Поляриметр

 

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения поляризационных параметров при наличии неполяризованных помех. Поляриметр включает антенну 1, разделитель 2 поляризации, смесители 3 и 12, усилители 4 и 13 промежуточной частоты, фазовый детектор 10, блок 11 регистрации, фазовращатель на 90° 14 и гетеродин 19. В поляриметр введены управляемый фазовращатель 5, два сумматора 6 и 8, три усилителя-ограничителя 7,9,16, блок 15 вычитания, фазовый дискриминатор 17 и интегратор 18. За счет введения дискриминатора 17, интегратора 18 и фазовращателя 5 устраняется регулярный сдвиг фаз, обусловленный неполяризованной компонентой поля, что позволяет при помощи введенных сумматора 6, блока 15 и фазовращателя на 90° 14 преобразователь амплитудные различия поляризованных компонент в разность фаз напряжений на выходах сумматора 6 и блока 15. Измерение полученной разности фаз при помощи остальных введенных блоков позволяет уменьшить влияние неполяризованных компонентов и внутренних шумов на точность измерения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (sD 4 С 01 К 29/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П<НТ СССР

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4334800/24-09

;22) 30 ° 11. 87 (46) 07.09. 89. Бюл. Р 33 (71) Ленинградский институт авиационно го при бо ро с т ро е ни я (72) В.Н.удалов, Г.М. Мар голин, А.Е.Воробьев и В. А. Хлебников (53) 621. 317. 328 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11» 1146609, кл. G 01 Р 29/08, 1982.

Канарейкин Д.В. и др. Морская поляриметрия. — Л.: Судостроение,с. 122. (54) ПОЛЯРИМЕТР (57) Изобретение относится к радиоизмерителям. Цель изобретения — повышение точности измерения поляризационных параметров при наличии неполяризованных помех. Поляриметр включает антенну 1, разделитель 2 поляризации, смесители 3 и 12, у-ли 4 и 13 промежуточной частоты, фазовый детектор 10, блок 11 регистрации,-фа„„SU„„1506392 А 1

2 зовращатель на 90 14 и гетеродин 19.

В поляриметр введены управляемый фазовращатель 5, два сумматора 6 и 8, три усилителя-ограничителя 7, 9, 16, блок 15 вычитания, фазовый дискриминатор 17 и интегратор 18. 3е счет введения дискриминатора 17, интегратора 18 и фазовращателя 5 устраняет" ся регулярный сдвиг фаэ, обусловленный неполяризованной компонентой поля, что позволяет при помощи введенных сумматора 6, блока 15 и фазовращателя на 90 14 преобразовать амплитудные различия поляризованных компонент в разность фаэ напряжени»» на выходах сумматора 6 и блока 15. Измерение,полученной разности фаэ при помощи остальных введеннь»х блоков позволяет уменыпить влияние неполяризованных компонент и внутренних шумов на точность измерения. 1 э.п. ф-лы, 2 ил .

1506392 4 дискриминатора 17, а входы четвертого 20 и шестого 24 усилителей-ограничителей являются соответственно пер5 вым и вторым входами фазового дискриминатора 17.

Поляриметр работает следующим обU6

Цг п6 1 чпВ з

nr U Hair

А е

Ь где Ц пЬ комплексная амплитуда поляризованной компоненты вертикальной составляющей (Al! и амплитуда и фаза этой составляющейй ); комплексная ам! Ц

В е

1 нпВ плитуда неполяризованной компоненты вертикальной составляющей (В,— ее огибающая; 4,— ее фаза); комплексная амплиА е

jv

1 ПГ туда поляризованной компо ненты горизонтальной составляющей (А и амплитуда и фаза этой составляющей); комплексная амплинпг

Изобретение относится к области радиоиэмерений и может быть использо вано для измерений параметров поля ризации полностью или частично поляризованных электромагнитных волн.

Цель изобретения — повышение точности измерения поляризационных параметров при наличии неполяризованных помех.

На фиг.! приведена электрическая структурная схема поляриметра; на фиг.2 — электрическая структурная схема фазового дискриминатора.

Поляриметр включает последователь- 15 но соединенные антенну 1, разделитель 2 поляризации, первый смеситель

3, первый усилитель 4 промежуточной частоты УПЧ, управляемый фазовращатель 5, первый сумматор 6, первый 20 усилитель-ограничитель 7, второй сумматор 8, второй усилитель-ограничитель 9, первый фазовый детектор 10 и блок 11 регистрации, последовательно соединенные второй смеситель 1 2,,вто- 25 рой усилитель 13 промежуточной частоты, фазовращатель 14 на 90, блок 15 вычитания, третий усилитель-ограничитель 16, последовательно соединенные фазовый дискриминатор 17, интегратор 18, а также гетеродин 19, выход которого соединен с опорными входами первого 3 и второго 12 смесителей, выход интегратора 18 соединен с управляющим входом управляемого фазо — 35 вращателя 5 и с первым входом блока

11 регистрации, выход управляемого фазовращателя 5 соединен с первыми входами фазового дискриминатора 17 и блока 15 вычитания, выход второго, 40 усилителя 13 промежуточной частоты соединен с вторым входом фазового дискриминатора 17, выход фазовращателя 14 на 90С соединен с вторыми входами блока 15 вычитания и первого 45 сумматора 6, выход третьего усилителя-ограничителя 16 соединен с вторыми входами второго сумматора 8 и первого фазового детектора 10. фазовый дискриминатор 17 содержит последова" тельно включенные четвертый усилитель-ограничитель 20, третий сумматор 21, пятый усилитель-ограничитель

22, второй фазовый детектор 23, а также шестой усилитель-ограничитель

24, выход которого соединен с вторыми входами третьего сумматора 21 и второго фазового детектора 23, выход которого является выходом фазового разом.

Принятая антенной 1 электромагнитная волна разделяется разделителем 2 поляризации на две ортогональные составляющие U и U Г, каждая из которых содержит поляризованную и неполяризованную компоненту туда неполяриэованной компоненты горизонтальной составляющей (В < и — ее огибающая и фаз а) .

Разность фаз (г - гГ,) носит регулярный характер> а разность фаз (4 —, ) — случайный и распределена по равномерному закону в интервале

$-1i, fig

В результате гетеродинирования с помощью гетеродина 19 и смесителей 3 и 12, а также усиления и фильтрации в УПЧ 4 и 13 на их выходе формируются следующие напряжения:

Ua = Uvs + Цчпв + "ш

1506392

Ur= Unr + U нпс + (1щ1

ji

Разность фаэ (— с/„„) распределена по равномерному закону в интервале (-Я, 1Г) .

Дапее сигнал с выхода УПЧ 4 поступает на управляемый фазовращатель 5 и потом на вход фазового дискриминатора 17. Ка другой вход дискриминатора 17 поступает напряжение с выхода

УПЧ 13. В результате работы замкнутой петли регулирования, состоящей иэ фазового дискриминатора 17, интегратора 18 и управляемого фаэовращателя 5, в последнем устанавливается сдвиг фаэ 4 с = с/2 с(°

Комплексные амплитуды (Б и (1в 2), ar> вк 25 на входах фазового дискриминатора 17 соответственно равны

1(ч ач1 1(Ч Ф

"вх .= A e + H,e + (чв, вФ

+ Uù,е

)ч2 )ч1 14 |

Цэх1- Are Ф В1е + ГШ2е

С sin ч,-Cousin (мг+ i

C ocos 9,— С cos (4 + к/2)

Разность фаз напряжений t и 1. <

15 Ран@а а-b

1+аЬ

f Vi

С е

1 Э (Мр + Я7И гДе Нц„, ш2, амплитуды и фазы случ айных ко мпо н ен т;

30 С»С 2 < и 6 — рнзультирующие амплиТуды и фазы.

Числитель выражения (1) равен удвоенному значению реальной части

35 произведения напряжeHHH U вк ii U> |

С,С,сон(ц „- М, ) = 1 .e(L „, 6;„,).

Напряжение на ныходе фазового дискриминатора 17 равно нулю, когда разность фаэ его входных напряжений тоже равна нулю. Это условие выполняется только при 44= с 2 — Ц,, так как при этом поляризованные компоненты оказываются синфазными, а разность фаэ между остальными компонентыми н среднем равна нулю.

В результате комплексные амплитуды напряжений на входах фазового дискриминатора 17 можно записать н ниде

Vari= Uns + 1нс

1М, U вкпб= (! nr + U нс1 = С2е

Это произведение в среднем равно

А A, так как поляризованные компо40 ненты напряжений U z,и L „ синфаэны, а случайные компоненты этих напряжений некоррелированы между собой и с поляризованным компонентами.

Знаменатель выражения (1) и сред45 нем равен разности мощности входных напряжений: где 6 ш, и Ьш — мощности случайных компонент напряжений (1 вк i " Usr2.

Так как для точного измерения па раметров поляризации необходима ус55 тойчивость характеристик, н том числе по шуму, то можно считать, что

6,„, = 6 . С учетом этого

2

С С1 АВ А где U и и 11д„— комплексные амплитуды поляризованных компонент;

U „, и Г нсq- комплексные амплитуды случайных компонент, обусловленных наличием неполяризованной компоненты шума на входах фазового дискриминатора 17. Далее напряжение Гв„ проходит через фаэонращатель 14 на 90

На выходе сумматора 6 формируется напряжение U > U вк + j L „, Фаза которо го ц равна

arctg

С1 н i и, + С к s i ng v 2 + fi/ 2)

% С,соз Y„+C2cos (Ч 2+ « /2)

На выходе блока 15 вычитания формируется напряжение U > = U», — j U<Ä фаза которого с| равна в

g =if -агсад - - — - (1)

2С Сысоя (М -yql

4 С |. С2

1 (использована формула).

arctg à-arctg Ь = arctg

i >Ч

Нв|, = Aüe + 1.,e

1(ч + Й/2) Uq»Are + U å

С е

2 — ) 506392Таким образом, разность фаз & напряжений 1; и 1 1 н среднем равна

Аь — 2 arctg ----, А»

5 т.е. с точностью до постоянного множителя совпадает с оценкой параметра поляризации Z.

Величина »1» т.е. разность фаз г. — » измеряется при помощи фазового 10 детектора 10, характеристика которого при р авных амплитуд ах входнъ»х сигналов (эа счет усилителей-ограничителей 9 и 16 J линейна. Для снижения диапазона разностей фаз входных на- 5 пряжений фазовоro детектора 0 используется сумматор 8, в 2 раза уменьшающий разность фаз входных сигналов фаз оно го детектора по сравнению

I с разностью фаз напряжений L и U . 20

Это позволяет использовать фазовый детектор с меньшим диапазоном измерения, имеющий, как правило, более высокую крутизну характеристики.

Таким образом, на выходе фазового детектора 10 формируется оценка модуля поляризационного коэффициента, а на выходе интегратора 18 — оценка его аргумента, которые поступают на блок ll регистрации. 30

В качестве фазового дискриминатора 1 7 могут использоваться различные устройства, например фазовый детектор

Киркпатрика, в котором предварительно сдвинуто одно из его входных напряже- 35 ний на 90С.

В качестве фазового дискриминатора используется фазовый детектор 23 и сумматор 21 с усилителями-ограничителями 20, 22 и 24. Это позволяет ис- 40 пользовать фазовый детектор с меньшим диапазоном измерения разности фаза, а следовательно, с большей крутизной характеристики. Этим достигается повышенное быстродействие и точ- 45 ности измерения.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение точности измерения параметров поляризации частично поляризованной волны при наличии

50 внутренних шумов на 10-157. 3а счет введения фазового дискриминатора 17, интегратора 18 и управляемого фазовращателя 5 устраняется ре гулярный сдвиг фаз, об условленный не поля риз ованной компонентой поля, что позволяет при помс?1»н» введенных фазоврашателя 14 на 90, сумматора 6 и блока 15 вычитания преобразовать амплитудные различия поляризованных компонент в разность фаэ напряжений на ныходах сумматора 6 и нычитатепя 15. Измерение полученной разности фаэ при помощи остальных введенных б:юков поэволяет уменьшить влияние неполяризованных компонент и внутренних шумов на точность измерения модуля поляриэационного отношения.

Предлагаемое Iloстроение фазового дискриминатора 17 позноляет понысить точность измерения регулярногo сдвига фаз за счет того, что введенные усилители †ограничите 20, 22 и 24 и сумматор 21 в 2 раза снижают возможный диапазон изменения разности фаз сигна:»ов на входе фазовогo детектора.

Это позволяет применить фазовый де тектор 23 с высокой крутизной харакгеристики, что улучшает точность из— мерения как аргумента поляриэо«анного отношения (т.е. регулярного сдвига фаз), так и его модуля.

Ф о р м у л а и э о б р е т е и и я

1 . Поляри метр, включающий по следователь»»О coop»»I»e»III» le ап ген«у, разделите.»ь поляризации, первый смеситель н первый усилите:»ь промежуточной частоты, Iloследовательно соединенные второй смеситель, первь»»» вход кОТОрОГО полк.дючен к нто1?ому «ы? Оду разделителя поляризации, «торой уси- литель промежуточной частоты и фазовращатель на 90, »етеродин, выход которого подсоеди»»ен к вторым входам первого и второго смесителей, первый фазовый детектор, выход которого подключен к псрному входу блока регистрации, Π†. л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышеш»я точности иэ.-»ереш»я попяризациош»ых параметров при папи »ии неполяриэонанных 1»омех, введены последовательно соединенные управляема»й фаз оврашатепь, вход которого подключен к ныходу первого усилите.-»я промежуточной частоэ 1, первый суммато р, 1»ер вый усилитель-ограничитель, второй сумматор l» второй усилитель-огра»»1»чител»,, выход которого подсоединен к первому входу первого фаэо«о гo детектора, блок вычитания, первый «ход ко lopoi о»юдключен к перному «ходу «ервого сумматора, второй вход перво го сумматора подсоедине»1 к «ьlх оду фазовращателя о на 90 и нторому входу блока вычитания, выход которо I о через ннеденныйтРЕтИй Уѻ»1»1 е»11-О» Р;1«П »1»т ЕЛ» ПОД1506392

Составитель Л.Савельев

Редактор О.Ирковецкая Техред М.Ходанич Корректор Т.Малец

Заказ 5432/48 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ключен к вторым входам второго сумматора и первого фазового детектора, последовательно соединенные фазовый дискриминатор, первый вход которого подсоединен к выходу управляемого фаэовращателя, а второй вход — к выходу второго усилителя промежуточной частоты, и интегратор, выход которого подсоединен к управляющему входу управляемого фазовращателя и к второму входу блока регистрации.

2 ° Поляриметр по и ° 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что фазовый дискриминатор включает последовательно соединенные четвертый усилительограничитель, вход которого является

5 первым входом фазового дискриминатора, третий сумматор, пятый усилительограничитель и второй фазовый детектор, выход которого является выходом фазового дискриминатора, шестой усилитель-ограничитель, вход которого является вторым входом фазового дискриминатора, а выход подсоединен к вторЫм входам второго фазового детектора и третьего сумматора.