Устройство для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки

 

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения амплитуд и фаз излучения эл-тов фазированной антенной решетки (ФАР) со строчно-столбдевым управлением с помощью неподвижного зонда. Устр-во содержит г-р t СВЧ-колебаний, направленный ответвитель 2, г-р 3 прямоугольных импульсов, измеряемую ФАР с дискретно-управляемыми фазовращателями 5,ДБухразрядный фазовращатель 9,; делители 10, 12 и 14 частоты на k,n и с, делители 11 и 13 частоты на два, неподвижный зонд 15, вентиль 16, СВЧ-сумматор 17, квадратичный детектор 18, фазовращатель 20 на 90, фазовые детекторы 27 и 28 и фи-пьтры 29 и 30 низкой частоты . Цель достигается введением коммутаторов 6, 8 и 19, счетчика 7,полосовых фильтров 21, 22 и 23j дифференциальных усилителей 24 и 26 и инвертора 25, 1 ил. и

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН (g1) 4 G 01 R 29/1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д BTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4147664/24-09 (22) 17.11 ° 86 (46) 07.12.88, Бюп. Р 45 (72) Л.А..Летунов и О.Е.Евтюхина (53) 621.317:621.306.67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 476522, кл. G 01 R 29/ 10.

Авторское свидетельство СССР

И 1318941, 01.04.85..(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД И ФАЗ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения — обеспечение возможности измерения амплитуд и фаз излучения эл-тов фазированной антенной решетки (ФАР) „„SU„„1442940 А 1 со строчно-столбленым управлением с помощью неподвижного зонда. Устр-во содержит г — р i СВЧ-колебаний, направленный ответвитель 2, г-р 3 прямоугольных импульсов, измеряемую ФАР с дискретно-управляемыми фазовращате— лями 5,двухразрядный фазовращатель 9, делители 10, 12 и 14 частоты на

k,n и с, делители 11 и 13 частоты на два, непопвижный зонд 15, вентиль 16, СВЧ-сумматор 17, квадратичный детектор,8, фазовращатель 20 на 90, фазовые детекторы 27 и 28 и фильтры 29 и 30 низкой частоты. Цель достигается введением коммутаторов 6, 8 к 19, счетчика 7,полосовых фильтров 21, 22 и 23; диф— ференциальных усилителей 24 и 26 и инвертора 25. 1 ил.

1442940

Изог ро::.< !»не от г с»»тся к технике антенных измерений и может быть использовано в составе комплекса для снятия амплитудно-фазового распределения в раскрыне с помощью непод5 вижного зонда.

Цель изобретения — обеспечение возможности измерения амплитуц и фаз излучения элементов фазированной

»»» антенной решетки со строчно — столбцовым управлением с помощью неподвижног о з онда .

На чертеже приведена структурная электрическая блок-схема устройства для измерения амплитуд и фаэ излучения элементов. фазированной антенной решетки {ФАР) с помощью неподвижного зонда.

Устройство содержит генератор 1

СВЧ-колебаний, направленный о ветвитель 2, генератор прямоугольных импульсов 3, измеряемую ФАР 4 с диск-. ретно-управляемыми фазовращагелями 5, первый коммутатор 6, счетчик 7, вто- 25 рай коммутатор 8, двухраэрядный фазо-вращатель 9, первый делитель 10 частоты íà k первый делитель 11 частоты на два, второй делитель 12 ча.стоты на и, второй делитель 13 частоты ЗП на два, третий делитель 14 частоты на с, неподвижный зонд 15, вентил . 16, СВЧ-сумматор 17, квадратичный детектор 18, третий коммутатор 19 фазо-! вращатель 20 на 90, первый полосовой фильтр 21, второй полосовой фильтр 22, третий полосовой фильтр 23, первый дифференциальный усилитель 24,, инвертор 25, второй,цифференциальный усилитель 26, первый фазовый детектор 27, второй фазовый детектор 28, первый фильтр 29 низкой частоты, второй фильтр 30 низкой частоты.

Устройство работает следующим образом. 4Я

Генератор 1 СВЧ-колебаний, работающий на частоте Я /1Х, возбуждает исследуемую ФАР 4, На расстоянии порядка размеров ФАР 4 расположен неподвижный зонд 15, принимающий сигнал антенной ре»»»етки.На вход управления ФАР по строкам, соответствующим строке, на которой расположен иза» (t) - X С„-"соз(»»»,t+g

5 1 г — Sin 1сй»t) (1

4 1

k 1g, . 1 х соз(ы.t + 9. + k r,+ (В меряемый элемент, от генератор- 3 прямоугольных импульсов поступает сигнал управления частотой P/k, где Г - частота сигнала генератора 3 прямоугольных импульсов. После нескольких периодов модуляции сигнала строки по фазе, по сигналу от счетчика 7 происходит переключение всех коммутаторов 6,8 и 19 и в течение заданного отрезка времени осуществляется модуляция по фазе сигнала столбца, в котором находится измеряемый элемент с частотой Р/k. По сигналу счетчика 7 происходит переключение коммутаторов 6,8 и 19 и в течение того же отрезка времени осуществляется модуляция по фазе сигна-. ла строки и столбца, на пересечении которых находится измеряемый элемент с частотой Г/k. При этом измеряемый, излучатель излучает сигнал, промодулированный по фазе с частотой 2F/k индекс модуляции Т/2. Первый, второй и третий фильтры 21-23„ имеющие полосу нропускания нескольких герц, не пропускают сигнал, соответствующий фазовой модуляции с частотой

2Р/1:„ ;; совмещают три сигнала во времени, а с помощью дифференциальных ,усилителей 24 и 26 осуществляется суммирование первых цвух сигналов и из полученной суммь» вычитается тре-. тий сигнал, что дает возможность ць»делить из суммарного сигнала решетки сигнал отдельного излучателя и с помощью двух фазовых детекторов - первого 27 и второго 28 " и фазовращателя 20 на 90 измерить квадратурные составляющие этого сигнала.

Сигнал на выходе СВЧ-генератора равен

А ° соз»»,t, гге»», — несущая частота сигнала генератора 1 СВЧ-колебаний;

А, — амплитуда сигнала генератора 1 СВЧ-колебаний.

При первом положении комиутаторов (осуществляется модуляция по фазе сигнала строки, на которой находится измеряемый элемент) сигнал на пер« вом входе СВЧ-сумматора имеет вид

А»- Ь

+ k t ) + -0X С вЂ” (1+ е=

4 1

2» ф

2» » 1 Ь

1»» 1

1442940

+ (P +Фд) 4 1

1 =<,>s k

sin 2k 5l, t$, I

В - II/4 — индекс фазовой манипуляции при переключении дискретов -7 /4, +, <(/4, d8 — неточность установки фазового сдвига Г/2;

cl0z — HeToRHocTb установки фазового сдвига Р/4 где k„(kq) ("е > г„(гФ) N

2Г

k p--—

С(С) щ

Обозначим:

Ао А, B = — С В = — — С л °

Сигнал, поступающий на второй вход СВЧ-сумматора 17 подвергается двойной фазовой манипуляции и описывается выражением

О, = II/2

4 1 а2() = ЭА,(1 + я — K.

„„„k

4 1

+ ш",— sin k5I,

+58> ) ; „- sin kit+

Н 3г = 5,5

sin Щ t) (1

cos (ы,t + (8, + де пз

D — коэффициент, характеризующий уровень сигнала, ответвляющегося в опорный канал, 2g

2и и

На выходе СВЧ-сумматора сигнал описывается выражением а 3(t) = а 1(t) +

На вьходе квадратичного детектора 18 выделяется сигнал, пропорциональный /а,(t) / .

Выход коммутатора 6 в данный момент времени соединен с входом фильтра 21, настроенного на частоту (A2— — Я,)/2Я таким образом, на выходе фильтра 21 сигнал имеет вид: коэффициент передачи и-ro (1-ro) канала ФАР," фазовый сдвиг n-ro (1-го) канала ФАР; расстояние между фазовыми центрами неподвижного 10 зонда и излучателя и-го (1-го) канала ФАР, количество элементов решетки, количество элементов в 15 строке; индекс паразитной амплитудной манипуляции, вы— званной неидентичностью коэффициентов переда-20 чи при фазных сдвигах— — ((/2, +Г/2 в 1-м канале ФАР, индекс паразитной амплитудной манипуляции, BbIзванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах-1 /4, +7 /4 в 1-и кана-ле ФАР, 30 индекс фазовой манипуляции при переключении дискретов — 1 /2, + и/2; индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах - Т /2, + II/2 фазовращателем опорного канала, индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах -Х/4, +VI/4 фазовращателем опорного канала," точность установки фазового сдвига 8„ фазовращателем 5 опорного канала, точность установки фазового сдвига 92фазовращателем 5 опорного канала," частота сигнала генератора 3 прямоугольных импульсов волновое число, длина волны, коэффициент, характеризующий диаграмму направленности излучателя в направлении на зонд и диаграмму направленности зонда в направлении на излучатель, 4 1 (8 + a 8 ) —, — s in k 5l t) 2 1 ri =!,з„з

1442940

4DAо — — ВЕ 2 cos(g<+ k r ) cos(g -Я ) (1 +

T} п2е п}44Р ) — -2 4DA, Х. — В sin(

}12 ег, е е л

4 "2 2} е 4 m2e m4-2) °

4 }} а (t)

+й8 +

-g,) t(1

Ао с; }

a (t) = - C -"сов(ы = + Е+ k r ) + - С - (1 +

Д г„ } н л н

4 1 4

+ m,, „- i — sin klan,t) х (1 + m . — „ Š— sin kg,2t)ños(è,t+

k" 1,3,5 " " %=ЦАП

+ е, + k r; + (8,+d8,.;) =„ — sin kg. t + (Е +

4 1

"},-1,Ь,5 1

+}}Е ) . — в1п 2k Л tf

4 1

k=!А2 k

2 где И вЂ” количество элементов в столб- По аналогии сигнал на выходе це. ЗО фильтр. - 22 можно описать выражением

40 А с,; ;=1

4 ш2 ю4 "2) I}

1с; 4

- В cos

1 }}2 м

94А Е

1}2

m2, m,4/}} )) а е,.()

+hB 2}6 +

2} (Ig.+ k„r.)сов(Я-R,)t (1 +

Ь

Basin (q.+ К},г)) sin (И2-q.1) t (1 — Д82,2}В;Этот сигнал поступает через кивер- циального усилителя, на выходе кототор на второй вход первого дифферен- рого имеется сигнал вида

16 kе

a„(t) - D,A,(cos(g2-ß,) С(". . — ВЕсов(ц + 1с,гЕ) (1 +

+Ае }} 8 + }}}р =) + Q — В cos (ep. + k r. ) (1 + Ю . ад + с1

24II .„ãr,! j

+ }}}2,}e} )- вхп(Я -Й1)t х(2 — cos(уе+ 1с„г )(1-48<<2}94- В.в,.п(q.+ „,.)(1 8,,,В, 4),.

}-) 4, „ =} r} } I л

2}

При третьем положении коммутато- положен измеряемый элемент коммута50

Э ров (осуществляется одновременно мо- татор 6 своим выходом соединен с входуляция по фазе сигнала строки и дом фильтра 23) сигнал на первом вхостолбца, на пересечении которых рас- де СВЧ-сумматора 17 имеет вид

М-и-}, "2 М+1

a (t) = - .Е C„-"cos(û t+q + k r ) + — 7 Cj - (1 +

Г}1 о н Л

4 1

+m+ j = c — sinks„t) х (1+ m, — sin 1сЯ. t)cos (}} t +

k 2} }} } 1 о

4 1 . 4 1

+ Ч + k>r; + (8,+ }}81 J = 7 — sin kRt(8 +4в ) w Х - sin 2kB t j+

} 1,3 1С 2 2} }} 1-„

Этот сигнал поступает на первый, вход первого дифференциального усили- 10 теля. Полоса пропускания фильтра 21 (аналогично фильтров 22 и 23) выбирается из условия, чтобы сигнал на входе дифференциального усилителя существовал отрезок времени, соответ- 15 ствующий переключению коммутатора 6 в три положения. Поэтому полоса фильтра выбирается порядка нескольких герц, а время существования сигнала на выходе фильтра-миллисекунда, что возможно осуществить на практике.

При втором положении коммутаторов (осуществляется модуляция по фазе сигнала столбца, на котором находится измеряемый элемент, коммутатор 19 выходом соединен с входом фильтра 22) сигнал на первом входе СВЧ-сумматора имеет вид

l 44294I

+ - . С вЂ” (1+m е

А " 4 4

И Р, Р Г! i II

1 ,> — s in

13,.

°вЂ”

1,3,%

kit) х (1+ mze „-., — sin 2k Я,1.)сов(и, +

4 1

1,1,4

4 1

sin kQ,t + (6 + 46 ) .=. — sin 2k t

135 k

+ Vå,+ k 1rÅ,+ (e, +4e„å) I можно описать выражением

a (t) = - DA сов(Я-й„)t(g — В «s (4 + k„r)(1 +

16 ке

4 м-1

+,2Р1 вЕ + ш ш =) + — и сов(ср + k>r ) (1+ 46 &

2РВ 4 3 ) с j=I

4 1сР

+ m m ) j - в1п(Я -Й )t t — cos(q<+ k I )(1

47 2 1 Р ГР Р IIР

М-1

-48 46 — m m — — - В sin(y + k r ) (1 — 48,Ф4 к;

-2q 4-,2 .— г 1 Л 1 ! 1-1

4 — m,g .ò -))}. вход второго дифференциального уснл.-:,-. теля 26, на первый вход которого подается сигнал с выхода дифференциального усилителя 24. Так как эти сиг25 налы совмещены во времени, то на выходе этого усилителя сигнал имеет вид

k.

- В; (сов(V+ kÄ r, ) сов (Я„- д,) t (1 +

1

z) sin(Ч+ 1с r )сов(а и )t(1 +

4

2) . и а (Е) = — DA 2

16

10 Я 2 о

+Щ 4 4+

+46 2; 4 84 - m 2, m4

А cos(A -Я,) с.

На выходе фазового детектора 27

a„2(t) = 4 — - D;k> >z cos (q, + k>r; ) (1 + 4ez, 464 +

А В; 4

+ Z m2Ð m4) °

АоВ; 4 4 а () - 4 — — D k; =, sin (4.+ 1 .) (1 д .4В 2mz.m )

r; и

Л 1 21 4 Я2

По полученным данным можно рассчитать к; и у. каждого канала ФАР. Вели-55 чины r, для каждого канала известны и хранятся в памяти ЭВМ. Подавая последовательно сигналы управления на все строки и столбцы измеряемой ФАР, Сигнал на выходе фильтра 23, настроенного на частоту (.Я 2 — й,) /2111

При этом сигнал от измеряемого элемента промодулирован по фазе с л частотой 2F/k, индекс модуляции «/2 и на выход фильтра 23, настроенного

Я2- й, на частоту - 2 - -не проходит.

Этот сигнал поступает на .второй т.е. выделяется удвоенный сигнал отцельного измеряемого излучателя.

После делителя частоты на с

Я2 Я1 Р

I на второй вход фазового:

2и с

На второй вход фазового детектора 28 поступает сигнал вида детектора 2У поступает сигнал вида, А sin(512- Я,) t.

На выходе фазового детектора 28

I можно измерить амплитудно-фазовое распределение ФАР со строчно-столбцевым управлением с помощью неподвижного зонда. При этом погрешность измерений определяется по формулам

1442О40

d9i (8 1 а 94 + р m, m ) sin(24, + 2 1л

АА;= 2А,- Е; (d9r<) .

Формула из обр е т ения

Составитель В.Рабинович

Техред Л. Олийнык Корректор Э.Лончакова

Редактор Е.Папп

Тираж 772 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 638i/43

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для измерения амплитуд и.фаз излучения элементов фазированной антенной решетки, содержащее последовательно соединенные генератор

СВЧ-колебаний, направленный ответвитель, измеряемую фазированную антенную решетку (ФАР) с дискретно-уп35 равляемыми фазовращателями, первый, второй и третий делители частоты, двухразрядный фазовращатель, первый .и второй делители .частоты на два, последовательно соединенные неподвиж- 20 ный зонд, вентиль, СВЧ-сумматор и квадратичный детектор, первый и второй фазовые детекторы, первый и второй фильтры низкой частоты (ФНЧ), причем выход первого фазового детек25 тора соединен с входом первого ФНЧ, а выход второго фазового детектора с входом второго ФНЧ, второй выход направленнрго ответвителя соединен с входом двухразрядного фазовращателя, выход которого соединен с вторым входом СВЧ-сумматора, гетеродинный вход первого фазового детектора сое- . динен с выходом второго делителя частоты, гетеродинный вход второго фа- 35 зового детектора соединен с выходом второго делителя частоты через фазовращатель на 90, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входами первого, второго и третьего 40 делителей частоты, выход первого делителя частоты соединен с вторым разрядом двухразрядного фазовращателя и через первый делитель частоты на два—

I с первым разрядом двухразрядного фаэовращателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения воэможности и измерения амллитуд и фаз излучения ФАР со строчно-столбцевым управлением, в устройство введены первый, второй и третий коммутаторы, первый, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй дифференциальные усилители, инвертор и счетчик, причем вход первого коммутатора соединен . с выходом квадратичного детектора, а выход — с входами первого, второго и третьего полосовых фильтров, выход первого полосового фильтра соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, выход второго через инвертор — с вторым входом первого дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего полосового фильтра, выход — с вторыми входами первого и второго фазовых детекторов, первый выход третьего делителя частоты соединен с входами второго и третьего коммутаторов непосредственно, а второй выход — через второй делитель частоты на два, выход второго. коммутатора соединен с входом управления ФАР по строке, выход третьего коммутатора— с входом управления ФАР по столбцу, входы управления всех коммутаторов соединены с выходом счетчика, вход которого соединен с выходом третьего делителя частоты.