Устройство измерения распределения поля фазированной антенной решетки

 

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повышение точ-ности измерений. Устройство содержит испытуемую фазированную антенную решетку (ФАР) 1, подвижный СВЧ-тракт 2, блок СВЧ 3, сканер с выносным п блоком СВЧ 4, блок 5 промежуточной и низкой частоты. Блок СВЧ 3 содержит генератор СВЧ 6, усилитель мощности 7, направленные ответвители (НО) 8 и 9, управляемый дискретный СБЧ-фазовращатель (УДФ) 10, циркулятор 11, СВЧ-сумматор 12 и квадратичный детектор 13. Выносной блок СВЧ 4 состоит из измерительного зонда 14, циркулятора 15, УДФ 16 и 17, НО 18, линейного детектора 19, СВЧ-сумматора 2Q и квадратичного детектора 21. Блок 5 содержит подмодулятор 22, делитель частоты (ДЧ) 23 на с, ДЧ 24 на р, ДЧ 25 на q, ДЧ 25-28, 32 на два, управляемые усилители 29 и 45, детекторы 30 и 46, фазовращатель 31 на 90, фазовые детекторы 33 и 38, фильтры 34 и 39 низкой частоты, АЦП 35 и 40, смеситель 36, усилитель 37 промежуточной частоты, aмпJ итyдный модулятор 41, сумматор 42, полосовые фильтры 43 и 44. 1 ил. ,|- & (Л САЭ СП СО | СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

< 11 4 0 01 В 29/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

- И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1

1

1 Д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3949274/24-09 (22) 03,09.85 (46) 15.12.87. Бюл. М 46 (72) Л. А. Летунов, С. С. Старовойтов, О. M. Оболоник и С. А. Цыпленков (53) 621.317:621 ° 396.67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 815680, кл. G 01 R 19/10, 1981.

31етунов 31. А. и др. Уменьщение амплитудно-фазовых искажений подвижного СВЧ-тракта при измерениях поля антенны. — Измерительная техника, 1984. М 9, с. 55-56. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НОЛЯ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повьппение точ.ности измерений. Устройство содержит испытуемую фазированную антенную решетку (ФАР) 1, подвижный СВЧ-тракт

2, блок СВЧ 3, сканер с выносным

„эО«, И58757 A1 блоком СВЧ 4, блок 5 промежуточной и низкой частоты. Блок СВЧ 3 содержит генератор СВЧ 6, усилитель мощности

7, направленные ответвители (НО) 8 и 9, управляемый дискретный СВЧ-фазовращатель (УДФ) 10, циркулятор 11, СВЧ-сумматор 12 и квадратичный детектор 13. Выносной блок СВЧ 4 состоит из измерительного зонда 14, циркулятора 15, УДФ 16 и 17, HO 18, линейного детектора 19, СВЧ-сумматора 2Q и квадратичного детектора 21. Блок

5 содержит подмодулятор 22, делитель частоты (ДЧ) 23 на с, ДЧ 24 на р, ДЧ 25 на q, ДЧ 25-28, 32 на два, управляемые усилители 29 и 45, детекторы 30 и 46, фазовращатель 31 на 90, фазовые детекторы 33 и 38, фильтры

34 и 39 низкой частоты, АЦИ 35 и 40, смеситель 36, усилитель 37 промежуточной частоты, амплитудный модулятор 41, сумматор 42, полосовые фильтры 43 и 44. 1 ил.

1 1597 7

Изобретение отн<>< ится к радиотехиике, в частности к антенной технике, и может быть использовано пля измерения амп. .и.(удно-фа зового расг ределеS ния (АФР) поля фазированных антенных решеток (ФАР).

Целью изобретения является повыше.-" ние точности измерений.

На чертеже приведена структурная 10 электрическая схема устройства для измерения распределения поля ФАР.

Устройство измерения распределения поля ФАР содержит испытуемую ФАР

1, подвижный СВЧ-тракт 2, блок СВЧ 15

3 сканер с выносным блоком СВЧ 4, блок 5 промежуточной и низкой частоты (ПЧ и НЧ), блок СВЧ 3 содержит генератор СВЧ 6, усилитель 7 мощно. ти„ первый направленный ответвитель 20

I (НО ) 8, третий направленный о тв етвитель 9, первый управляемый дискретный СВЧ-фаэовращатель (УДФ) 10, первый циркулятор 11, первый СВЧ сумматор 12 и первый квадратичный детектор 13, выносной блок СВЧ 4 включает измерительный зонд 14, второй циркулятор 15, третий УДФ 16, второй УДФ

17, второй НО 18, линейный детектор

19, второй СВЧ сумматор 20 и второй 30 квадратичный детектср 2! блок 5

:,ключает подмодулятор 22,делитель 23 астоты на с,целитель 24 частотына р, делитель 25 частоты на q,, первый, второй и третий делители 26-28 часто-35 ты на два, первый управляемый усилитель 29, первый детектор 30, фазовращатель 31 на 90, четвертый делитель

32 частоты на цва, первый фазовый детектор 33, первый фильтр 34 низкой 0 ч стоты (ФНЧ), пег)выи аналого-цифроь)о."(преобразователь (АЦП; 35, смесит-.ль 36, усилитель 37 промежуточной частоты (Л<71,, Второй фазовый детек тор 38, второй ФНЧ 39, второй АЦП 40,45 амплитудный модулятор 41, сумматор

42, первый полосовой фильтр 43, вто«ой полосовой ильтр 44, второй управляемый усилитель 45, второй детек- тор 46, -0

Устройство для измерения распределения поля ФАР работает следующим об= разом.

Сигнал от генератора СВЧ 6 усили55

".ается усилителем 7 мощности и через

НО 8 и 9, циркулятор 11, подвижный

СВЧ-тракт 2 поступает на вход циркулятора 15 в виде п (t)=-tl к (t )cos(U +

+8, 7 — sin ng,t+9, = +sin

" )i=

7 II

+(V,(t), i( — +

2

n — т,+ (2) где р /2р и с7,/2/2 ((— частоты переключения соответственно первого и втсрого фазовых сдвигов, поступающие с делителя 24 частоты на Р и делителя 27 частоты на два.

Конкретно эти частоты при частоте подмодулятора 22, представляющего собой кварцевый генератор частоты

l МГц,, могут составлять при p = 6 соответственно 166 и 83 кГц.

Сигнал (2), пройдя НО 18, циркулятор 17, СВЧ-тракт 2, циркулятор 11 в обратном направлении поступает на вход СВЧ-сумматора 12.

1! (t,) сasl g с -я — + о"

-.л,-t +0

) Ь !5

0„(t,)=U,,K

4 = 1

s г:; х (3) Квадрат амплитудной нес".асиль.<ости и удвоенная фазсвая нестабильность в выражении (3) соответ"..тву(<т двукратному прохсжленин; сигнала СВЧ

, (:) = (!, .(!) С,,<(д.t.,,((i., ),; i: д туда < и) налэ (J„/2 — частота генератора СВЧ;

К,(С),ьс „t) — временные нестабиль. ( ности, появившиеся вследствие деформаций подвижного СВЧ-тракта 2; — время.

llройдя циркулятор 15, сигнал (l) подвергается двойной фаэовой манипуляции с различными частотами с помощью УДФ 17. УДФ 17, так же как и фазовращатели )О и lб,-имеет два управляемых дискрета фазовых сдвигов, коммутирующих фазу соответственно 0-90 и 0-180, что соответствует индексам фазовых манипуляций, = )

=- ))/2. Учитывая данные индексы фазовой манипуляции, сигнал на выходе

УДФ 17 можно записать в следующем виде:

1359757 нала

35

45

6(2

9,-9 ) . (0,- т) 2

+ 2к),(1)) через подвижный СВЧ-тракт 2 в прямом и обратном ьаправлении.

На другой вход СВЧ-сумматора 12 поступает сигнал с НО 9, так же под— вергнутый двойной фазовой манипуляции с помощью УДФ 10, но с другими модулирующими частотами, поступающими с выхода делителя 23 частоты 8на с и делителя 26 частоты на два

4 (t)=U cost t + — + — +g — z

4 4 о 4

4 1 . а, х ) — sin К g2t 9 — p — sin К вЂ” 1, где а /2 о — частота, которая при с=10 конкретно может составлять 100 кГц.

На выходе СВЧ-сумматора 12 выделяется сумма сигналов

U,(t) = U,() +,(.), а на выходе квадратичного детектора

13 сигнал становится пропорционален

iU,(t)f

)U5(t)(=11 + Uq Ко (t) + 211з11 Kî(t) Х о х cat(2ty,(t) +(), = 5 — tin t a,t + х)

a= yq,,П

1 . O. 4 )

4 о к=(,5,5., 4 1 . f?

2 го 15 2 .at -5= Q — tin к — ). (5) к <З5..

Управляемый усилитель 29 своеи селективной нагрузкой выделяет сигл, а, нал с частотой

Сигнал на выходе управляемого усилителя 29, настроенного на частоту

Q, - 7., /2, имеет вид

U К (t) соя 2 6(17 (t) соэ х

U5Ka(4) Б1п 2Щ (t)s1n х

2 2 50

U К (t) соя t+ (7) 55

С выхода управляемого усилителя

29 сигнал поступает на детектор 30, который вырабатывает пропорциональный уровень, заставляя таким образом управляемый усилитель 29 менять свой коэффициент усиления, поддерживая постоянной амплитуду выходного сиг() 7соз ()t+2AVо . (8) Делитель 32 частоты на два реализуется на базе триггера Шмидта и триггера 155 серии, Его выходной сигнал, не учитывая высшие гармоники, образовавшиеся при преобразовании синусоидального сигнала в сигнал типа

"меайдр, а учитываячто при делении частоты делится так же и индекс фазовой модуляции, в данном случае сигнал на выходе делителя 32 частоты преобразуется к виду

U (t)=U cos ()t+hq,(t) . (9) Теперь рассмотрим прохождение сигнала по измерительному каналу, включающему направленный ответвитель 8 блока СВЧ, ФАР 1, подвижный измеритель зонд 14 и УДФ 16. Здесь, т.е. на входе СВЧ-сумматора 20, сигнал можно записать в следующем виде:

UU9()- U K„cos(а,t + cp„+g, (=(5,5....

4 т — 1

x sin iQt +g —.sin 1 — 1 +

4 (10) где а /2 о — частота сигнала, поступаз ющего с делителя 26 частоты на два;

К с — соответственно затухание х х и фазовый сдвиг, вносимые исследуемой ФАР 1.

Осуществив преобразования сигналов (1) и (10) в СВЧ-сумматоре 20 и квадратичном детекторе 21, аналогичные преобразованиям сигналов (3) и () в сумматоре 12 и квадратичном детекторе 13, запишем сигнал на выходе управляемого усилителя 45, нар, — ч? строенного на частоту 2 /2 о

U„(t)=U, К К (t) cos () t+

+a,(t)- q „) (l l )

Сигнал (ll) поступает на вход сумматора 42, на другой вход которого поступает сигнал с амплитудного модулятора 41, который управляется часто1359757 той делителя 23 частоты на с. Этот сигнал необходим для устранения влияния амплитудной нестабильности подвижного СВЧ-тракта 2 на амплитуду измерительного сигнала, т.е. устранения в выражении (ll) коэффициента

К (t,). Достигается это с помощью линейного детектора 19 амплитудного модулятора 41,полосового фильтра 44, детектора 46 и управляемого усилителя 45. Выделенный линейным детектором 19 уровень, пропорциональный

K (С), превращается в переменную составляющую, затем вьделяется полосовым фильтром 44, детектируется детектором АРУ 46, заставляющим менять коэффициент усиления управляемого усилителя 45 пропорционально (1/K (t,), поддерживая таким образом амплитуду выходного сигнала, независящую от амплитудной нестабильности К (t ).

Сигнал измерительного канала, выделенный полосовым фильтром 43, настроЯ,-Л, енным на частоту /2()принимает вид (14) К „sin ц)„; K„"îs p „.

Таким образом, выходные сигналы устройства не содержат амплитудные

Таким образом, на входы смесителя

36 поступают сигналы (9) и (12). Продукт взаимодействия сигналов, с учетом только разностной частотной составляющей, вьделенной усилителем 37, г Л - наcrpоенным на частоту .(Л,-а,, -.-- †/2(((, принимает следующий вид:

Л,-O э A,,--G, u„(e)v„z, ()-())t.— (1з)

Сигнал вива (13) тоступает на входы фазовых детекторов 33 и 38. Опорным сигналом для фазовых детекторов служит сигнал с делителя 25 частоты на q. При фазовом сдвиге опорных сигналов относительно друг друга, равном 90, достигающемся с помощью фа— о зовращателя 31 на 90, на выходе фа=.овых детекторов с помощью фильтров

34 и .39 низких частот можно вьделить уровни, пропорциональные квадратурным составляющим вектора измеряемого сигнала и фазовые нестабильности подвижного

СВЧ-тракта связи, а значит и не требуют дополнительных косвенных расчетов в ЭВМ, экономя машинное время обработки, чем выгодно отличается от прототипа.

Формула изобретения

Устройство измерения распределения поля фазированной антенной решетки (ФАР), содержащее первый циркулятор, первый СВЧ-сумматор, последовательно соединенные генератор СВЧ, усилитель, мощности и первый направленный ответвитель, подвижный измери15 тельный зонд, второй циркулятор и второй направленный ответвитель, амплитудный подмодулятор, смеситель, о

20 фазовращатель на 90, первый и второй полосовые фильтры, последовательно соединенные первый фазовый детектор, первый фильтр нижних частот (ФНЧ), первый аналого-цифровой преобразователь (А1Д), последовательно соединен- ные второй фазовый детектор, второй

ФНЧ, второй АЦП, причем второе плечо первого циркулятора и первое плечо второго циркулятора соединены через подвижный СВЧ-тракт, о т л и ч а юд е е с я тем, что„ с целью повышения точности измерений, введены последовательно соединенны третий направленный ответвнтель и первый управляемый дискретный СВЧ-фаэовращатель, выход которого соединен с первым входом первого СВЧ-сумматора, а также первый квадратичный детектор, вход которого соединен с выходом первого СВЧ-сумматора, причем вход третьего направленного ответвителя соединен с вторым в гходом первого направленного ответви.еля, а второй выход — с первым плечом первого циркулятора, третье плечо которого соединено с вторым входом первого СВЧ-сумматора,. второй выход первогo направленно:г.о ответвителя ягляется выходом для подсоединения испытуемой ФАР, введены линейный детектор. второй управляемый дискретный

СВЧ-фазовращатель, включенный между вторыь) плечом второго циркулятора и входом второго направленного ответвителя, последовательно соединенные

55 третий управляемый дискретный СВЧ-фазовращатель, второй СВЧ-сумма-;ор и второй квадратичный детектор, причем вход третьего управляемого дискрет135915/

Составитель В. Рабинович

Редактор Т. Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор Н. Король

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Г1осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1235

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного фазовращателя соединен с выхо-дом измерительного зонда, первый выход второго направленного ответвителя соединен с вторым входом второ5 го СВЧ-сумматора, второй выход — с третьим плечом второго циркулятора и входом линейного детектора, введены усилитель промежуточной частоты (ПЧ), делитель частоты íà q, после- 10 довательна соединенные делитель частоты на с, выход которого соединен с первым управляюшим входом первого управляемого дискретного СВЧ-фаэовращателя, первый делитель частоты на два, выход которого соединен с вторым управляющим входом первого управляемого дискретного СВЧ-фазовращателя и первым управляющим входом третьего управляемого дискретного СВЧфазовращателя, и второй делитель частоты на два, выход которого соединен с вторым управляющим входом третьего управляемого дискретного

СВЧ-фазовращателя, последовательно соединенные делитель частоты на р, выход которого соединен с первым управляющим входом второго управляемого дискретного СВЧ-фазонращателя, и третий делитель частоты на два, соединенный выходом с вторым управляющим входом второго управляемого дискретного СВЧ-фазовращателя, последовательно соединенные управляемый усилитель промежуточной частоты (ПЧ), вход которого соединен с выходам пернога квадратичного детектора, а выход через введенный первый детектор— с его управляющим входом, и четвертый делитель частоты на два, выход которого соединен с первым входом смесителя, последовательно соединенные амплитудный модулятор, соединенный входом с выходом линейного детектора, а управляющим вхоДом — с выходом делителя частоты на с, сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго квадратичного детектора, и второй управляемый усилитель ПЧ, выход которого подсоединен к входам первого и второго полосовых фильтров, причем выход второго полосового фильтра соединен с управляющим входом второго управляемого усилителя ПЧ через введенный второй детектор, а выход первого полосового фильтра соединен с вторым входом смесителя, усилитель ПЧ включен между выходом смесителя и входами первого и второго фазовых детекторов, входы делителей частоты на с, р, q соединены с выходом подмодулятора, выход делителя частоты на q соединен с гетеродинным входом второго фазового детектора и с гетеродинным входом первого фазового детектора через фазовращао тель на 90