Способ фазирования и устранения неоднозначности фазирования свч-трактов

 

Использование: изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к фазированию и устранению неоднозначности фазирования СВЧ-трактов распределителей СВЧ- мощности Сущность изобретения заключается в подаче перестраиваемого по частоте сигнала на входы фазируемых СВЧ- трактов, регистрации выходных сигналов СВЧ-трактов и регулировке их длины, при этом выходные сигналы фазируемых СВЧ- трактов суммируют и регистрируют разность частот, соответствующих соседним экстремумам огибающего суммарного сигнала , максимальное значение которой соответствует фазировке СВЧ-трактов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 29/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4824585/09 (22) 10.05.90 (46) 07.11.92. Бюл. ¹ 41 (71) Научно-исследовательский институт радиофизики им. акад. А.А.Расплетина (72) А.В.Азюкин, П.Н.Корженков и А.В.Шишлов (56) Фазометр РФК2-002 ЕЭ1.405.013 ТО.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1647460, кл. С 01 Р 27./28, 1988. (54) СПОСОБ ФАЗИРОВАНИЯ И УСТРАНЕНИЯ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ФАЗИРОВАНИЯ СВЧ-ТРАКТОВ

Изобретение относится к области СВЧтехники, в частности к фазированию и устранению неоднозначности фазирования

СВЧ-трактов распределителей СВЧ- мощности.

Известно, что распределители СВЧмощности, используемые в ФАР, должны удовлетворять техническим требованиям на равенство электрических длин каналов (электрической длиной канала называется произведение геометрической длины на коэффициент распространения СВЧ- сигнала в канале В = 2 к/А, где 7г= 3,14... — константа, il- длина волны в канале), т.е. быть сфазированными.

Фазирование СВЧ- трактов можно производить путем измерения геометрических длин, однако этот способ не дает желаемой точности, поскольку не учитывает наличия неоднородностеи в каналах и не учитывает особенностей элементов, распо.-оженных в каналах. Кроме этого прямое измерение re„„5U„„ 1774289 А1 (57) Использование: изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к фазированию и устранению неоднозначности фазирования СВЧ-трактов распределителей СВЧмощности. Сущность изобретения заключается в подаче перестраиваемого по частоте сигнала на входы фазируемых СВЧтрактов, регистрации выходных сигналов

СВЧ-трактов и регулировке их длины. при этом выходные сигналы фазируемых СВЧтрактов суммируют и регистрируют разность частот, соответствующих соседним экстремумам огибающего суммарного сигнала, максимальное значение которой соответствует фазировке СВЧ-трактов. ометрической длины канала не всегда возможно в силу ограниченного доступа к нему в радиосистеме.

Известен также способ фазирования

СВЧ-трактов, основанный на подаче частотно-перестраиваемого сигнала на испытуемый и опорные каналы, измерении . частотных характеристик каждого из испытуемых каналов по сравнению с опорным, определении электрической Л Ф и геометрической Л L разнодлинностей СВЧ- трактов.

При этом способе измеряют фазочастотные характеристики (ФЧХ) каналов, определяют разницу электрических длин Л Ф=

= ©1 — ©2, где Ф1 — значение электрической длины на прямой, наиболее близкой к ФЧХ в среднеквадратическом смысле, на нижней частоте диапазона fH, Фр — аналогично на верхней частоте диапазона f,,,геометрическую разнодлинность вычисляют по формуле:

1774289

Я. . h, CD

fo -- рабочая частота; 5 у — коэффициеí T изменения длины Bîëны в канале (например, в прямоугольном волноводе с ши окой стенкой Q и волной

Н10-g = 1 — (U2a )), в сверхразмерном волноводе круглого сечения с волной Hp>— у = 1), (см., например, Г.Г.Бубнов и др. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР, М„Радио и связь, 1988, с. 100).

Данный способ реализуется, например, с помощью фазометра, имеющего в своем составе генератор качающейся частоты, делитель 1:2, измеритель разности фаз (cM., например, -ехническое описание фазометра РФК-002 ЕЭ1.405.013 ТО).

Выравнивание электрических длин ка- 20 налов, т.е. их фазирование. в диапазоне частот при таком способе сводится к настройке (подбору) регулируемых линий задержки в каналах так, чтобы обеспечить минимальный наклон вышеупомянутой пря- 25 мой, наиболее близкой в среднеквадратическом смысле к измеряемой ФЧХ. Для фазирования на рабочей частоте обеспечивают совпадение значений ФЧХ разных каналов на этой частоте, В качестве регулируемых линий задержки могут использоваться настроечные фазовращатели (например, поршневые или тромбонные), сменные вставки (звенья линии передачи различной длины) и т.п.

К недостаткам этого способа следует отнести ограниченную точность измерения разности фаз Л Ф, а также сложность, а в ряде случаев и невозможность организации опорного канала, соизмеряемого по поте- 40 рям с измеренным каналом, что требуется в техническом описании на фаэометр.

Точность данного способа зависит от точности определения частоты и точности определения фазы, Определение фазы яв- 45 ляется сложной технической задачей, связанной с разработкой и созданиемиэмерителей разности фаз, решенной в настоящее время по частоте до средней части миллиметрового диапазона с точностью порядка 3 — 5 .

Наиболее близким техническим решением является способ фазирования, реализованный в устройстве для фазирования

СВЧ- трактов, содержащее последователь- 55 но соединенные генератор качающейся частоты и делитель, последовательно соединенные амплитудный детектор и селективный усилитель. а также генератор частоты модуляции, подключенный к управляющим входам модулирующих отражателей. соединенных с выходом каждого из фаэируемых СВЧ-трактов, и осциллографический индикатор, вход развертки которого подсоединен к управляющему выходу генератора качающейся частоты, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности, вход каждого СВЧ-тракта подключен к соответствующему выходу делителя через введенные последовательно соединенные зону и отрезок линии передачи, введены n—

1 амплитудных детекторов и селективных делителей, и синхронных детекторов, опорный вход каждого из которых соединен с выходом генератора частоты модуляции, сигнальный вход — с выходом соответствующего селективного усилителя, а выход— через каждый из и введенных формирователей коротких импульсов — с соответствующим входом введенного сумматора, выход которого подключен к сигнальному входу осциллографического индикатора, причем выход каждого зонда через амплитудный детектор подсоединен к входу соответствующего селективного усилителя, Достигнутая точность фазирования составляет ч- 3, что совпадает с точностью фаэирования с помощью фазометра, о чем сказано выше.

Целью настоящего изобретения является повышение точности фэзирования.

Указанная цель достигается тем, что в способе фазирования и устранения неоднозначности фазирования СВЧ- трактов, заключающемся в подаче перестраиваемого по частоте сигнала на входы фазируемых

СВЧ- трактов, регистрации выходных сигналов СВЧ- трактов и регулировке их длины, выходные сигналы фазируемых СВЧ-трактов суммируют и регистрируют разность частот, соответствующих соседним экстремумам огибающей суммарного сигнала, максимальное значение которой соответствует фазировке СВЧ- трактов.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от указанного прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивает заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представляемого на фиг.1.

Сигнал от генератора 1 (с возможностью перестройки по частоте) подается че1774289 (2) 45.)т f

V (8) налах. (3) Откуда получаем рез направленный ответвитель 2 на вход делителя СВЧ- мощности 3, имеющего один вход и N выходов с регулируемыми линиями задержки 4. Сигнал со второго выхода направленн" го ответвителя подается на частотомер 5 для контроля частоты. Сигналы с двух выходов делителя 3, например б и 7, поступают на два входа сумматора 8 (в качестве последнего может использоваться любой сумма ор 2:1 с одинаковыми Коэффициентами передачи по обоим каналам, например, в волноводной. технике двойной

T-мост, щелевой сумматор и т,д,) на входе

) которого подключен регистрирующий прибор 9 — измеритель амплитуды СВЧ- колебаний, Возможна и модификация предложенной схемы измерений (см, фиг.2), заключающаяся в использовании в качестве генератора 1 — генератора качающейся частоты. Между выходом сумматора 8 и входом регистрирующего прибора 9 вводится амплитудный детектор 10, Выход направленного ответвителя 2 через детектор 10 также соединяется с регистрирующим прибором

9, в качестве которого используется измеритель НЧ амплитуды с разверткой по частоте.

Пусть геометрическая длина первого канала 6L, а второго 7L+ A L. Тогда на частоте

f сигналы на выходе сумматора 8 образуют суперпозицию:

i+l» »(Ь Ц iч(Д

Ы1 2Ы ю71

ОЯАе Ае =Ae х

»» — — — — r — "»»»»L1 21

Дл рл () е +е =Ме coo(—

Т,е, огибающая G(f) сигнала U(f) равна л= 3,14... — константа;

V = — — фазовая скорость волны в каС у

Соседние максимумы (минимумы) огибающей сигналы возникают при изменении аргумента на гг, т.е. ./

2KAf AL

V 2

Ч, 2xf Ч

h,L= ЛФ=BhL=

= 2 )с (4) т.е. геометрическая разнодлинность испытуемых канг loB б и 7 однозначно определяется по разности частот соседних максимумов (минимумов) огибающей сум5 марного сигнала. В этом случае, если амплитуды в каналах не равны (но одного порядка по величине) и зависят от частоты, характер огибающей сигнала несколько усложняется, В этом случае формула (1) запи10 шется в виде;р,„;к, »((х»В »»»5(— «.ф)» (а)х »» ьЬ

2»

15 » — " »»».» "1. pj

»»»»»»» c»»»»(— E — )» ,,+>-х lc- хь Г () Г.,»,, У

P = arctg A tg (2 ));

 — А 27cf Л1

20 Из (5) следует, что огибающая суммарного

СВЧ- сигнала имеет вид

G(f)=(A+ В) cos ()х

2mf Л! 1 + () (б)

B+A

V 2 т.е. функция имеет тот же период, что и G(f) в (2), а при В - А (6) переходит в (2).

Для выравнивания электрических длин

30 в каналах имеются регулируемые линии задержки 4 с переменной длиной (см, фиг.1,2).

Суммарный сигнал на выходе сумматора 8 в этом случае запишется в виде

35 щ).„ " (ч (" 1 ч" И3

4йл е

+ х

»cost —",."

2» bL »k (7)

Из (7) видно, что огибающая сигнала зависит от длины регулируемой линии задержки; при изменении происходит сдвиг функции G(f) вдоль оси f и изменение ее

50 периода, При уменьшении разнодлинности каналов l — Л L период огибающей неогра ниченно увеличивается и при I = — ЛL огибающая становится постоянной G(t) = const.

При выравнивании электрических длин ка55 налов следует добиваться наибольшего периода огибающей (или максимального значения Л f — разности частот двух соседних максимумов), а в том случае, если в поле пропускания каналов наблюдается один

1774289

Л 3

h,L hf

55 максимум огибающей, следует добиваться наиболее "плоской" вершины максимума.

Предлагаемый метод позволяет сфазировать каналы делителя на выбранной частоте и без выравнивания их электрических длин, Фазирование трактов между собой следует производить вначале, настраивая все каналы по отношению к опорному на минимум (т,е, в противофазе), а затем опорный канал подстраивают к любому из настроенных по максимуму (т.е, в фазе), Данная последовательность позволяет добиваться максимальной точности фазирования, т.е. огибающая суммарного сигнала имеет вид

cos(x) и точность прямого фазирования по максимумам меньше, чем по минимумам, где крутизна кривой cos(x) максимальна, Например, при рабочем диапазоне фазирования О,ЗГо (fp — центральная частота диапазона)„подстроечный фазовращатель в настраиваемом канале регулируется таким образом, что минимум огибающей совпадает с fp, а значения огибающей во всем рабочем диапазоне не превосходит минус 60 дБ от максимального значения. В этом случае . разнос частот между соседними минимумами составляет Л f = 3,14 0,3fp/0,001 = 0,001=

= 1000fp и разность фаз между соседними каналами не превосходит Л Ф = 360 о гО

h,f

= 0,36о. Указанная точность фазирования существенно выше, чем в прототипе, Как следует из формулы (4),относительная точность определения геометрической и электрической разнодлинности д (L } / Л равна относительной точности определения разности частот д (Л т)/ Л f и, следовательно, при использовании генератора с высокой стабильностью частоты и высокоточного цифрового частотомера точность предлагаемого способа выше, чем прототип, поскольку не требуется прямое измерение фазочастотной характеристики, что вносит свою погрешность. Например, при точности измерения частоты с помощью частотомера и f (где а = 10 }, погрешность измерения h fсоставит: :д(Л f) = а Л f и, следовательно, что превосходит точность измерения h L в прототипе, .

Кроме этого следует отметить, что для измерения по способу, указанному в прототипе, в случае протяженных трактов (опорного и измеряемого) необходимо дорабатывать серийный прибор в части уменьшения межблочных соединений, поскольку генераторный выход прибора должен соедин4ться с входами каналов, а приемный вход — с выходами, что также не всегда возможно.

В качестве примера укажем результаты измерения разнодлинности схемы деления

1:2 с длиной каналов 30 м (несколько тысяч длин волн), выполненных на сверхразмерных волноводах с волной Hp> (y =1), вход и выходы которой расположены в труднодоступных местах, Использование серийного фазометра без доработки невозможно, опорный тракт. для делителя не предусмотрен.

Измерения проводились по схеме, представленной на фиг.2 (протокол N. 101 от

22,04.89, утвержденный главным инженером объекта монтажа), В качестве генератора 1 использовался генератор качающейся частоты прибора Р2-65, направленный ответвитель 2 с встроенным детектором— принадлежность прибора Р2-65; регистрирующий прибор 9 — индикаторный блок прибора Р2-65 (измеритель КСВН и ослаблений панорамный), Частота контролировалась встроен н ым частотомером (вол номером) прибора Р2-65, На экране электронно-лучевой трубки прибора 9 наблюдалась картина огибающей сигнала, зафиксированная двухкоординатным самописцем (фиг.З}.

Разность частот соседних максимумов составила 520 10 МГц и найденная Л L =

= 577 +. 11 мм (указанная точность допустима по заданию, что и позволило использовать составные части прибора Р2-65).

Технико-экономическая эффективность использования заявляемого технического решения заключается в использовании более простых, надежных при эксплуатации, особенно в полигонных условиях„и дешевых чем в прототипе приборов.

Общественно-полезным преимуществом предложенного способа является сокращение сроков измерений, так как отпадает необходимость организации фазостабильного опорного канала, сравнимого по электрической длине и потеряем с измеренными каналами схемы деления ФАР, реализация которого весьма сложна как с конструктивной, так и с радиотехнической точек зрения.

1774289

Составитель А,Азюкин

Техред М,Моргентал Корректор М.ПетРова

Редактор

Заказ 3925 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Способ фазирования и устранения неоднозначности фазирования СВЧ-трактов, заключающийся в подаче перестраиваемого по частоте сигнала на входы фазируемых

СВЧ-трактов, регистрации выходных каналов СВЧ-трактов и регулировке их длины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выходные сигналы фазируемых СВЧ-трактов суммируют и регист.рируют разность частот, соответствующих

5 соседним экстремумам огибающей суммарного сигнала, максимальное значение которой соответствует фазировке СВЧ-трактов,