Многоканальное устройство для настройки фазированной антенной решетки

 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для настройки фазированных антенных ре9 ;а ММ шеток (ФАР) с управлямыми дискретными фазовращателями Цель изобретения - сокращение времени настройки. Устройство содержит генератор 1 СВЧ, направленный ответвитель 2, исследуемую ФАР 3. измерительный зонд 4, СВЧ-смеситель 5, усилитель 6 промежуточной частоты, m блоков 7 преобразования (БП), опорный управляемый СВЧ-фазовращатель (ФВ) 8, генератор 9 прямоугольных импульсов, делители 10 и 11 частоты на два блок 12 настройки (БН). блок 13 управления и ФВ 14 исследуемой ФАР 3 В каждом БП 7 производится фазовое детектирование поступающего на его первый вход сигнала, несущего информацию о фазе Ј3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s 6 01 R 29/10

ГОСУДАPСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1о

43

Ql

Д

00 (21) 4600456/09 (22) 26,09.88 (46) 15,03.91. Бюл, N . 10 (72) С.С. Старовойтов (53) 621.317:621.396.67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1404980, кл. G 01 R 29/10, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1491880, кл. G 01 R 29/10, 24.08.87. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ НАСТРОЙКИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для настройки фаэированных антенных ре„„5IJ ÄÄ 1635148 А1 шеток (ФАР) с управлямыми дискретными фазовращателями. Цель изобретения — сокращение времени настройки. Устройство содержит генератор 1 СВЧ, направленный ответвитель 2, исследуемую ФАР 3, измерительный зонд 4, СВЧ-смеситель 5, усилитель

6 промежуточной частоты, m блоков 7 преобразования (БП), опорный управляемый

СВЧ-фазовращатель (ФВ) 8, генератор 9 прямоугольных импульсов, делители 10 и 11 частоты на два, блок 12 настройки (БН), блок

13 управления и ФВ 14 исследуемой ФАР 3.

В каждом БП 7 производится фаэовое детектирование поступающего на его первый вход сигнала, несущего информацию о фазе

1635148 н канале I lo ФВ 14, относительно опорного сип ала, сдвинутого на время т. Это позволяет сформировать на выходе БП 7 сигнал, амплитуда которого и ропорциональна сдвигу фазы о канале 1-ro ФВ 14 и который поступает на вход БН 12, который формирует

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для настройки фаэиронэнных антегнгых решеток (ФАР) с упранляемымп дискретными фаэонращателями.

ЦЕЛЬ ИэабрвтЕНИя — Сок ращнllL1e и РЕМЕНИ LLBCT POLLVLL.

I-Ia чер1с.же изображена злс|ктрическая структурная схема предло гаеглога ус| рай1ства, Устройство содержиг последовательно соединенные СВЧ-генератор 1 и направленный ответнитель 2, первый выход которого подсоединен к входу исследуемой

ФАР 3, последовательно соединенггые измерительный зонд 1, СВ I-смееитель 5 и у илитель 6 прамежугочнай 1эстоты (УПЧ), выход отораго подсоединен к первому входу ка.кдаго иэ m бчокао 7 преобразования; опорный управляемый СБЧ-фэзовращатель

8, включенный между ггтарыгл выходам направленного ответвителя 2 и вторым нхадс .1

СВЧ-смесителя 5, последовательно соединенные генератор 9 пряглоугольных иглпульсов, первый 10 и второй 11 делители час. гo Tl I на двэ, выход генератора 9 и делителей 10 и 11 частоты подключены к первому, BToðoму и третьему упранляющим охадагл фазанращателя 8 соответственно, выходделителя

11 часготы на два подсоединен к тре|ьему входу каждого из m блоков 7 преобразования, выход I-го блока 7 преобразования(i == 1,2„..m) подсоединен к первому входу i-ro блока 12 настройки, второй и третий входы каждого иэ KoTcpL lx подключены к пер наглу и второму выходам блока 13 упранлен.|я.

Первый, огорой и третий выходы i-га блока

12 настройки подсоединены к первому, второму и третьему управляющим входам саагветстоенно i-го фээавращэтеля 14 исследуемой ФАР 3, четвертый выход I-га блока 12 настройки подключен к второму входу I-го блока 7 преобра с-..|ния. Блок 7 преобразования оклю <ает последанагельна соединенные фазовый детектор 15, вход которого янляется первым входом блока 7 и реобразования, и фильтр 16 нижних частот (ФНЧ), выход которого является оыходом блока 7 преобразования, последовательно соединенные смеситель 17, первый и г|то10

l0

45>

50 сигнал управления ФВ 14 и компенсирует фаэовую ошибку. Многоканальность,cTройстна (m < n, где и — число эл ментов ФАР

3) позволяет значительно сократить затраты времени на настройку. 1 ил. гной входы которого являются вторым и третьим входами соответственно блока 7 преобразования, паласовой фильтр 18, линия 19 задержки и фазонращатель 20 на 90О, выход которо о подсоединен к второму входу фазового детектора 15. Блок 12 настройки включает последовательно соединенные управляемый генератор 21 прямоугольных импульсов, вход которого является первым входом блока настройки, коммутатор 22, третий 23 и четвертый 24 делители частоты на доа, последовательно соединенные частотомер 25, вход которого подключен к выходу управляемого генератора 21 пряглаугQflbHLlx импульсов, и дешифратор

26. первый, второй и третий выходы которога подсоединены через первый 27, второй

28 l1 третий 29 блоки памяти к первому входу первого 30, н.араго 31 и третьего 32 сумматоров по модулю дна соответственно, выходе. кîTорыx янляются лерl3ым, вторым и третьим выходами блока 12 настройки соответственна. Второй выход первого 30, eToporn 31;1 третьего 32 сумма горов по модулю дн» подсоединен к выходу коммутатора 22, .ретьего делителя 23 частоты на два и чгl",îeртога делителя 24 частоты на два соответственно, а выход четвертого делителя 24 частоты на два является четвертым выходом блока 12 настройки. Входы управления коммута гара 22 и частотомера 25 являюгся вторым L1 третьим входэгли блока 12 настройки (1 и, Iäå и — число элементов

ФАР).

Устроиства работает следующигл образам, Сигнал с блока 13 управления открывает комглута|ар 22, обеспечивая, таким образом, прохождение модулирующего сигнала е управляемого генератора 21 прямоугольных импульсов через делитель 23 частоты на два, а затем через делитель 24 частоты на днэ. При условии, что блоки 27-29 памяти находятся в исходном (нуленом) состоянии, управляюгцие сигналы непосредственно с коммутатора 22 и делителей 23 и 24 частоты через сумглатары 30 — 32 по модулю два беэ изменений проходят на управляющие входы 45, 90 и 180-градусных секций управляемого дискретного СВЧ-фазовращателя 14

1635148

ФАР 3, Учитывая апроксимированный пилообразный закон изменения состояний фазовращателя 14, сигнал СВЧ-1 генератора.

Up(t) = UpCOS Mp t, (1) пройдя направленный ответвитель 2 и управляемый дискретный СВЧ-фазовращатель 14, на входе измерительного зонда 4 будет иметь приращение частоты, равное частоте модуляции

01(С) = 01COS ((В, + — ) t+P1). (2) и1

4 где 01 — амплитуда сигнала; во — несущая частота СВЧ-генератора 1;

Q — частота генератора 21 прямоугольных импульсов 21; ф1 — фазовый сдвиг вектора сигнала первого элемента ФАР 3;

t — время.

Аналогичным образом формируются сигналы остальных элементов ФАР 3, при этом управляющие сигналы для других фазовращателей 14 ФАР 3 формируют другие блоки 12 настройки точно так же, как и первый блок 12 настройки с тем отличием, что управляемый генератор 21 в каждом случае имеет свою, независимую от остальных частоту Qi. Общий сигнал ФАР 3, принятый измерительным зондом 4, записывается как суперпозиция сигналов отдельных элементов ФАР 3

О2 ((1 = и сов ((оь + — )г - р;) . (3)

1=1

4 где 1 — номер элемента ФАР 3;

m — количество измерительных каналов, Сигнал опорного канала формируется с помощью направленного ответвителя 2 и опорного управляемого СВЧ-фазовращателя 8, управляющие сигналы для которого вырабатывают генератор 9 прямоугольных импульсов с делителями на два 10 и 11 частоты, Uop (С) = Upp COs ((В, + ) t), Я„) Q1

Й>п

4 (4)

Сигналы, определяемые по формулам (3) и (4), поступают на входы СВЧ-смесителя

5, на выходе которого с помощью УПЧ 6 можно выделить суммарный сигнал ФАР 3 на промежуточной частоте

Us(t)=QU; cos ((" )t-ð).(5)

Рассмотрим как формируется сигнал управления генератора 21, На второй вход фазового детектора 15 поступает опорный сигнал промежуточнОй частоты, формирующийся иэ сигналов с делителей 11 и 24 частоты с помощью смесителя 17 и полосового

55 фильтра 18, выполняющих роль переносчика частоты, а также фиксированной линии 19 задержки и фазовращателя 20 на 90 . ПЧсигнал опорного канала, учитывая только разностную компоненту от перемножения сигналов с выходов делителей 11 и 24 частоты, выделяемую полосовым фильтром 18, запишется в виде

О It) = О4 cos ((t +c) + — 1 . (6)

4 2.) где г — время задержки фиксированной линии 19 задержки.

При перемножении в фазовом детекторе 15 сигналов, определяемых по формулам (5) и (6), ФНЧ 16 будет выделять постоянную составляющую результирующего сигнала, обусловленную взаимодействием опорного

ПЧ-сигнала лишь с компонентой сигнала (5), имеющей ту же частоту, что и частота опорного сигнала.

Таким образом, на выходе ФНЧ 16 будет формироваться сигнал, уровень которого пропорционален

cos (c — ) . (7)

Этот уровень будет приводить к изменению частоты управляемого генератора 21 до тех пор, пока выражение (7) не станет равным нулю. А это значит, что генератор 2 станет в частотную точку, однозначно определяющую разность фаз между опорным и измерительным сигналами, поступающими на входы фазового детектора 15. Понятно, что зта разность фаз должна равняться л/2, а зто, в свою очередь, при фиксированном значении величины линии 19 задержки, однозначно определяет величину р настраиваемого канала антенной решетки. Заметим также, что значение 3 л/2, при котором выражение (7) также равно нулю. при фаэовой автоподстройке является неустоичивым.

После завершения процесса установки управляемых генераторов 21 всех измерительных каналов в точки частотного диапазона, определяющие фазовые положения векторов сигналов отдельных излучателей

ФАР 3, что можно зафиксировать по стабильности показаний блоков измерения частоты (частотомеров) 25 блок 13 управления выдает сигнал управления, закрывающий коммутатор 22, и одновременно сигнал разрешения считывания показаний частотомера 25 в цифровом виде. Дешифратор 26 по цифровым показаниям частотомера выработает сигналы (статические) управления, которые будут зафиксированы в блоках 2729 памяти, соответствующих 45, 90 и 180градусным дискретам управления фаэовращателя 14, и через сумматоры 301635148

32 по модулю два управляющие сигналы поступят на входы управления фазовращателя 14, Аналогичным образом вырабатываются настроечные коды во всех блоках 12 настройки, осуществляя, таким образом, автоматическую фазировку элементов решетки в точку, в которой находится измерительный зонд 4, При этом время настройки по сравнению с прототипом сокращается в количество раз, равное числу каналов настройки.

10

Составитель П.Савельева

Техред М.Моргентал Корректор T.Ìàëåö

Редактор А.Ревин

Заказ 755 Тираж 414 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский кОмбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Многоканальное устройство для настройки фазированной антенной решетки, включающее последовательно соединенные генератор CBV и направленный ответвитель, первый выход которого является выходом длл подсоединения входа исследуемой фазированной антенной решетки (ФАР), последовательно соединенные измерительный зонд, СВЧ-смеситель и усилитель промежуточной частоты, причем второй вход СВЧ-смесителя подключен к второму выходу направленного отвегвителя через опорный управляемый СВЧ-фазовращагель, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, первый и второй делители частоты на два, причем выходы генератора прямоугольных импульсов, первого и второго делителей частоты на два подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам опорного управляемого СВЧ-фазовращателя соответственно, блок настройки, включающий первый, второй и третий блоки памяти, выход каждого из-которых подключен к первому входу первого. второго и третьего сумматоров по модулю два соответственно, последовательно соединенные третий и четвертый делители частоты на два, вход третьего делителя частоты на два подключен к второму входу первого сумматора по модулю два, а выход третьего делителя частоты подсоединен к второму входу второго сумматора по модулю два, выход четвертого делителя частоты на два подключен к второму входу третьего сумматора по лодулю два, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

\ целью сокращения времени настройки, в блок настройки введены управляемый генератор прямоугольных импульсов, вход которого является первым входом блока настройки, а выход подключен к входу введенных коммутатора и частотомера, входы управления которых являются вторым и третьим входами блока настройки, выход коммутатора подсоединен к входу третьего делителя частоты на два, а выход частотомера — к входу дешифратора, выходы первого, второго и третьего сумматоров по модулю два являются первым, вторым и третьим выходами блока настройки соответственно, а выход четвертого делителя частоты на два является четвертым выходом блока настройки, а также введены дополнительно (m-1) блоков настройки, блок управления и

m блоков преобразования. каждый из которых включает последовательно соединенные фазовый детектор, первый вход которого является первым входом блока преобразования, и фильтр нижних частот, выход которого является выходом блока преобразования, последовательно соединенные смеситель, первый и второй входы которого являются вторым и третьим входами блока преобразования соответственно, полосовой фильтр, линия задержки и фазовращатель на 90О, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, первый вход каждого блока преобразования подсоединен к выходу усилителя промежуточной частоты, а третий вход — к выходу второго делителя частоты на два, первый, второй и третий выходы i-го блока настройки (i = 1,2....,m) подсоединены к первому, второму и третьему управляющим входам соответственно i-го фазовращателя ФАР, четвертый выход i-ro блока настройки подключен к второму входу блока преобразования. первый вход i-го блока настройки подсоединен к выходу i-ro блока преобразования, второй и третий входы каждого блока настройки подключены к первому и второму выходам блока управления соответственно.

m n, n — число элементов испытуемой

ФАР.