Устройство фазирования пространственно разнесенных свч- генераторов

 

Использование: радиотехника, разлйч- Hbiis радиотехнические устройства. Сущность изобретения: устройство фазирования пространственно разнесенных СВЧ-генераторое содержит СВЧ-генераторы 1-3, .смесители, 4- 7, фазовые детекторы 8,9, циркуляторы 10,11, высркрчастртный генератор 12, регенеративный делитель частоты на два 13, управ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 1 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCKOМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902922/09, (22) 18.01.91 (46) 28;02.93. Бюл, 3Ф 8 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Комета" (72) В.С.Закс (56) Роджер и др. Радиотелескоп Канадской радиоастрофизической обсерватории, предназначенный для спектроскопии нейтрального водорода методом суперсинтеза.—

ГИИЭР, т, 61, N9,,1973, с. 173 — 178;

„„5Q„„1798920 А1 (54) УСТРОЙСТВО. ФАЗИРОВАНИЯ ПРО.СТРАНСТВЕННО-РАЗНЕСЕННЫХ СВЧГЕН ЕРАТОРОВ (57) Использование: радиотехника, различ-. н ые радиотехнические устройства. Сущность изобретения.: устройство фазировайия fl ространственно разнесенных СВЧ-генераторов содержит СВЧ-генераторы 1 — З,.смесители 47, фазовые детекторы 8, 9, циркуляторы 10, 11, высокочастотный генератор 12., регенеративный делйтель частоты на два 13, управ1798920

И1 й>з = — +%2, 2п (2) Жг + 2л

2п 2п (5) ри 2 к1с

Ч)1

2п 2п (6) ляемый фазовращатель 14, коаксиальную линию связи 15 и делители частоты с четным коэффициентом деления 16, 17. В устройстве обеспечивается устранение неоднозначПредлагаемое устройство относится к радиотехнике и может использоваться для синфазного гетеродинирования в радиопе ленгаторах, радиоинтерферометрах, в системах разнесенного приема, а также в технике измерения параметров протяженных четырехполосников.

Целью изобретения является исключение неоднозначности установившегося значения разности фаз между ведущим и ведомым СВЧ-генераторами при включении и расширение диапазона рабочих частот.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства, Оно содержит ведущий и ведомый СВЧ-генераторы 1 и 2. вспомогательный СВЧ-генератор 3, первый, второй, третий и четвертый смесители 4, 5, 6 и 7 соответственно, первый и второй фазовые детекторы 8 и 9, первый и второй циркуляторы 10 и 11, высокочастотный генератор 12, регенеративный делитель 13 частоты на два, управляемый фазовращатель

14, коаксиальная линия 15 связи и делители

16 и 17 частоты с четным коэффициентом деления. На рис..2 приведен пример зависимости потерь в коаксиальном кабеле от частоты сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Ведущий СВЧ-генератор 1 формирует колебания с частотой е1 и начальной фазой 1, используемые, например, в качестве гетеродинных в приемной станции, базирующейся в пункте А, где размещается и вся аппаратура, изобра>кенная на фиг. 1 слева от коаксиальной линии связи, После деления частоты этого генератора в четное число раз, т.е, в 2п раз, где n — целое число, фаза этого сигнала с учетом неопределенности начального состояния делителя 16 может быть записана следующим образом, где k = 0,1,...2n-1 — целое число. Частота и фаза сигнала вспомогательного СВЧ-генератора 3 в результате работы первого кольности установившегося значения разности фаз между ведущим и ведомым СВЧ-генераторами при включении и расширении диапазона рабочих частот. 2 ил, ца фазовой автоподстройки частоты, содержащего, помимо этого генератора, смеситель 4 и фазовый детектор 8 и выполняющего функции сумматора частот, 5 равны соответственно, 10 фц =gt +О, (3) где О- фаза сигнала частоты вг, поступающего на опорный вход фазового детектора

8. После прохождения кабельной линии 15

15 связи в пункте Б на вход смесителя 7 попадает сигнал с частотой (2), но с фазой

Я = gy — о>зг = g> + 0 — (— + (й2) z, (4)

О>1

2п

20 где z — время распространения сигнала по кабельной линии 15 связи. Частота и фаза сигнала ведомого СВЧ-генератора определяется работой второго кольца фазовой ав25 топодстройки частоты, выполняющего функцию частотного сдвига вниз и содержащего помимо этого генератора смеситель 7, второй фазовый детектор 9 и,делитель частоты 17. На выходе делителя 17 по аналогии

30 с (1) можно записать выражения для фазы сигнала

35 где pig — искомое значение фазы ведомого генератора, устанавливающееся в результате работы устройства, а I = 0,1....2п-1 — целое число. Второе слагаемое в (5) учитывает не40 определенность начального состояния этого делителя 17 частоты. При этом фаза сигнала частоты й> . поступающего на опорный вход фазового детектора 9 после прохождения коаксиальной линии 15 связи

45 где ро — начальная фаза сигнала высокочастотного генератора 12. С учетом работы

1798920 второго кольца фазовой автоподстройки частоты частота ведомого СВЧ-генератора устанавливается равной в1, а фаза сигнала (5) устанавливается равной фз = ф — pp = 1/)1 + 0 — (— + в») z — <р, +

В1

2п

+саr=ф+Π— p. — — т в!

2п т.е. зависит от фазы 0 опорного сигнала первого фазового детектора 8.

Во втором смесителе 5, работающем как смеситель биений, выделяется частота, равная разности частот его входных СВЧсигналов, т.е. в». В смесителе 6, работающем на суммирование частот, выделяется частота 2в, а начальная фаза этого колебания равна сумме начальных фаэ входных сигналов этого смесителя. После деления частоты на два в делителе 13 происходит вновь возврат к частоте r с начальной фазой, равной полусумме начальных фаз входных сигналов смесителя 6, плюс неопределенность (Ол ), вызванная неопределенностью начального состояния делителя

13 частоты на два, Заметим, что делитель 13 выполнен регенеративным с тем, чтобы аппаратура пункта А заработала сразу после включения аппаратуры. В случае же использования делителя частоты счетчикового типа периодический сигнал íà его выходе после включения отсутствовал бы. что могло бы привести к неправильной работе всего устройства из-за произвольности начальной частоты несинхронизированного вспомогательного СВЧ-генератора 3.

Таким образом, для О можно записать

0 = — (1/ф — фз + pp) + (0,,7г) + 1/»p, (8)

В1Г где 1/а = Q — — — фаза сигнала с выхода

2 и делителя 17 частоты после прохождения коаксиальной линии связи 15 в обратном направлении, ф> — сдвиг фазы, вводимый

-управляемым фазовращателем 14, Подставляя сюда выражение (3), находим

О =-(1/»1 +0 — 1/»з+ —. +r/»,) +

1 в1т

2 2 и

+ (0, К) + д, = — (1/r1 + Π— 1/»1 — 0+

2 (9)

+ Р, + — + — + Р.) + (О, Г) + 1/Ъ = в1 г rdi s

2п 2п

В1 т

+fPp +(0,JT) + 1Pp .

2п

Подставляя это выражение в формулу (7), получаем

N1 т

5 2п

i/ 1 = P1 + — + Р» + (О, Л) + 1/b— — pp — = 1/i1 + (0,.»т) + 1/,, (10)

10 Используя теперь формулы (5) и (1), находим установившееся значение фазы ведомого генератора 2 у»ог = 2 и 1/ з — 2 л1 = 2 и 1/»1 +

+ (0,2 п.тг) — 2 л 1 +2 и 1/»о =

= po1 + 2 л k + (0,2 к и) — 2 л! + 2 r1 ф,, целократное 2 »г

20 (11) т.е. с точностью до целократного 2,»т фаза сигнала ведомого СВЧ-генератора отслеживает повоРот фазы 1/rp, ввоДимый УпРавлЯемым фазовращателем 14 и, в частности, 25 при нулевом колебания ведущего и ведомого СВЧ-генератора 1 и 2 совпадают по фазе.

Таким образом, благодаря отсутствию дисперсии в коаксиальной линии 15 связи, в предлагаемом устройстве выделяется на30. бег фазы СВЧ-сигнала е ней и, будучи перенесен на частоту в», вводится с

"упреждением", т.е, с обратнь;м знаком в транслируемый сигнал со стороны ведущего

СВЧ-генератора 1, расположенного в пуйкте А..При этом точно компенсируется набег фазы в линии 15, что делает устройство фазирования инвариантным по отношению к длине этой линии и ее вариациям. Это важнейшее свойство прототипа сохраняется в предлагаемом у"тройстве.

В отличие от прототипа неоднозначность фазы на выходах делителей частоты

13, 16, и 17 характеризуемая целыми числами и, k u I соответственно, как видно из

45 формулы (11), не сказывается на взаимной фазировке ведущего и ведомого СВЧ-генераторов 1 и 2, что непосредственно связано с использованием новых элементов — делителей 16 и 17 частоты на четное число. Их наличие позволяет также расширить возможности реализации устройства по диапазону частот СВЧ-генераторов 1 и 2 за счет увеличения их частоты в 2п раз без изменения частот транслируемых по линии 15 сигналов или дает возможность увеличить длину коаксиальной линии связи 15, сохра-. няя потери в ней на приемлемом уровне за счет понижения частот транслируемых СВЧсигналов. 8 последнем случае, если изобре1798920 тение использовано в радиоинтерферомет. ре, может быть существенно увеличено базовое расстояние между его антеннами и соответственно увеличено угловое разрешение радиоинтерферометра. Появление этих возможностей связано с тем, что погонные потери передаваемого сигнала в линии

15, реализуемой в данном случае в виде коаксиального кабеля, сильно возрастают с ростом частоты этого сигнала, а полные потери экспоненциально нарастают с увеличением длины линии.

Пример зависимости погонных потерь от частоты дпя коаксиального кабеля с полувоздушным диэлектриком типа РК75 приведен на фиг. 2, Если частоты транслируемых колебаний равны или близки к частотам ведущего и ведомого генераторов, как это имеет место впрототипе,,то выбор рабочего диапазона частот и типа кабеля позволяет реализовать устройство-прототип до длин, при которых потери не превышают 50 дБ, В предлагаемом устройстве частоты ведущего и ведомого СВЧ-генераторов могут быть сохранены такими же, как и в прототипе, а снижение частот транслируемых сигналов за счет использования делителей 16 и 17 частоты позволяет реализовать фазирование СВЧ-генераторов на расстоянии приблизительно во столько же раз большем, во сколько эти делители делят частоту

СВЧ-сигналов, В другом крайнем варианте реализации при сохранении длины коаксиальной линии связи рабочая частота

СВЧ-генераторов может быть увеличена во столько же раз. Возможно и комбинированное.варьирование длиной линии связи и частотой фазируемых генераторов 1 и 2, Отметим некоторые особенности выполнения устройства. Частота высокочастотного генератора 12 должна выбираться из следующих соображений, Во избежание срыва синхронизации в кольцах фазовой ав-. топодстройки частоть| она должна быть хотя бы в несколько раз больше 1/2п доли воз. можного собственного ухода частоты подстраиваемых генераторов 2 и 3 из-за всех дестабилизирующих факторов. В то >ке время с ростом этой частоты возрастает вклад нестабильностей и погрешностей изготовления элементов схемы устройства, работающих на частотах О>> и 2 оу, в погрешность фазирования, поскольку, как это видно из схемы устройства, они эквивалентны по характеру проявления сдвигу фазы, вносимому управляемым фазовращателем 14, Оптимальной следует считать частоту в интервале 1...10 МГц. Кратность деления час20

25 более высокими погонными потерями, чем в рабочей кабельной линии, и провести настройку с помощью фазометрической аппаратуры в одном помещении. После этого настроенные элементы устройства устанавливаются на свои штатные места в пунктах

АиБ, Формула изобретения

Устройство фаэирования пространственно-разнесенных СВЧ-генераторов, со30 держащее ведущий СВЧ-генератор, соединенные в кольцо первый смеситель, первый фазовый детектор и вспомогательный СВЧ-генератор, последовательно соединенные второй смеситель, гретий

35 смеситель, регенеративный делитель частоты на два и управляемый фазовращатель, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора, первый циркулятор, первое и третье плечи которого под40 ключены соответственно к выходу вспомогательного СВЧ-генератора и другому входу второго смесителя, высокочастотный генератор, подключенный к другому входу третьего смесителя, второй циркуля45 тор, коаксиальную линию связи, исключенную между вторым плечом первого циркулятора и высокочастотным генератором и первым плечом второго циркулятора. последовательно соединенные четвертый

50 смеситель, один вход которого подключен к второму плечу второго циркулятора, второй фазовый детектор, другой вход которого подключен к первому плечу второго циркулятора, и ведомый СВЧ-генератор, о т л и—

55 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью устранения неоднозначности установившегося значения разности фаз между ведущим и ведомым СВЧ-генераторами при включении и расширения диапазона рабочих частот, тоты 2п в делителях 16 и 17 не следует выбирать более 6...10, поскольку при этом также возрастает вклад погрешностей. вносимых вышеуказанными элементами.

5 Оптимальной следует считать кратность деления частоты в делителях 16 и 17 равной 2, 4 или 6, Отметим, что, как и в прототипе, Статические фаэовые сдвиги, имеющие место вне коаксиальной линии 15 связи, и не

10 учитывающиеся в проведенном выше анализе; могут быть скомпенсированы начальной установкой управляемого фазовращателя 14 при стендовой отработке и наладке аппаратуры. При этом нет необхо15. димости испольэовать полномасштабную кабельную линию, поскольку ее длина, не влияет на статическую погрешность фазирования. Можно использовать небольшую бухту дешевого и более короткого кабеля с

1798920

0,Я

0,д2

00 о

Составитель В,Закс

Техред M.Ìîðråíòàë

Корректор А.Мотыль

Редактор Н.Коляда

Заказ 780 Тираж 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 между выходом ведущего СВЧ генератора и другим входом первого смесителя включен второй делитель частоты, между выходом ведомого СВЧ-генератора и другим входом четвертого смесителя включен второй делитель частоты, причем первый и второй дели- тели частоты выполнены с равными четными коэффициентами деления,