Способ контроля работоспособности фазированной антенной решетки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

csi>s G 01 R 29/10

Г

В (Г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 (2 (4 (7 л (5 х

С (5

Н

Ш (5 н д1 ва те ва ф

В со ни

КР ди из др вх

Щ ш вы но

СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ДОМСТВО СССР

СПАТЕНТ СССР) ) 4740673/09

) 14.08,89

) 07.02,93, Бюл, И 5

) С.М,Корнилов, С.И,Стаценко и Л.CD,Bûмова

) Авторское свидетельство СССР

1345143, кл. G 01 R 29/10, 1987.

Захарьев Л,Н. и др. Методы измерения рактеристик антенн СВЧ, М.: Радио и язь, 1985, с.253.

) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБСТИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕЕТКИ

) Изобретение относится t< технике антенх измерений и мо>кет быть использовано я контроля работоспособности фазиронных антенных решеток (ФАР), Цель изоИзобретение относится к технике анных измерений и может быть использоно для. контроля работоспособности зированной антенной решетки (ФАР).

Известен способ контроля работоспоности антенн электрического сканирова, в котором контрблируемая ФАР имеет ме основного входа, к которому подсоенен приемо-передатчик системы, два ерительных входа: один — передающий, гой — приемный. Эти измерительные ды соответствуют двум лучам, разменным по обе стороны основного луча ретки, В начале основной луч ФАР тавляется в положение, перпендикуляротносительно раскрыва решетки. Контьный сигнал подается на передающий ерительный вход. Часть сигнала отражаот излучателей ФАР и синфазно склаается от каждого излучателя на

SU» 1793394 А1 бретения — повышение достоверности контроля. Указанная цель достигается тем, что в процессе сканирования диаграммы направленностй ФАР осуществляют прием контролируемой ФАР эталонного сигнала от внешнего источника электромагнитной энергии, измеряю амплйтуду принятого сигнала для каждого направления сканирования, сравнивают значение амплитуды прийятого сигнала с соответствующим пороговым значением для каждого направле- ния сканирования, Кроме того, сигналы, прйнятые контролируемой ФАР, при всех направлениях сканировайия диаграммы направленности суммируют и по результатам первого и второго сравнения судят о работоспособности ФАР. 1 ил. приемном измерительном входе. При этом сигнал на приемном входе решетки будет максимальным. При покачивании луча относительно перпендикулярного положения 0 появляется дополнительный сдвиг фаз меж- () ду элементарными излучателями, вследствие чего условие, синфазности при суммировании сигналов на приемном входе нарушается. Сигнал на приемном измерительном входе приблизительно соответствует множителю решетки данной системы;

Недостатком данного способа является а низкая достоверность контроля работоспособности ФАР. При определенном количестве вышедших из строя элементарных излучателей, расположенных равномерно по полотну решетки, например, по случайному равномерному закону, форма мнох<и- . теля решетки практически не изменяется, хотя мощность излучаемого антенной сиг3

1793394 нала будет снижена. Подобные виды отказов с помощью данного способа обнаружить невозможно.

Наиболее близок к предлагаемому способ контроля работоспособности ФАР, включающий излучение эталонного сигнала, прием его контролируемой ФАР, измерение амплитуды принятого сигнала при различных направлениях фазиро вания контролируемой ФАР и сравнение измеренного значения амплитуды с соответствующим пороговым значением для каждого из направлений фазирования, Цель изобре-ения — повышение достоверности контроля. о

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно суммируют сигналы, принятые койтролируемой ФАР для всех направлений фазирования, измеряют амплитуду суммарного сигнала, сравнивают ее с пороговым значением, а работоспособность

ФАР определяют по результатам первого и

BTQpoI сравнений; o

На чертеже приведена схема структурного электрического устройства, реализую1цего способ контроля работоспособности ФАР.

Устройство, .реализующее способ контроля работоспособности ФАР, содержит внешний источник электромагнитной энергии 1, подключенный к входу вспомогательной антенны 2 для облучения контролируемой ФАР 3, многоотводную линию задержки (МЛЗ) 9, К1/2 фазовращателей 1.0, два сумматора 11 и 12, блок цифровых измерителей (БЦИ) 13; блок управления и регистрации (БУР) 8.

В состав ФАР 3 входят К излучателей 4, N ф аeз оeв Iр>аeщ аeт еeл еeй 55,, сeу м м аeт оeIр > 77, узел управления 6.

Способ контроля работоспособности

ФАР реализуется следующим образом. Контролируемую ФАР 3 в режйме сканирования ДН облучают эталонным сигналом, формируемым внешним источником электромагнитной энергии и излучаемым вспомогательной антенной 2; Сигналы, полученные путем суммирования принятых сигналов всех каналов излучателей 4 ФАР 3, при каждом Р, 1-м направлении сканирования усиливают, детектируют и сравнивают с соответствующими верхними Р р,; и нижним

Pe,,i пороговыми значениями, выбираемыми в зависимости от напрзвления сканирования. Если амплитуда сигнала при Pi-м направлении сканирования ДН находится в допуске, принимают решение о работоспособности ФАР, если не в допуске-проводят поочередной контроль каналов, при котором выполняют следующую последователь50. При этом генератор 1 выдает тестовый

СВЧ-сигнал на рабочей частоте ФАР 3 на вспомогательную антенну 2, которая его излучает. Тестовйй сигнал, излученный антенной 2, принимается излучателями 4 контролируемой ФАР 3, Сигнал на выходе

ФАР 3 при Pi-и направлении сканирования подается на вход БЦИ 13, где измеряется его амплитуда и выполняется преобразование ее в цифровой код с последующим вводом в БУР 8, где производится сравнение кода сигнала, принятого йри Pi-м направлении сканирования, с кодами верхнего Pep.i u нижнего Р я>, пороговых значений. Если код сигнала находится в допуске, то в БУР 8 формируется признак работоспособности

ФАР 3 при Pi-м направлении сканирования и выдает коды на УУ 6 для Р(!+1)-го направления сканирования. Последовательность операций контроля работоспособности

ФАР при P(i+1)-м направлении сканирования аналогична последовательности операций при Pi-м направлении сканирования. ность олзраций: принимают контролируемой ФАР 3 сигнал от вспомогательной антенны 2, определяют суммарный сигнал со всех P,i направлений сканирования и сравнивают его с соответствующим .пороговым значением. Если амплитуда суммарного сигнала находится в допуске, принимается решение о работоспособности ФАР, если не в допуске — проводится поочередный контроль каналов. . Устройство, реализующее способ контроля работоспособности ФАР, работает в двух основных режимах, Режим А состоит из ! циклов (! = PI), количество которых опреде"5 ляется числом направлений сканирований

ДН ФАР 3, режим А заканчивается после контроля работоспособности ФАР при всех

Pl направлениях сканирования и после сравнения суммарного сигнала, полученно20 го. путем суммирования сигналов со всех Pl направлений сканирования ДН, с верхним

Рер,! и нижним PeH,i пороговыми значениями. Если в каком-либо цикле Ар,i будет обнару>кен отказ ФАР 3 или суммарный сигнал

25 со всех I направлений сканирования ДН не будет в допуске, устройство переходит в ре>ким Б, при котором осуществляется поочередный контроль каждого канала.

В режиме А устройство работает следу30 ющим образом. Блок управления и регистрации 8 выдает код Pi-ro направления сканирования на ФАР 3 и управляющий сигнал на генератор 1, В этот же момент времени с БУР 8 подается сигнал на БЦИ 13, разрешающий прием кода информации с него.

1793394 сли код сигнала, принятого при Pi-м велении сканирования ДН, не в допустройство переходит в режим Б. о команде с БУР 8 фазовращатели 5 напр ске. y вляются УУ 6 таким образом, что фазы ла, принимаемого излучателем 4 ФАР меняются на величину Л р1с частотой упр сигн

З,и

Qp ния емо пос где (цел имп лива мар конт с Rl седн ции

ФАР клю

5Ф фаз мым зовр изме роли

F2nr и-гр (=

Рф„= зиро ходе кана

11 ск впр т созд в трал де с скла ь выде опори общем случае число переключений r ращателя 5 контролируемого канала де to — период измерения амплитуды сигнала, принимаемого контролируизлучателЕм, число отводов Rl и велиЬр1, A+ выбирается из условия сации суммарного сигнала от неконуемых излучателей 4 и выделения а F2n от контролируемого и-го излу4 ФАР 3 на выходе сумматора 11 и фазо за tn и фа емы чина . комп н трол р сигна чател

55 з за время t, равное периоду измеремплитуды и фазы сигнала, контролируо излучателя 4. Причем hp> остается . 10 янным эа дискрет времени t = (2fr), R1

g t, = t, R1 — число отводов в МЛЗ 9

=1 е четное число), t — время накопления льсов, Qh = 2 x fn. оследовательность контроля устанавт БУР 8 с помощью УУ 6 ФАР 3. Сум,ый сигнал от N излучателей 4 олируемой ФАР 3 подается на МЛЗ 9 20 отводами, Время задержки между соми отводами равно периоду коммутаконтролируемого фазовращателя 5

3, а число отводов равно числу переений контролируемого фазовращателя 25

Р 3 за период измерения амплитуды и сигнала. принимаемого контролируеизлучателем 4, то есть |э = tr, Rl = г. еличина сдвига фазы Л р1 сигнала фащателя 10 устанавливается до начала 30 ений амплитуды и фазы сигнала контуемо1о излучателя 4. апример, Rl = г=2, Лр1 =Лщ, Е1пг и сигналы на выходе контролируемого анала соответственно с дрЫФ(где 35 ..L1 — целое число, Ll - 2 к/ЬФ ), (ЛФ+л (где ЬФ- дискрет фаания фазовращателя), —. сигнал на выкаждого и-го неконтролируемого а с p = ИФ . Ha выходе сумматора 40 адываются в фазе все сигналы F2«и

ИВОфаэЕ Flnr, т.Е, ВЫДЕЛЯЕТСЯ СИГНаЛ; аемый за счет переключения фаз конРУемого фазовРаЩателЯ F2n. На выхомматора 12, наоборот, в фазе "

1ваютсЯ Flnr, F2nr в пРотивофазе. и яется сигнал ФАР 3, называемый

ым. выделения опорного сигнала на выходе сумматора 12, при этом

N — 1 Rl

F1=,,, Flnr, F2n = g F2nr . r = IП==1 г=1

Сигналы Fl и F2n подаютсЯ на втоРой и третий входы БЦИ 13 в качестве опорного и измеряемого сигналов соответственно.

Измерение параметров сигнала F2n производится в БЦИ 13. Коды амплитуды и фазы поступают соответственно через второе и в 6УР 8 производится сравнение поступивших кодов с пороговыми значениями;

Если амплитуда л фаза сигнала от контролируемого канала в допуске, БУР 8 выдает коды на УУ 6 для проведения контроля следующей S+1-й секции и-го контролируемого фазовращателя. В процессе контроля каждого фазовращателя канала в БУР 8 осуществляются регистрация (запоминание) и хранение адресов отказавших фаэовращателей в каналах ФАР.

Как показывает моделирование этого процесса измерений, использование для определения работоспособности ФАР сканирования диаграммь направленности, суммирования:значений амплитуд сигналов, принятых контролируемой ФАР при различных направлениях сканирования максимума главного лепестка диаграммы направленности, сравнения амплитуды пол- ученного в конце обзора по всем направлениям сканирования суммарного сигнала с пороговыми значениями повышает в два и более раз вероятность обнаружения определенного вида отказа ФАР при контроле ее работоспособности с помощью данного способа в ряде случаев, т.е, при использовании данного способа повышается достоверность контроля работо пособности ФАР.

Предлагаемый способ эффективен при полном отказе (отключении) каналов ФАР, расположенных вблизи нейтральной линии . полотна ФАР. Положение нейтральной линии при сканировании ДН в плоскости orIределяется по формуле при четном числе M:

N мн N мн

Снl=(Х Х Anmmdm)/Х Х Anm л — Ъ=1 n=1n=1 при нечетном числе М:

Сн l»

Мн NA ,, . А.m m dm + ",«„m «1m/при m = ting о=Ъ=1 n=1 мн NmA

g Anm+g " /при m =М„

1793394 где С1 = mdm — Сн1; С2 = (M + 1 — m)dm — Сн1

Данный способ эффективен при отказе (отключении) каналов, распределенных равномерно по. полотну ФАР, например, по случайному равномерному закону, так как сумма коэффициентов отказавших каналов при этом близка к нулю и сохраняется неизменной форма диаграммы направленности.

Ф о р м у л а и з о б р-е т е н и я 25 нием для каждого из направлений фазиро-

Способ контроля работоспособности вания, о т л и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью фазированной антенной решетки, включаю- повышения достоверности контроля, дополщий излучение эталонного сигнала, прием нительно суммируют сигналы, принятые его контролируемой фазированной антен- контролируемойФАРдлявсехнаправлений йой решеткой (ФАР), измерение амплитуды 30 фазирования, измеряют амплитуды суммар: йринятого сигнала при различных направ- ного сигнала, сравнивают их с пороговым лениях фазирования контролируемой ФАР -значением, а работоспособность ФАР опре и сравнение измеренного значения ампли- деляют по результатам первого и второго туды с соответствующим пороговым значе- сравнений, Составитель П,Савельев

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Jl,eèëü

Редактор С. Кулакова

Заказ 503 ., Тираж Подписное ВНИИПИ Гойударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственна-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где MH = (М/2), где (x} — наименьшее целое, которое больше или равно х, Наибольшую эффективность предлагаемый способ имеет в случае, когда сумма коэффицйентов отказавших каналов равна нулю (под коэффициентом канала понимается произведение амплитудного коэффициента канала на расстояние между ней ральной линией и точкой расположения канала на полотне ФАР), т.е, 8=&+32, где S1 и S2 — суммы весовых коэффициентов соответственно первой и второй половин полотна ФАР, значения которых определяются по формулам при четном числе M:

Н мн

S1= Х XAnnmmCT; п =опт=1 и = "oTg m = П отк

Sg = Х 7 АпвС2, и =1 . Пт=1+М, fl= Потк m =П отк при нечетном числе М; ймп — 1 к

З =, А.. С + " Ci i -м., .

Апп п=1=1 n=1

П = IloTK В = ГПотк П = ПoTK

NMn 1 и

Sg =,,, Апв С2 + g — С2 (п1"мн, Ап п1 п=Ъ=1 п=1 2

n = потк m = п1отк