных каналов, т.е. между облучателями устройства значительно меньше размеров антенн.

Поэтому период осциллирующей функции диаграммы направленности устройства .существенно больше, чем ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны, что обеспечивает повышение точности измерения боковых лепестков диаграммы направленности антенны.

Расположение облучателей в непосредственной близости один от другого,а также от блоков СВЧ позволяеr свести к минимуму фазовые искажения в кабельных или волноводных трактах. Кроме того, габариты разработанного устройства в 3-5 раз меньше, чем габариты базового объекта, что существенно для измерений . крупногабаритных антенн.