Устройство для определения амплитудно-фазового распределения поля антенны

 

Использование: антенная техника, антенные .измерения. Сущность изобретения: устройство содержит СВЧ-генератор 1, выход которого является выходом для подключения исследуемой антенны 2, приемный зонд 3, состоящий из двух идентичных антенн 4 и 5 с управляемым положением плоскости поляризации и встроенными фазовращателем (0,180) град, и коммутатором , шесть делителей мощности 6-11, три фазосдвигателя на 90, 180, 270 град, соответственно 12-14, четыре сумматора 15-18,. четыре амплитудных детектора 19-22, блоки вычитания 23 и 24, два блока возведения в квадрат 25 и 26, блок деления 27, блок вычисления функции арктангенс 28, два блока сложения 29 и 30, блок извлечения квадратного корня 31, усилитель 32, запоминающее устройство 33, компаратор 34, блок управления 35, механизм перемещения 36. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК п9) (! I) 1786453 А1 (я)з G 01 R 29/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873138/09 (22) 09,10,90 (46) 07.01.93. Бюл. ¹ 1 (71) Московский энергетический институт (72) Д,М.Сазонов и С.Ю Борисов (56) 1. Захарьев Л.Н. и др. Методы измерения характеристик антенн СВЧ, M.; Радио и связь, 1985, с. 136.

2, Авторское сеиде ельство СССР

N 1223170, кл, G 01 R 29/10, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ АНТЕННЫ (57) Использование: антенная техника, антенные измерения. Сущность изобретения: устройство содержит СВЧ-генератор 1, выход которого является выходом для подключения исследуемой антенны 2, приемный зонд 3, состоящий из двух идентичных антенн 4 и 5 с управляемым положением плоскости поляризации и встроенными фазовращателем (0,180) град. и коммутатором, шесть делителей мощности 6 — 11, три фазосдвигателя на 90, 180, 270 град. соответственно 12 — 14, четыре сумматора 15 — 18,„ четыре амплитудных детектора 19-22, блоки вычитания 23 и 24, два блока возведения в квадрат 25 и 26, блок деления 27, блок вычисления функции арктангенс 28, два блока сложения 29 и 30, блок извлечения квадратного корня 31, усилитель 32, запоминающее устройство 33, компаратор 34, блок управления 35, механизм перемещения 36. 2 ил.

1786453

Изобретение относится к антенной тех- го детектора, выход которого является нике и может быть использовано при антен- третьим выходом приемного зонда, посленых измерениях. довательно соединенных фазовращателя на !

Известно устройство для определения 270О, вход которого подключен к второму амплитудно-фазового распределения поля 5 выходу третьего делителя мощности, четантенны (1), содержащее испытуемую ан- вертого сумматора и четвертого амплитудтенну, измерительную антенну-зонд, меха- ного детектора, выход которого является нический сканер и подвижный СВЧ-тракт. четвертым выходом приемного зонда, четОднако этб устройство обладает недо- вертого делителя мощности, вход которого статичной точйостью определенйя. 10 подсоединен к выходу второй антенны, а

Наиболее близко к предлагаемому уст- первый и второй выходы подсоединень! к ройство (2), содержащее СВЧ-генератор, входу пятого и шестого делителей мощности направленныйответвитель,апертурнуюан- соответственно, первый и второй выходы тенну, приемный зонд, волноводную сек- пятого делителя мощности подключень| к цию, переключатель, фазометрическую 15 второму входу первого и второго сумматосхему, блок вычисленйй, блок управления, ров соответственно, первый и второй выхоподвижный тракт, вращающееся сочлене- ды шестого - делителя мощности ние, мехайизм перемещения. - —. подсоединейы к второму входу третьего и

Однако такое устройство обладает йе- четвертого сумматоров соответственно, достаточной точнбстью определения, свя- 20 первая и вторая антенны выполнены с упзанной с наличием ошибок, возникающих равляемой поляризацией, входы управлеприперемещенйи подвижноготракта,"атак- ния которых являются первым и вторь м жепрйизменениивпроцессескайирования входами йриемйого зонда, введены послеразности длин сигнального и опорного трак-: довательно соединенные первый блок вычитов и связанной с этим ошибкой из- за час- 25 тайия, первый вход которого подключен к тотной нестабильности генератора. Кроме первому выходу приемного зонда, а второй того, оно не позволяет за один цикл измере- вход ic его третьему выходу, первый блок ний определить амплитудно-фазовое рас- возведения в квадрат, первый блок сложепределение по двум взаимно . ния, блок .извлечения корня квадратноГо, ортогональным п6ляризациям.:, . . 30 блок умножения на четыре и блок памяти, Цель. изобретения — пойышение точйо-, " последовательно соединенные второй блок сти и оперативности," .",, ". :: . " .: вычитания, первый вход которого подкллюСущность изобретенйя заключается в чен к четвертому выходу приемного зонда, том, что в известном устройстве для опреде- а .второй вход — к его второму выходу;" и ления амплитудно-фазовогораспределения 35 второй блок возведения в квадрат, выход поля антенны, содержащем СВЧ-генератор, которого подсоединен к второму входу первыход которого является выходом для йод- ваго блока сложения, последовательно соеклюнения входа исследуемой антенны, при- диненные блок деления, первый и второй .емный зонд, блок управления и механизм входы которого подключены к выходам ïeðперемещения, вход которого подключен к 40 вого и второго блоков вычитания соответст-первому выходу блока управления, прием- венно, блок вычисления арктангенса и ный зонд размещен на блоке перемещения второй блок сложения, выход которого поддополнительно приемный зонд выполнен ключен к второму входу блока памяти, треиз двух идентичных антенн, последователь-: тий вход которого подсоединен к второму .. но соединенных йервого делителя мощно- 45 входу блока управленйя, компаратор, персти, вход которого подключен к выходу выйи второй входы которого подключень к первой антенны второго делителя мощно- первому и третьему выходам приемного сти,первогосумматораипервогоамплитуд- зонда; а выход — к второму входу второго ного детектора, выход которого является . блока сложения, первйй и второй входы :.первым выходом зонда, последовательно 50 приемного зонда подсоединены к третьему соединенных фазовращателя на 90, вход и четвертому выходам блока управления.! которого подключен к второму выходу вто- Ha фиг,1 и 2 приведена схема предлаГарого делителя мощности, второго суммато- емого устройства для определения ампли- . ра и второгоамплитудногодетектора, выход тудно-фазового распределения поля которого является вторым выходом прием- 55 антенны. ного зонда, последовательно соединенных . Устройство содержит СВЧ-генератор 1, третьего делителя мощности, вход которого апертурную антенну 2, приемный зонд 3, подключен к второму выходу первого дели-" состоящий из двух антенн 4, 5 с управляетеля мощности, фазовра цателя на 180, мым йоложением плоскости поляризации и третьего сумматора и третьего амплитудно- встроенными фазовращателем (О, 180) град.

1786453 и коммутатором; шести делителей мощности 6 — 11, трех фазовращателей на 90, 180, 270 град, соответственно 12-14, четырех сумматоров 15-18, четырех амплитудных детекторов 19 — 22, два блока вычитания 23 и

24, два блока возведения в квадрат 25 и 26, блок деления 27, блок вычисления функции арктангенс 28, два сумматора 29 и 30, блок извлечения квадратного корня 31, усилитель 32, запоминающее устройство 33, компаратор 34, блок управления 35, механизм перемещения 36.

СВЧ-генератор " выходом подключен к входу апертурной антенны 2, приемный зонд выходом подключен к двум параллельным каналам обработки, состоящим из последовательно соединенных блока вычитания 23 и блока возведения в квадрат

24, параллельно подсоединенной к ним цепи из блока деления 27, блока вычисления функции арктангенс 28, первого сумматора, причем выходы каналов соединены с входами второго сумматора, к выходу которого подключен блок извлечения квадратного корня, последовательно соединенный с усилителем, выход которого подключен к первому входу запоминающего устройства, блок деления входами подключен к выходам блоков вычитания, а выходом к входу блока вычисления функции арктангенс, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом компаратора, выход сумматора соединен с вторым входом запоминающего устройства, приемный зонд выполнен состоящим из двух антенн с управляемым положением плоскости поляризации и встроенными фазовращателем и коммутатором, шести делителей мощности, трех фазосдвигателей на 90, 180, 270 град, соответственно, четырех сумматоров и четырех амплитудных детекторов, причем первая и вторая антенны выходом подсоединены ко входу первого и второго делителей мощности соответственно, имеющих по два выхода, каждый из которых соединен соответственно с входами третьего, четвертого, пятого, шестого делителей мощности, причем выходы третьего и четвертого делителей мощности подключены к первым входам первого, второго, третьего, четвертого сумматоров соответственно, первый выход пятого делителя мощности подключен к второму входу первого сумматора, второй выход пятого делителя мощности через фазовращатель на 90 град, подключен ко второму входу второго сумматора, первый выход шестого делителя мощности через фазосдвигатель на 180 град, подключен к второму входу третьего сумматора, второй

1-го выхода приемного зонда). Сигналы с

50 выходов блоков вычитания 23 и 24 подаются на входы соответствующих блоков возведе55

40 выход шестого делителя через фазосдвигатель на 270 град, подключен к второму входу четвертого сумматора, выходы сумматоров подключены к входам амплитудных детекторов соответственно, выходы которых являются выходами приемного зонда, причем первый и третий выходы приемного зонда подключены к первому и второму входам компаратора, СВЧ-генератор выходом подключен к входу апертурной антенны, механизм перемещения включен между блоком управления и приемным зондом, а блок управления выходами подсоединен также к управляющим входам двух антенн приемного зонда и запоминающего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Сформированные СВЧ-генератором

СВЧ-колебания подаются на исследуемую апертурную антенну 2 и излучаются в пространство, Часть излученной мощности улавливается приемным зондом 3, в состав которого входят две антенны с управляемым положением плоскости поляризации и встроенными фазовращателем (О, 180) град. и коммутатором 4 и 5, шесть делителей мощности 6-11, три фазовращателя на 90, 180, 270 град. соответственно 12 — 14, четыре сумматора 15 — 18, четыре амплитудных детектора 19 — 22, выходы которых являются выходами приемного зонда. Перед началом измерений приемный зонд при помощи механизма перемещения 36 устанавливается в исходную точку, а при помощи блока управления 35 обе антенны приемного зонда устанавливаются в положение, соответствующее одноименным поляризациям (в случае использования антенн с управляемым положением плоскости поляризации (3) (см. фиг,2) это соответствует включению в обеих антеннах одноименных P-1-N диодов), Сигналы с первого и третьего, четвертого и второго выходов измерительного зонда (см. фиг.1), подают на входы первого и второго блоков вычитания

23 и 24 соответственно, т,о. на выходе блоков вычитания получают сигналы равные б1 оз и о4 б2 соответственно (d сигнал с ния в квадрат 25 и 26, э с выходов блоков возведения в квадрат сигналы подаются на входы сумматора 29. С выхода сумматора сигнал поступает через блок извлечения квадратного корня 31 на вход усилителя 32 с коэффициентом усиления, равным 4, С выхода усилителя 32 сигнал, равный произведению амплитуд комплексного вектора поля

1786453

8 в точках расположения двух антенн приемного зонда 3 поступает в запоминающее устройство 33, где запоминается. Сигналы с первого и третьего выходов приемного зонда 3 поступают также на два входа компаратора 34, откуда в случае d< дз на первый вход сумматора 30 подается сигнал, равный нулю, а в случае ds > d< сигнал, равный л рад, Сигналы с выходов двух блоков вычитания 23 и 24 подаются также на два входа блока деления 27. С выхода блока деления 27 сигнал, равный (dn — dz)/(Ф вЂ” бз), подается на вход блока вычисления функции арктангенс 28, с вйхода которого сигнал, подается на второй вход сумматора 30, С выхода сумматора 30 сигнал, равный разности фаз комплексного вектора поля в точках расположения двух антенн приемного зонда 3, поступает в запоминающее устройство

33, Затем при помощи механизма перемещения 36, управляемого блоком управления

35, приемный зонд 3 перемещается относительно исследуемой апертурной антенны 2 вдоль линии, соединяющей точки расположенил двух антенн 4 на величину шага измерения таким образом, что одна из антенн оказывается в следующей измерительной точке, а вторая антенна оказывается в точке расположения первой антенны на riðeäûäóщем шаге, В атом положении повторяют описанный выше процесс измерений и т,д.

Т.к, в первой точке (исходной) амплитуду и фазу поля можно выбрать произвольно, то, выполняя описанную йроцедуру для всей поверхности измерений, удается определйть амплитудно-фазовое распределение

Поля исследуемой апертурной антенны на всей поверхности измерений. Если же в каждой точке измерений при помощи блока управления 35 изменить рабочую поляризацию антенн приемного зонда 3 на ортого-. нальную, зто удается определигь за Одйн цикл измерений АФР по Двум взаимно ортогональным поляризациям, что сокращает время измерений, Описанную процедуру можно применять для любых конфигураций . поверхностей измерений. При изменении конфигуоации поверхности измерений изменяться будут лишь механизм перемеще ния и"траектория движения зонда. . Входящие в состав устройства функциональные блоки СВЧ могут быть выполнены с использованием любой известной техники (полбскбвая, волноводная, коаксиальная и т.д,), а низкочастотные блоки, например, на

Микросхемах серии К155.

Алгорйтм определения амплитуды и фазы поля по полученным в каждом пространственном положении-зонда четырем сигналам di (i = 1, 2, 3, 4) можно пояснить следующим образом. Запишем сигналы, полученные при четырех различных индексах i, в виде:

cos (Ф1 — Ф )

di=(x<+xz) )=Х1 ++ +"2 f (i 1-4)

sin (6» — Ф2)

4р„4р, где xi = Х1 8 ", xz = Xz 8 — комплексные векторы полл в местах расположения двух антенн 4 измерительного зонда 3 соответственно (энак "—" берется при i = 2, 3, а нижняя строчка выражения в фигурных

15 скобках при l = 2, 4).

Принимая один из сигналов, например х = 1, за опорный, из (1) получим для xi:

1 4„2) 1 3)

cp = r ctp — + %i У=, бц, - д 2 ) Г О, пР и с/; ) 6э

6g -cfog / 19:>и О, (Д что и требовалось определить, Искомое АФР определяется путем вы числения по приведенному выше алгоритму

25 после перемещения зонда по всей поверх ности измерений как совокупность выЧис ленных значений амплитуд и фаз в каждой измерительной точке, Повышение точности достигается эа счет двух факторов. Во-первых, при измерениях исключается ошибка, связанная с де. формацией при сканировании высокочастотного кабеля, т,к. амплитудные детекторы включают в состав приемного

35 зонда и перемещают вместе с ним, Следовательно деформируется уже н изкочастотный кабель, что не приводи1 к возникновению фазовой ошибки, а опорного тракта как такбвого здесь нет, Во-вторых, 40 исключается ошибка, обусловленная изменением в процессе сканирования разницы длин сигнального и of1opHoro трактов, и, связанная с этим ошибка иэ-за частотной нестабильности генератора СВЧ. Кроме того, 45 за Один цикл измерений удается определить

АФР по двум взаимно opToãîíàëüíûì поляризациям, Сокращение времени измерений достигается эа счет заменй механических манипуляций, необходимых для измерения

50 АФР по двум взаимно ортогональным ПоляI ризациям, электрическим переключением

Р— l N-диодов в антеннах приемного збнда.

Формула изобретения

Устройство для определения амплитудI

55 но-фазового распределения поля антенны, включающее СВЧ-генератор, выход которо! го является выходом для подключения входа исследуемой антенны, приемный зонд, вы! пол ненный иэ двух идентичных антенн, блок

1786453

10 управления и механизм перемещения, вход управления которого подключен к первому выходу блока управления, приемный зонд размещен на блоке перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 5 точности и оперативности„приемный зонд выполнен из дополнительно введенных последовательно соединенных первого делителя мощности, вход которого подключен к выходу первой антенны, второго делителя 10 мощности, первого сумматора и первого амплитудного детектора, выход которого является первым выходом приемного зонда; последовательно соединенных фазовращателя на 90О, вход которого подключен к вы- 15 ходу второго делителя мощностй, второго сумматора и второго амплитудного детектора, выход которого является вторым выходом приемного зонда, последовательно соединенных третьего делителя мощности, 20 вход которого подключен к второму выходу первого делителя мощности, фазовращателя на 180О, третьего сумматора и третьего амплитудного детектора; выход которого является третьим выходом приемного зон- 25 да, последовательно соединенных фазовращателя на 270, вход которого подключен к второму выходу третьего делителя мощности, четвертого сумматора и четвертого амплитудного детектора, выход которого 30 является четвертым выходом приемного зонда, четвертого делителя мощности, вход которого подсоединен к выходу второй антенны, а первый и второй выходы подсоединены к входам пятого и шестого делителей 35 мощности соответственно, первый и второй выходы пятого делителя мощности подключены к вторым входам первого и второго сумматоров соответственно, первый и BTQрой выходы шестого делителя мощности подсоединены к вторым входам третьего и четвертого сумматоров соответственно, первая и вторая антенны выполнены с управляемой поляризацией, входы управления которых являются первым и вторым входами приемного зонда, введены последовательно соединенные первый блок вычитания, первый вход которого подключен к первому выходу приемного зонда, а второй вход — к третьему выходу приемного зонда, первый блок возведения в квадрат, первый блок сложения, блок извлечения корня квадратного, блок умножения на четыре и блок памяти, последовательно соединенные второй блок вычитания, первый вход которого подключен к четвертому выходу приемного зонда, а второй вход — к второму выходу приемного зонда, и второй блок возведения в квадрат; выход которого подсоединен к" второму входу первого блока сложения, последовательно соединенные блок деления, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания соответственно, блок вычисления арктангенса и второй блок сложения, выход которого подключен к второму входу блока памяти, третий вход которого подсоединен к второму выходу блока управления, компаратор, первый и второй входы которого подключены к первому и третьему выходам приемного зонда, а выход — к второму входу второго блока сложения, первый и второй выходы приемного зонда подсоединены к третьему и четвертому выходам блока управления, 1786453

Составитель С,Борисов

Техред M,Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор

Заказ 246 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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