Устройство для измерения характеристик каналов фар

 

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - повышение точности. Устройство для измерения характеристик каналов фазированных антенных решеток (ФАР) состоит из генератора СВЧ 1, направленного ответвителя 2, генератора 3 прямоугольных импульсов, делителя 4 частоты на п, штатной аппаратуры 5 управления фазовращателями ФАР, исследуемой ФАР 6, управляемых фазовращателей 7, 8, делителей 10 частоты на два, делителя 12 частоты на С, неподвижного зонда 13, вентиля 14, СВЧ-сумматора 15, квадратичного детектора 16, усилителя 17 промежуточной частоты, фазовращателя на 90° 18, фазовых детекторов 19 и 20, фильтров 21 и 22 нижних частот. Цель достигается введением управляемого низкочастотного фазовращателя 11, с помощью которого обеспечивается подавление мешающего сигнала.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 29/10

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4755420/09 (22) 29.08.89 (46) 15.12.91. Бюл. М 46 (71) Гомельское конструкторское бюро

"Луч" (72) Л.А,Летунов и Г.Ю.Мосолов (53) 621,3 1.7:621.396.67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1318941, кл. G 01 R 29/10, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1497589, кл. G 01 R 29/10, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ ФАР (57) Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения — повышение точности. Устройство для измерения характеристик каналов фазированных ан„„SU „„1б98838 А1 тенных решеток (ФАР) состоит из генератора СВЧ 1, направленного ответвителя 2, генератора 3 прямоугольных импульсов, делителя 4 частоты на п, штатной аппаратуры 5 управления фазовращателями ФАР, исследуемой ФАР 6, управляемых фазовращателей 7, 8, делителей 10 частоты на два, делителя 12 частоты на С, неподвижного зонда 13, вентиля 14, СВЧ-сумматора 15, квадратичного детектора 16, усилителя 17 промежуточной частоты, фазовращателя на

90 18, фазовых детекторов 19 и 20, фильтров 21 и 22 нижних частот. Цель достигается введением управляемого низкочастотного фазовращателя 11, с помощью которого обеспечивается подавление мешающего сигнала. 2 ил.

1698838

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения характеристик каналов фазированных антенных решеток (ФАР) с дискретными фазовращателями, а также для измерения амплитудно-фазового распределения в раскрыве ФАР с использованием неподвижного зонда.

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже (фиг,1) приведена структурная электрическая схема устройства для из мерения характеристик каналов ФАР; нэ фиг,2 — зависимость амплитудных коэффициентов S<(p) и Sz(rp) от угла фазового сдвига.

Устройство для измерения характеристик каналов ФАР состоит из генератора

СВЧ 1, направленного ответвителя 2, генератора 3 прямоугольных импульсов, делителя 4 частоты на и, штатной аппаратуры 5 управления фазоврэщателями ФАР, исследуемой ФАР 6, первого и второго управляемых фазовращателей 7 и 8 первого и второго делителей 9 и 10 частоты на два, электрически управляемого низкочастотного (НЧ) фазовращателя 11, делителя 12 частоты на с, неподвижного зонда 13, вентиля

14, СВЧ сумматора 15, квадратичного детектора 16, усилителя 17 промежуточной частоты, фазовращателя на 90 18, первого и второго фазовых детекторов 19 и 20, первого и второго фил ьтров 21 и 22 нижних частот.

Устройство для измерения характеристик каналов ФАР работает следующим образом.

Генератор СВЧ 1, работающий на часг о . тоте f o =, запитывает исследуемую

2л антенную решетку с измеряемым фазовращателем в одном из его каналов, Этот сигнал манипулируется по фазе с частотой

Q И

2 оп, где f = — — частота сигнала re2rc нератора прямоугольных импульсов. Манипуляция сигнала осушествляется за счет переключения дискретов управляемого фазовращателя в измеряемом канале, Сигнал принимается неподвижным зондом 13 через вентиль 14, соединенный со входом

СВЧ сумматора 15, на второй вход которого поступает опорный сигнал от генератора

СВ4 1, проманипулированный по фазе посредством переключения дискретов управляемых фазовращателей 7 и 8 опорного

Q канала частотой

2 7г

УПЧ 17, настроенный на частоту

fQ И, выделяет первую гармос 2л 2ztn нику спектра сигнала измеряемого канала, а последующая часть схемы (два фазовых детектора 19 и 20, на гетеродинные входы которых поданы сигналы частотой, сдвину5 тые один относительно другого на 90 и два

ФНЧ 21 и 22) выделяет sin и cos, компоненты этого сигнала, Преобразование Фурье периодической функции сигнала двухфазовой манипуля10 ции, осуществляемой фазовращателем ФАР

6 измерительного канала на выходе неподвижного зонда 13, записывается в виде

E(t) Г(и)) = 2Б, LFg(у(д " ) 4ц-oo .

15 + " (c34o )) где f(t) — функция сигнала двухфазовой манипуляции на выходе неподвижного зонда;

Е(в ) — ее преобразование Фурье;

Рк — соответствующие коэффициенты

20 экспоненциального ряда Фурье разложения функции f(t); д (й) ) — дел ьта фун кция;

* — знак комплексного сопряжения. при этом сигнал двухфазной манипуляции

25 на выходе зонда 13 представляется в виде

f(t)=A(t)cos(в Л+ О(t)), (2) где амплитуда сигнала задается выражением

30 а1 при 0 с t < Т/2

A(t) = аг при Т/2 t < Т

2л где Т = — - n — период фазоманипулиро35 ванного сигнала.

Начальная фаза, определяемая фазовым сдвигом, который вносит фазовращатель измерительного канала при манипуляции

p) приО tсТ/2

40 0(t) = р 2 при Т/2 с с с Т

Постоянные величины а1,аг, р1, р2 полностью определяют коэффициенты передачи измерительного канала ФАР 6 и

45 являются его характеристиками, Известно, что по измерениям первой верхней боковой гармоники спектра сигнала двухфазовой манипуляции pin — диодного дискретного фазовращателя измерительного канала

ФАР 6 полностью определяются характеристики этого канала: модуль и фаза коэффициента передачи канала и фазовые сдвиги для различных фазовых состояний фазовращателя измерительного канала. Поэтому возникает необходимость выделения и измерения первой верхней боковой гармоники спектра сигнала измерительного канала.

Характерной особенностью спектра двухфаэовой манипуляции является, то, что

1698838 модуль jF1)=)F-1J. Как было отмечено выше, сигнал, выделяемый УПЧ на частоте f,ð=

Q Q, формируется из суммы двух

2л 2Кп сигналов: полезного вектора, полученного за счет перемножителя первой верхней боковой гармоники спектра сигнала измерительного канала F1 на частоте

+ 2 и составляющей опорного сиг () о

2л 2кп

Й) о нала на частоте 2 + 2, и мешающе о

2л вектора, полученного за счет перемножения первой нижней боковой гармоники спектра сигнала измерительного канала F-1 на часО)о ое тоте 2 2 и составляющей опорно2л 2лп го сигнала на частоте. Поэтому ввиду равенства модулей ) F1 = (F-1) необходимо подавить составляющую опорного сигнала () о на частоте 2 2 и тем самым во

2к 2л столько же раз будет подавлен и сам мешающий вектор, что на ту же величину в конечном счете повысит методическую точность измерения устройства.

Вычислим спектр сигнала опорного канала устройства, когда последовательно соединенные управляемые фазовращатели 7

v. 8 промодулированы по фазе по пилообQ разному закону с частотой 4

Пусть г1(с) — отклик первого фазовращателя 7 на воздействие сигнала сов(а (t), r2(t) — отклик второго фазовращателя 8 на воздействие сигнала сов(а()т), и пусть R1(N) и R2(в) соответствующие преобразования

Фурье г1(т) +. R1((2) ), rz(t) 482((() ). (3)

Для периодических функций г1(т) и г2(1) их преобразования Фурье R1(в) и R2((2) ) записываются в виде ряда

)(«())о2« : Р„ Р(()-(),— "—,)оp „"у, . )). ай )е2((Ро 1(, u,, .й () -((,),„. Я1) о3- -о 2 П1 о (4)

Для результирующего спектра сигнала совместной работы обоих фазовращателей получим

R(4))= 2и Е (В„Н, „е " РМ(()-(),-- -- +

К=-oc щ- оо

+(p„Р е -) Ю(() (д,+ — ° — )), (5) где р т = m (((), ((() — фазовый сдвиг, вносиQ мый фазовращателем 11 на частоте 4

Следует отметить, что по схеме (фиг.1) фазовращатель 11 стоит до второго делителя

10 частоты на два, поэтому фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 11 на частоИ

2к те 2, должен иметь удвоенное значение.

Группируя члены с одинаковыми частотами, запишем

КЮе2КЕ (- (R г" л- - лЕ(.) ., о ()

10 .(„Р,-Д,- - -е(Д,.„. )11 где I=k — m определяют номер гармоники в .спектре.

В формировании полезного вектора

15 участвует вторая (1=2) гармоника сигнала, которая определяется выражением (7)

Ко20 В формировании мешающего вектора участвует вторая нижняя боковая (I=-2) гармоника спектра сигнала, определяемая

55 2 RR I +>Е . (8)

Отношение амплитуд этих гармоник и определяет методическую погрешность измерения.

Известно, что только четыре гармоники

30 спектра фазоманипулированного по пилообразному закону сигнала (Оо-90 -180 270О) являются полностью независимыми, Это остаток несущей Ro (Ro ), верхняя боковая R1 (R1 ), нижняя боковая R-1 (R 1 ) и

35 вторая (либо верхняя, либо нижняя) боковая

Rf (В2 ) либо R-2 (R- 2 ). При этом остальные гармоники спектра однозначно выражаются через три последних

1 ((-1 (R (1+ (о(11) Я1; К (3+ 4Г)) — 3+ М -1

40 ., 1+Фи +

Й (2+((Г() = <2 ; (Г) = О,+ 1+ Z, ) (9)

Известно также, что составляющие спектра, кратчые четырем, равны нулю

45 Rpл =0 (и= 4-1 +2 ) (10)

С учетом этого преобразуем соотношение (7) л

5 р.— = — -)- е " - = . — е = (1 1) к-о (3 4к) 1 4к к.о 1л4л 3+4л 1 к -б2Е < r i к -ad(Г соЕ (4кчл)М 111 ю n «iv Г-сок(24к)1

Р Р е 22 ( к ° о((3 4л)((4к)

= Ро R е " +Р, R,(<)R, R, e " 2(2)Р, R, е ".

Соотношение (8) также преобразуется к виду л )(2 ° «)У, л

"к= -- Рк"-(2 к>Е = Р, R е +Р R o к:о -Я о

1698838 где амплитудные коэффициенты S1(rp ) и Я2 (р), как функции фазового сдвига, выража- 5 ются формулами

$1(!Р) = 1-2 к= о (3 > 4 !! ) (5+ 4 к) ,Б,() = -2 3 И ) к= о (1+ 4 к) (3+ 4к) 10

Графики зависимости S1(p) и S2(p ) приве,дены на фиг.2, Для реальных фазовращателей амплитудЫ ВЕЛИЧИН Ro (Йо ), R-1(R-1 ), R2 (R2 ), R-2 (R-2) имеют первый порядок малости по 15 сравнению с амплитудой R1 (R1" ). Поэтому амплитуды произведения Ro R2, R-2 Ro!, R-1

R-1, Ro R2, R2 Ro ИМЕЮТ ВтОРОй ПОРЯДОК !! 1! u малости по сравнению с амплитудой R1 R1 . ! !!

Устанавливая фазовый сдвиг, вносимый фа- 20 о зовращателем 9 на частоте 4, р =45

4л (90 .на частоте 2 по схеме), амплитудо

Я

2л ный коэффициент S1(у ), приобретает мак- 25 ,симальное значение, а S2(p) становится равным нулю, Тем самым амплитуда гармоники R-2 (12) будет иметь второй порядок малости по сравнению с амплитудой гармоHlnKL1 R2 (11) 30

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства повышается точ- ° ность измерений за счет подавления мешающего сигнала, Формула изобретения 35

Устройство для измерения характеристик каналов ФАР, включающее последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный ответвитель, выход которого является выходом для подключения входа 40 исследуемой ФАР, последовательно соединенные неподвижный зонд, вентиль, СВЧсумматор, квадратичный детектор, усилитель промежуточной частоты, первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, выход которого является первым выходом устройства, последовательно соединенные второй фазовый детектор, вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, и второй фильтр нижних частот, выход которого является вторым выходом устройства, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов и делитель частоты на и, выход которого подключен к входу управления исследуемой ФАР, второй вход первого фазового детектора подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов через делитель частоты на с, а второй вход второго фазового детектора подсоединен к выходу делителя частоты на с через фазовращатель на 90о, второй вход СВЧ-сумматора подключен к второму выходу направленного ответвителя через два последовательно соединенных фазовращателя, вход первого разряда управления первого управляемого фазовращателя подключен к выходу второго разряда управления первого управляемого фазовращателя через первый делитель частоты на два, вход первого разряда управления второго управляемого фазовращателя подсоединен к выходу второго делителя частоты на два, вход которого..подключен к входу управления второго разряда управляемого фазовращателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введен управляемый низкочастотный фазовращатель, вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выход — к входу второго делителя частоты на два, вход второго разряда управления первого управляемого фаэовращателя подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов.

1698838

Составитель П.Савельев

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Шитев

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

Заказ 4394 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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