Устройство для определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот

 

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения повьшение точности определения диаграммы направленности антенны при одновременном расширении диапазона частот. Для этого устр-во содержит исследуемую антенну 1, импульсный источник 2 зондирующих сигнало1в, зондовую антенну 3, блок перемещения 4, смесители 5, 8, 10, 16, .19 и 22, блок стробирования 6 с регулируемой длительностью стробирования, дисперсионные линии задержки 7 и 18, усилители 9, 20 и 23, полосовой фильтр 11, фазовые детекторы 12 и 13, блоки гетеродийа 14, 15 и 21, линию задержки 17, фазовращатель 24 на 90°, АЦП 25 и 26, регистр 27 временных задержек, амплитудный детектор 28, осциллограф 29. и блок пространственного преобразования Фурье 30. Возможность проведения измерения обеспечивается увеличением длительности сигналов, .характеризующих распределение .поля антенны, по сравнению с длительностью измерительного радиоимпульса. Измерения распределений поля могут одновременно проводиться на ряде частот в рабочей полосе антенны, что, сокращает время измерений, проводимых в каждои точке по одному измерительному радиоимпульсу. 1 ил. i (Л

СОЮЗ СОЕЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1451 22 А1

И4С О) R 29 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДА СТЕЕННЫй HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4261211/24-09 (22) 15.06.87 (46) 15.01.89. Бюл. 11 2 (72) В.И. Тверской, С.Ю. Белозеров, Д.В. Жуков, Л.А. Ивашев, Л.А. Пасманик, Ю.А. Понтак и Т.М. Шмарина .(53) 621.317:621.396.67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1146611, кл. G 01 R 29/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 114135.1, кл. G 01 R 29/I 0, 1983. (54) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИ11 gHAГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ .АНТЕННЫ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ (57) Изобретение относится к технике антенных .измерений. Цель изобретенияповышение точности определения диаграммы направленности антенны при одновременном расширении диапазона частот. Для этого устр-во содержит исследуемую антенну 1, импульсный источник 2 зондирующих сигналов, эондовую антенну 3, блок перемеще- ния 4, смесители 5, 8, 1О, 16, .19 и 22, блок стробировання 6 с регулируемой длительностью стробирования, дисперсионные линии задержки 7 и 18, усилители 9, 20 и 23, полосовой фильтр 1l, фазовые детекторы 12 и

l3, блоки гетеродийа 14, 15 и 21, линию задержки 17, фаэовращатель

24 на 90, АЦП 25 и 26, регистр 27 временных задержек, амплитудный детектор 28, осциллограф 29. и блок пространственного преобразования

Фурье 30. Воэможность проведения измерения обеспечивается увеличением длительности сигналов, характеризующих распределение .поля антенны, по сравнению с длительностью измерительного радиоимпульса. Измерения распределений поля могут одновременно проводиться на ряде частот в рабочей полосе антенны, что сокращает время измерений, проводимых в каж- дой точке по одному измерительному

1451622

ge(t) Re(А(х,y, а(г)) Р, {tt(t)) exp{j и,t +

1 ФBg

+ j (t-e,) /+ j

° ), 2

4а (4) Изобретение относится к устройствам для антенных измерений и может быть использовано для измерений амплитудно-фазового распределения поля антенны и определения ее диаграммы направленности.

Цель изобретения — повышение точности при одновременном расширении диапазона частот. 10

На чертеже приведена структурная электрическая схема ус1 ройства для определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот.

Устройство для определения диа- 15 граммы направленности антенны в диапазоне частот содержит исследуемую антенну l, импульсный источник

2 зондирующих сигналов, зондовую антенну 3, блок 4 перемещения, первый 20 смеситель 5, блок 6 стробирования .с регулируемой длительностью стробирования, первая дисперсионная линия задержки 7, второй смеситель 8, первый выходной усилитель 9, третий 25 смеситель 10, полосовой фильтр 11, первый 12 и второй 13 фазовые детекторы, первый 14 и второй 15 блоки гетеродина, четвертый.смеситель 16, линию 17 задержки, вторую дисперсион- Зр ную линию 18 задержки, пятый смеситель 19, второй выходной усилитель

20, третий блок гетеродина 21, шестой смеситель 22, усилитель 23, фазовращатель 24 на 90, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 25 и 26 первой и второй групп, регистр 27 врегде е(х,у,t) I у(и -и) А(х,у,ce)exp ауэ реакция антенны 1 на измерительный радиоимпульс в точке с координата-! ми (x pу);

Г(и а с тР н фу ц 45 измерительного радиоимпульса.

При этом можно считать, что дли- . тельность реакции (2) имеет порядок длительности измерительного .радиоимпульса d, Иапряжение на входе четвертого смесителя 16 (на входе опорного ка(енных задержек, амплйтудный детектор 28, осциллограф 29 и блок 30 пространственного преобразования

Фурье.

Импульсный источник 2 зондирующих сигналов состоит из генератора

31 СВЧ-напряжения, импульсного модулятора 32 и генератора 33 коротких видеоимпульсов.

Устройство для определения диа-. граммы направленности в диапазоне частот работает следующим образом.

С выхода импульсного модулятора

32 на вход исследуемой антенны 1 и на первый вход четвертого смесителя

16 поступает радиоимпульс, огибающая которого описывается функцией

f,(t) с несущей частотой О,.

Длительность измерительного ра-. дионмпульса выбирается менее времени прохождения сигнала от антенны

1 до отражающей стенки и обратно до зондовой антенны. Таким же образом. -. выбирается время, на которое открывается блок 6 стробирования, включенным в сигальном канале высокой частоты и служащий для блокирования

I прохождения многократно отраженных . сигналов в сигнальный канал.

Напряжение на выходе зондовой антенны 2 (на выходе сигнального канала высокой частоты) предлагаемого устройства может быть описано

° выражением

U(x,у,t) R(x,у,t)@os(ra,t) (1) (jq(x у,и) - )г(и-и,))аи,— (г) нала устройства) поступающее непосредственно с выхода импульсного источника 2 зондирующих сигналов, определяется выражением

U0(t) f(p(t)cosa,t. (3) Отклик на.выходе-первой дисперсионной-линии задержки (ДЛЗ) 7 описывается следующим выражением

1451622 описывается формулой

g, (t ) Re F ((t (t)J exp (jG), а + j (t - а, ) )I (5)

j) a 4 а, 1

ge (t) Re (р — А (x,ó, () (t)) ахр () (ц,+ и +ц ) а + (6) + j (а-а,) . e jq (x,ó,()(t)))) Отклик на выходе пятого смесителя 19 описывается выражением

1 . g„(t) = Re F,((а)) ахр ()(и,+и)а + j (t-а,))I (7) 7) а, Отклик на выходе второй ДЛЗ 1 соответствующий входному сигналу 3, где Q(t) - М, + — (t-а, ) — линей1

2aã ная функция времени, характеризующая временной масштаб откликов (4) (5) а — величина дисперсии иден2. тичных ДЛЗ. 12 и 13; а, — величина их.начальных задержек, Я, - начальная частота их рабочих полос.

Так как полосы спектров радиоимпульсов, поступающих на вход устройства полностью заполняют рабочие по-лосы ДЛЗ 7 и 18, выражения (4), (5) с высокой,.точностью справедливы при использовании для преобразования частоты сигналов на входе обоих каналов первого блока гетеродина !5 фиксированной частоты.. Дополнительная фазовая погрешность, которая связана с отсутствием модуляции часI

Сигналы (6) и (7) после. необходимого усиления в усилителях 9 20 подаются на третий смеситель 1О,.на "

g (t) - Re(А(х.у, F?(t)j Д((а

Одновременно сигналы второго 15 и .третьеro 21 блоков гетеродинов; подаются на шестой смесиТель 22, на выходе которого вьщеляется сигнал раэностной частоты

Uð, ** сбзЯрй. (9) Сигнал (8} через полосовой фильтр

1l подается. параллельно на первый. 12 и второй фазовые 13 детекторы.

На опорный вход первого иэ них не-. то ты пе рво го блок а ге те родина 1 5 по закону, согласованному с параметрами

ДЛЗ 7 и 18, имеет порядок л

arctg— в в где D - коэффициент сжатия ДЛЗ.

Для используемых ДЛЗ обычно 9

16 -1000, и зта погрешность пренебрежимо мала.

Для исключения из отклика (4) модуляции несущей частоты и сужения.

2р ширины его спектра при сохранении полезной информации частота отликов (4) и (5) преобразуется с помощью второго 8 и пятого 19 смесителей, на гетеродинные входы которых пода26 ются сигналы от второго 15 и третьего 21 гетеродинов с частотами, равны- ми(д и (Q + CP1)) . Полученный в результате такого преобразования отклик на выходе второго смесителя 16 описыЗ0 вается выражением

I выходе которого вьщеляется сигнал разностной частоты посредственно подается сигнал (9), 60 а на опорный вход второго — сигнал

U sinu t,,(l ) который формируется за счет прохождения выходного сигнала шестого 24

56 смесителя 22 через усилитель 23 н

0 фаэовращатель на 90

В результате на выходе первого . фазового детектора 12 вьщеляется . .сигнал

1451622

1 вв („— — А (хднф(в)) у,(()(t)) tot f(((x,y, () (t))3 (!1)

5 на выходе второго фазового детекто- ра 13 — сигнал

1. вв А (х,у, () (t)) у (() (t)) в(п(в((х,у, () (t))} ()2)

Длительности сигналов (ll) и (12) определяются величинами изменения задержек в рабочих полосам

ДЛЗ l и 18 и составляют десятки микросекунд. Это позволяет с помощью стандартных АЦП 2$ и 26 преобразо" вать их в цифровую форму, а затеи с помощью блока 30 пространственного преобразования Фурье определить диаграммы направленности антенны 1 . (l 3) at, - 2/а, /Ьи, Из (11) и {12) следует, что дпя определенных выбранных моментов времени .t сигналы на выходах фазовых детекторов 12 и 13 определяют квадратурные составляющие. распределений полей в плоскости (x,у) для частот

Q; Q (t )..- -Поэтому, если на выходе каждого из фазовых детекторов l2 и

13 включать ряд ДЛЗ 2 и 18, синхронизируемых в моменты времени t,, то

1 соответствующие распределения полей находят для всех значений частот ц, Q(t:). Указанная синхронизация АЦП 25 и 26 осуществляется пу- тем различной задержки соответствующих сийхроимпульсов относительно измерительного радиоимпульса, подавае- . мых с выходов регистра 27 временных задержек, на вход которого поступают синхроимпульсы с выхода генератора

33 коротких вйдеоимпульсов.

Таким образом, с одной стороны длительность сигналов,.характериэуяяцих распределение поля антенны, существенно увеличивается по сравнению с длительностью измерительного радиоимпульса, что Обеспечивает про« ведение измеренйй. Распределения поля могут одновременно измеряться на ряде частот в рабочей полосе ан. тенны, что значительно .сокращает время измерений, которые в каждой точке (x у) проводятся по одному измерительному радиоимпульсу.

Длительности сигналов (12) и.(ГЗ) 24Г

d 4(: ."n ., лр (16) 1 где 5Q — ширина спектра измерительного радиоимпульса, которую целесообразно выбрать равной рабочей полосе ДЛЗ 7 и

18.

Например, для радиоимпульса колокольной формы ЬИ 21(/d, где d, - длительность радиоимпульса на уровне

-М4

Ксли ввести коэффициент сжатия, ДЛЗ

2„atð ЬЯ (14)

25 то для отношения длительности отклика на выходах фазовых детекторов 12 и 13 (т.е. на входах АЦП) и длитель.ности импульса

4t /d - D. (15)

30 ., При коэффициентах сжатия ДЛЗ по)рядка 10. расширение длительности сигнала, определяющего поле в точе с координатами х, у, достаточньи я обеспечения высокой точности фа( эового детектирования и аналого-цифрового преобразования. Например,прн велйчине и . 20 нс, обеспечивается

Д и о / 20 мкс, что соответствует

40 параметрам широко распространенных

АЦП s интегральном исполнении.

Согласно (11), (12) уменьшение амплитуды сигналов, характеризующих отсчеты значений поля, за счет

45 растяжения во времени измерительных импульсов п„y,(й (t))„„

F/àв)

50 Используя .(13) и .(14), находят

/а, 1 ф9/Ьц и ri„ЬЯ Р )(- У" (t)).ААеке . Для радиоимпульса колокольной"формы F (@ (t)) „,=Яй .

Отсюда ) 1451б22 8

Формула нзобрeтения

Уменьшение амплитуды сигнала за счет его растяжения во времени приводит к соответствующему Устройство для определения диауменьшению в l/ll раэ отношения граммы направленности антенны н диа" !

) 5

t сигнал/шуи на выходе фазовых де- пазоне частот, включающее нмпульстекторон 12 и 13 по сравнению ный источник зондирующих сигналов р с этим отношением на . выходе зон- выход которого подключен к входу исдовой антенны 3, поскольку уро- следуемой антенны, зондовую антеквень шума, определяеьый полосой lp ну, установленную с возможностью печастот hc0 остается неизменным, рд- Ремещения и аналого-цифровые преобнако вместе с тем полоса частот разователи первой и второй групп, полосового фильтра 11, подключенно- вьмоды котоРьм подключены к входам го к выходу смесителя 10, должна блока и ро странственного и рео6 ра зовабыть выбрана таким образом, что- у5 ниЯ Фурье, о т л н ч а ю щ е е с Я бы пропускать спектр расширенно- тем, что, с целью повьппениЯ точности

ro во времени сигнала (8) . так - прн оДновРеменном Расширении Диакак форма укаэанного радиосигнала пазона частот, s него введены послев р ас сматрив аемом случае близ ка к донательно соединенные первый сиеколокольной, ширина его спектра 2р с»ель блок стробиронания с регулии соответственно ширина полосы руеиой длительностью стробирования, фильтра 11 ыд 2%/bt, и отно- первая дисперсионная линия задержки, шение полос сигнала на входе и второй смеситель, первый выходной выходе фильтра 11 усилитель, третий смеситель и поло25 совой фильтр, выход которого подключен к первым входаи введенных пер-! ного и второго фазоньм детекторов,

/ 2 htо 66) = Р, первыи вход первого смесителя подсоединен.к выходу зондовой антенны, чп а второй его вход подключен к выходу введенного первого блока гетеродина, За счет указанного сужения. по- второй вход блока стробирования с релосы - фильтра 1 l уровень шуиа уиень- гулируемой длительностью стробирошится в Ю раз при неизменной вания подсоединен к управляющему амплитуде сигнала (8). В конечном вьмоду импульсного источника зондиито е

15 и оге отношение сигнал myM на вы- рующих сигналов, второй вход второго ходе фильтра 11 будет таким же, смесителя подключен к выходу внекак на выходе зонда 3, т.е, чувст-. денного второго блока гетероднна, вительность предлагаемого устройст- последовательно соединенные четверва - будет .такой же как при исполь- О тый смеситель, линию задержки, нтозовании вмплифазометров, работакщих рую дисперсионную линию задержки, иа непрерывных сигналах. пятый смеситель и второй выходной усилитель, выход которого подключен

Функция А (х,у, Я (t}j F j2(t}1 к, второму входу третьего смесителя, при равномерных АЧХ эондовой витен-4 а первый вход четвертого смесителя ны 3 и двухканального преобразонате- подсоединен к выходу импульсного ля частоты определяют частотную . источника зондирующих сигналов, а . э ависимость коэффициента передачи второй вход четвертого смесителя антенны l в полосе спектра изме- подключен к выходу первого блока герительного радиоимпульса (величина 5 теродина, второй вход пятого смесиспектра радиоиипульса в этой по- теля подсоединен к выходу третьего лосе практически постоянна). Для блока гетеродина, последовательно регистрации указанной зависимос- соединенные шестой смеситель, усилити к выходу первого выходного уси- тель, фаэовращатель на 90, выход лителя .9 подключается амплитудный . 55 которого подключен к второму входу детектор 28, а его выходной сигнал, второго фазового детектора, а втоописывающий соответстнующий коэф- рой вход первого фазового детектора фициент передачи, может регистри- подсоединен к вьмоду усилителя, перроваться с помощью осциллографа 29 ° вый и второй входы шестого смесителя

)45)622 )о нодключены к выходам второго и треть- группы и подключены к п-му выходу его блоков гетеродина соответствен- . введенного регистра временных задерно,выходы первого и второго фазовых де- жек, вход которого подсоединен к уптекторов подключены к входам аналого- равляющему входу импульсного источцифровых преобразователей первой и вто- ника зондирующих сигналов, последо 5 рой групп соответственно, причем уп- вательно соединенные амплитудный деравляющий вход аналого-цифрового пре- .тектор, вход которого подключен к образователя первой группы подсоеди- выходу первого выходного усилителя, нен к управляющему входу и-го аналого-.)0 и осциллограф, где и 1,2...,N, Nцифрового преобразователя второй число частотных каналов.

- Составитель П. Савельев

Редактор Л. Пчолинская, Техред Л.Олийнык Корректор В. Бутяга

Заказ 7075/43 Тираж 711 .Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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