Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<,>892342 (61) Дополнительное к авт, саид-ву(22) Заявлено 030180 (21) 2861094/18-21 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет

Опубликовано 231281. Бюллетень Но 47

Дата опубликования описания 2 3.1 2.81 (51)М. Кл

G 01 R 25/00

Государственный комитет

СССР яо дедам изобретений н открытн и (53) УДК 621.317.77 (088.8) (72) Авторы изобретения

И.Ф. Добровольский, Ю.С. Ушаков, В.A. ЯфкЕвич и В.A. Яцкевич (71) Заявитель

Гомельский государственный универси ет

h (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В МНОГОКАНАЛЬНОЙ

CHCTEME

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники, а точнее к устройствам для измерения параметров высокочастотных сигналов, и может быть использовано в качестве аппаратуры для испытания и контроля многоканальных СВЧ-устройств.

Известно устройство определения параметров антенн, содержащее генератор, один выход которого соединен с испытуемой антенной, а другой соединен линией передачи опорного сигнала с одним входом устройства измерения параметров сигнала зонда, другой вход которого подключен к зонду, а выход устройства измерения через устройство регистрации соединен с ЦЭВМ. Сигнал с .зонда поступает на вход устройства измерения параметров сигнала, на второй вход которого поступает опорный сигнал от генератора. Информация с выхода устройства измерения поступает на обработку ЦЭВМ (1).

Недостатки известного устройства заключаются в невысокой точности измерения. Это объясняется тем, что для проведения измерений необходимо передавать измеряемые сигналы либо опорный сигнал по высокочастотным линиям передачи к измерительной схеме.

Нестабильность параметров линий пе5 редачи(при изменении температуры окружающей среды, деформациях и т.п.) вызывают искажения амплитуды и фазы сигналов в линиях передачи, что увеличивает погрешность измерений.

10 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является комплекс аппаратуры для определения параметров антенн голографическими методами, содержащий исследуемые

15 каналы (выходы антенны), соединенные высокочастотными линиями передачи с измерителем амплитуд и фаз, другой вход которого соединен с генератором опорного сигнала. Выход измерителя амплитуд и фаз подключен к устройству обработки цифровой информации.

В устройстве исследуемые сигналы с выхода антенны поступают на измеритель амплитуд и фаз, где они сравни25 ваются с сигналом, поступающим от генератора опорного сигнала. Измеренная информация о6 амплитуде и фазе сигналов в цифровом виде поступает на устройство обработки цифровой информации (2).

892342

Недостаток известного устройства также заключается в высокой точности измерения параметров высокочастотных сигналов. Действительно, принципиальной особенностью измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе (в фидерах фаэированных антенных решеток, в раскрыве антенны и т.п.) с помощью из. вестных устройств является передача по линии передачи высокочастотного сигнала (измеряемого или опорного) к измерительной схеме. Амплитуднофазовые искажения сигналов в линиях связи являются основной причиной неточности измерения. Так, например, электрическая длина коаксиального кабеля может меняться в пределах

10 -10, в то время как для измерения в многоканальной системе с большими электрическими размерами необходима стабильность электрической длины порядка 10 . При измерении слабых сигналов искажения высокочастотного сигнала могут возникнуть также иэ-за наводок внешнего поля. При увеличении геометрических размеров многоканальной системы возрастает геометрическая длина линий передачи высокочастотных сигналов, что приводит к значительному затуханию амплитуды сигнала и с„жению динамического диапазона на приемном конце.

Указанные недостатки приводят к снижению точности измерения амплитуднО-фазового распределения в многоканальной системе.

Цель.изобретения — повышение точности измеренид.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее иэмери" тель амплитуд.и фаз, выход которого соединен линией передачи с одним входом узла обработки цифровой информации, дополнительно введены измерители амплитуд и фаз, общее число которых зависит от числа каналов измерения и выходы которых соединены линиями передачи с другими входами узла обработки цифровой информации, при этом входы каждого из измерителей амплитуд и фаз подключены к двум соседним каналам.

Кроме того измеритель амплитуд и фаз состоит из трех выпрямителей, аналого-частотного преобразователя и двух блоков сложения, первые входы которых соединены с первым входом измерителя амплитуд и фаэ и входом первого выпрямителя, второй вход первого блока сложения соединен через фаэосдвигающий элемент со вторым входом другого блока сложения и вторым входом измерителя амплитуд и фаэ, а выходы блоков сложения подключены ко входам других выпрямителей, выходы которых соединены со входами аналого-частотного преобразователя., При этом преобразователь содержит три компаратора, первые входы которых подключены ко входам аналогочастотного преобразователя, а вторые входы соединены с выхбдом фильтра низкой частоты, вход которого присоединен к выходу первого цифро-частотного преобразователя, а разрешающие входы других цифро-частотных преобразователей соединены с выходами компараторов, при этом счетные входы цифро-частотных преобразователей присоздинены к выходу генератора прямоугольных импульсов.

При том узел обработки циФровой информации состоит из вычислителя, 15 входы которого соединены с выходами блока преобразования цифровых сигналов.

Блок преобразования цифровых сигналов содержит счетчики, счетные вхоЩ ды которых присоединены ко входам блока преобразования цифровых сигна-. лов, а разрешающие входы подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов.

На чертеже представлена схема устройства для измерения амплитуднофазового распределения в многоканальной системе.

Устройство содержит измеритель

1-1-1-и амплитуд и фаз, линии 2-1-2и передачи, узел 3 обработки цифровой информации, каналы 4-1-4-п, выпрямители 5,6,7, аналого-частотный ,преобразователь 8,блоки 9 и 10 сложения, фазосдвигающий элемент 11,ком" параторы 12,13,14,фильтр 15 низкой частоты,цифро-частотные преобразователи 16-19,генератор 20 прямоугольных импульсов, вычислитель 21,блок 22 преобразования цифровых сигналов, Щ счетчики 23-1-23-п генератор 24 прямоугольных импульсов.

Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе работает следу4 ющим образом.

Особенностью измерения амплитудно-фазового распределения в каналах

4-1-4-п с помощью предлагаемого устройства является отсутствие линий

5О передачи высокочастотных сигналов.

Измерение амплитуд и фазовых соотношений сигналов в каналах 4-1-4-п производится измерителями 1-1-1-и амплитуд и фаз, входы каждого из которых подключены непосредственно к двум соседним исследуемым каналам 4.

Таким образом, в результате измерения на выходе каждого измерителя

1««1-1-п амплитуд и фаз появляется информация об амплитуде сигнала в О канале 4, подключенном к первому. входу измерителя 1 и о фазовом соотношении сигналов в этом канале и соседнем с ним канале. Эта информация в виде последовательности импуль65 сов .равной длительности, число кото892342

I A„E где А и А2—

3 4 рых за фиксированный интервал времени пропорционально измеряемым величинам с выходов измерителей 1-1-1-п амплитуд и фаз по линии 2-1-2-и передачи поступает на счетные входы счетчиков 23-1-23-п на разрешающие

5 входы которых поступает от генератора прямоугольных импульсов 24 импульс, длительность которого соответствует известному временному интервалу. Таким образом, на выходах счетчиков 23-1-23-п появляется информация об измерениях в виде двоичных чисел, которая поступает на входы вычислителя 21. Он осуществляет обработку полученной информации и запись результатов обработанных измерений на различные регистрирующие устройства.

Измеритель 1 амплитуд и фаз работает следующим образом.

В блоках 9 и 10 сложения происхо- Щ дит сложение двух высоко-частотных сигналов, поступающих иэ двух соседних каналов 4. Высокочастотный сигнал из одного канала 4, а также результирующие сигналы с блоков 9 и 10 сложения преобразуются в постоянные сигналы с помощью выпрямителей 5,6 и затем поступают на входы аналогочастотного преобразователя 8. Преобразователь 8 преобразует эти входные сигналы н последовательности импульсов. Рассмотрим работу измерителя амплитуд и фаз 1 более подробно.

Высокочастотный сигнал из .канала 4-1 через первый вход измерителя 1 поступает на вход одного блока ныпрямления 5 и на первые входы блоков 9 сложения, на вторые входы которых поступает другой высокочастотный сигнал из соседнего канала 4. Причем на один вход блока 9 сложения 40 этот сигнал поступает с известным фановым сдвигом, который осуществля.ется на фазосдвигающем элементе 11.

В блоках сложения 9 и 10 осуществляется сложение двух высокочастотных сигналов и результирующие сигналы с блока 9 и 10 сложения поступают на входы двух других выпрямителей б и 7.

Каждый выпрямитель преобразует высокочастотный сигнал в постоянный ,сигнал равной амплитуды. Эти сигналы поступают на первые входы компараторов 12-14, на вторые входы которых поступает опорное напряжение с вы хода фильтра 15 низкой частоты. Величина опорного напряжения меняется в зависимости от частоты импульсов, поступающих с выхода .первого цифрочастотного преобразователя 16. Частота импульсов всех цифро-частотных преобразователей 16-19 линейно воз- gp растает с поступлением на их счетные входы импульсов от генератора прямоугольных импульсов 20, в соответствии с этим линейно возрастает и величина опорного напряжения. При ра- б5 венстве амплитуд сигналов с выходов выпрямителей 5-7 и спорного напряжения срабатывает соответствующий компаратор и с его выхода снимается разрешающий сигнал, поступающий на соответствующий вход цифро-частотного преобразователя. Частота импульсов на выходе данного цифро-частотного преобразователя фиксируется и становится соответствующей амплитуде высокочастотного сигнала, поступающего на вход соответствующего выпрямителя. На приемном конце линии

2-1-2-и передачи производится подсчет числа импульсов н счетчике

23-1-23-и зафиксированный интервал нремени, определяемый генератором, т.е. обеспечивается преобразование частоты импульсов в цифровой код, необходимый для ввода в вычислитель

21.

Амплитуды измеряемых высокочастотных сигналов н каналах 4-1-4-п, подключенных к первым входам измерителей 1-1-1-п амплитуд и фаз определяются непосредственно в данных измерителях и в счетно-импульсном виде поступают в линии 2-1-2-и передачи, а в блоке 22 преобразования цифровых сигналов лишь преобразуются в цифровой код. Фазовый сдвиг между сигналами в соседних каналах определяется в нычислительном устройстве по измеренным значениям четырех амплитуд A,A, A3, А4 связанных следующими уравнениями

1А, г"" ° А,f "(2 = А2

А E)((2" ") l2 = А2 (2)

2 амплитуды сигналов в первом и втором соседних каналах; фазы сигналов н первом и втором соседних кан алак 4; фазовый сдвиг сигнала из второго канала 4, который обеспечивается фаэосдвигающим элементом 11; амплитуды суммарных сигналов на выходах блоков сложения.

Решение уравнечий (1) и (2) дает следующие значения разности фаэ сигналов в каналах 4

А -А -А2

3 2

Vi-92= i arccos 2А А (3)

А2 А А2

4 Д- (ч 2+ дч )= + arccos (4)

2А„-52

Известный фазовый сдвиг ь .= за2 дается фазосдвигающим элементом 11, благодаря чему вычисления по форму892342 лам 3 и 4 в вычислителе 21 позволяют однозначно определить фазовые сдвиги между соседними каналами, Следует обратить внимание на особенности измерения в данном устройстве.

Для определения фазовых сдвигов сигналов в соседних каналах 4 используется информация об амплитуде этих сигналов иэ соседних измерителей ам1 плитуд и фаэ 1*1, т.е. н одном измерителе 1 .определяется амплитуда лишь одного сигчала. Это позволяет реализовать измеритель 1 в предлагаемом устройстве в виде 10-полюсника.

Во вторых, передача сигналов по линиям 2-1-2-п передачи н частотно-импульсном виде обеспечинает высокую помехоустойчивость сигналов и минимальное количество линий передс.чи.

Указанные особенности, которые определяются совокупностью признаков, приведенных н п.п.2-5 формулы изобретения, уточняют и развивают признаки из п.1 и служат достижению единой цели изобретения — повышению точности измерения. Подключение измерителей 1 непосредственно к каналам 4-1-4-п отсутствие опорного канала и выдача результатов измерения в частотно-импульсном виде и их последующая обработка в вычислитель 21 определяют положительный эффект всего устройства в целом.

Применение предлагаемого изобретения позволяет создать систему контроля амплитудно-фазового распределения в многоканальных СВЧ-системах,например, н фидерах фаэированных антенных решеток. Пареллельный съем информации, отсутствие линий передачи высокочастотных сигналов и обработка результатов измерения в вычислительном устройстве обеспечивают высокую точность измерения по сравнению с известными устройствами.

Применение предлагаемого устройства позволяет сократить значительное количество времени при настройке и регулировке многоканальных систем, оперативно и автоматически контролировать амплитудно-фазовое распределение и определять неисправности н каналах СВЧ-систем. Формула изобретения

1. Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе, содержащее измеритель амплитуд и фаз, выход которого соединен линией йередачи с одним входом узла обработки цифровой информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения точности измерения, в него дополнительно введены измерители амплитуд и фаэ, с щее число которых зависит от числа каналов измерения, и ныходы которых соединены линиями передачи с другими входами узла обработки цифровой информации, при этом входы каждого иэ измерителей амплитуд и фаэ подключены к двум соседним каналам.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что измеритель амплитуд и фаз состоит из трех выпрямителей, аналого-частотного преобразователя и двух блоков сложения, первые входы которых содине15 ны с первым входом измерителя амплитуд и фаэ и входом первого выпрямителя,второй вход первого блока сложения соединен через фазосдвигакнций элемент со вторым входом другого блока сложения и вторым входом изме20 рителя амплитуд и фаз, а выходы блоков сложения подключены ко входам остальных выпрямителей, выходы которых -оединены со входами аналого-частотного преобразователя.

25 3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что аналого-частотный преобразователь содержит три компаратора, первые входы которых подключены ко входам аналого-частотного преобразователя, а вторые входы соединены с выходом фильтра низкой частоты, вход которого присоединен к выходу первого цифро-частотного преобразователя, при этом разрешающие входы других цифро-частотных преобразователей соединены с выходами компараторов, а счетные входы цифро-частотных преобразователей присоединены к выходу генератора прямоугольных импульсон.

40 4. Устройство по п.п. 1,2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что узел обработки цифровой информации состоит из блока преобразования сигналов и вычислителя, входы которого соеди45 иены с выходами указанного блока.

5. Устройстно по п.4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок преобраэонания цифровых сигналов содержит счет.чики, разрешающие входы которых подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов, а счетные входы— ко входам блока преобразования цифровых сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бахрах Л.Д. и др. Голография н микроволновой технике. M., Советское радио, 1979, с. 147,рис.51.

2. Гольдберг И .Е. и др . Комплекс аппаратуры для определения параметЩ ров антенн голографическими методаgm,Л., Наука, 1976, с. 56,рис.1, 892342

Составитель A. Старостина

Редактор Н. Пушненкова Техред Е. Кастелевич Корректор Е. Рошко

Заказ 11244/67

Тираж 735 Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4