УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ АНТЕНН Российский патент 1997 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при измерении характеристик пространственной избирательности антенн диапазона СВЧ.

Известно устройство для измерения характеристик пространственной избирательности антенны (диаграммы направленности антенны в дальней зоне), содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, исследуемую антенну, индикаторную антенну, приемник, при этом исследуемая антенна укреплена на поворотном столе [1]
Однако это известное устройство не позволяет измерять обобщенную системную характеристику избирательности антенны Q-параметр [2] который определяется как отношение среднего числа сигналов, по уровню превышающих порог чувствительности радиотракта, на выходе и на входе исследуемой антенны [2, 3]

где K(α) нормированная диаграмма направленности исследуемой антенны;
ω(α) плотность распределения вероятностей источников радиосигналов по азимуту на входе исследуемой антенны в предполагаемых условиях эксплуатации;
c параметр, связанный с характером распространения радиоволн (РРВ) в дальней зоне; c 2 при свободном РРВ, c 1 при интерференционном РРВ в дальней зоне, c 0,5 в декаметровом диапазоне радиоволн;
N_вх число сигналов, по уровню превышающих порог чувствительности радиотракта, на входе исследуемой антенны;
N_вых число сигналов, по уровню превышающих порог чувствительности радиотракта, на выходе исследуемой антенны.

Известно также устройство для измерения характеристики пространственной избирательности антенны (диаграммы направленности антенны в дальней зоне), содержащее генератор опорного сигнала, управляемый фазовращатель, измеритель фазы и последовательно соединенные генератор СВЧ частотно-модулированного сигнала, направленный ответвитель, исследуемую антенну, вспомогательную антенну, управляемую линию задержки, двухканальный супергетеродинный приемник, синхронный детектор, узкополосный усилитель низкой частоты, при этом второй выход узкополосного усилителя низкой частоты соединен с первым входом измерителя фазы, выход направленного ответвителя соединен с вторым входом двухканального супергетеродинного приемника, второй выход которого подключен к первому входу управляемого фазовращателя, выход управляемого фазовращателя соединен с вторым входом синхронного детектора, генератор опорного сигнала подключен выходом к второму входу управляемого фазовращателя и второму входу измерителя фазы [4]
Однако и это известное устройство не позволяет измерять обобщенную системную характеристику избирательности антенны (Q-параметр).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для автоматического измерения характеристики пространственной избирательности антенны (диаграммы направленности антенны в дальней зоне), содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, излучающую антенну, исследуемую антенну, детектор, усилитель, датчик угла поворота и регистратор, при этом исследуемая антенна укреплена на поворотной платформе, механически соединенной с датчиком угла поворота, второй выход которого подключен к соответствующему входу регистратора [5]
Однако это известное устройство также не позволяет измерять обобщенную системную характеристику избирательности антенны (Q-параметр).

Поставлена задача расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения обобщенной системной характеристики избирательности антенны (Q-параметра) в азимутальной плоскости.

Технически поставленная задача решается следующим образом. В устройство для автоматического измерения характеристики пространственной избирательности антенны (диаграмм направленности антенны в дальней зоне), содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор и излучающую антенну, детектор, усилитель и регистратор, поворотную платформу для размещения исследуемой антенны, механически соединенную с датчиком угла поворота, выходная шина которого подключена к соответствующему входу регистратора, при этом вход амплитудного детектора предназначен для подключения исследуемой антенны, введены блок оценки максимума, первый, второй и третий преобразователи кодов, блок управления, а также аналого-цифровой преобразователь, первый и второй цифровые перемножители, накапливающий сумматор, управляемый выключатель, цифровой индикатор, при этом выходная шина первого перемножителя подключена к входу сумматора, выходная шина аналого-цифрового преобразователя соединена с входом данных блока оценки максимума и входом первого преобразователя кода, выходная шина которого соединена с входом первого перемножителя, второй вход которого подключен к выходу второго преобразователя кода, выходная шина датчика угла поворота, соединенная с входом блока управления и входом второго преобразователя кодов, младшим разрядом подключена к тактовым входам блока оценки максимума и накапливающего сумматора, первый выход блока управления подключен к первому входу блока оценки максимума и установочному входу накапливающего сумматора, второй выход блока управления подключен к первому входу блокировки накапливающего сумматора и управляющему входу управляемого выключателя, третий выход блока управления присоединен к второму входу блокировки накапливающего сумматора, при этом выход блока оценки максимума соединен с входом третьего преобразователя кода, выход которого подключен к входу второго цифрового перемножителя, другой вход которого присоединен к выходу накапливающего сумматора, а выход соединен с входом управляемого выключателя, выход которого подключен к входу индикатора, при этом блок управления состоит из дешифратора, регистра сдвига, элемента ИЛИ, элемента НЕ-И, кнопочного переключателя, первого блока сравнения и первого регистра памяти, а вход дешифратора является входом блока, выходы регистра сдвига Q0 и Q1 соответственно первым и вторым выходами блока, четвертый выход первого блока сравнения является третьим выходом блока, выход дешифратора подключен к тактовому входу регистра сдвига, информационный вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, а установочный вход подключен к выходу кнопочного переключателя, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам регистра сдвига и входам элемента НЕ-И, входы первого блока сравнения и первого регистра памяти соединены с входом дешифратора, выход первого регистра памяти соединен с вторым входом первого блока сравнения, третий выход которого соединен с входом разрешения записи первого регистра памяти, установочный вход которого соединен с выходом Q0 регистра сдвига, при этом блок оценки максимума содержит второй блок сравнения и второй регистр памяти, а вход второго регистра памяти является информационным входом блока, его выход выходом блока, установочный вход второго регистра памяти является первым входом блока, тактовый вход второго регистра памяти вторым входом блока, при этом выход второго блока сравнения соединен с входом разрешения записи второго регистра памяти, выход которого подключен к второму входу второго блока сравнения, первый вход второго блока сравнения соединен с информационным входом второго регистра памяти.

Сущность изобретения состоит в дополнительных функциональных возможностях (обеспечение возможности оценки обобщенного системного параметра пространственной избирательности антенны в дальней зоне в азимутальной плоскости (Q-параметра (1)).

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 функциональная электрическая схема варианта реализации блока управления; на фиг. 3 функциональная электрическая схема блока оценки максимума; на фиг. 4 функциональная электрическая схема блока сравнения.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, излучающую антенну 2, поворотную платформу 4 для размещения исследуемой антенны 3, датчик 5 угла поворота, преобразователи 6, 17, 19 кодов, цифровой индикатор 7, детектор 8, блок 11 оценки максимума, регистратор 12, блок 13 управления, управляемый выключатель 9, усилитель 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, цифровые перемножители 14, 18, накапливающий сумматор 16. При этом блок 13 управления содержит дешифратор 13.1, регистр 13.2 сдвига, элемент 13.3 ИЛИ, элемент 13.4 НЕ-И, кнопочный переключатель 13.5, блок 13.6 сравнения и регистра 13.7 памяти, блок 11 оценки максимума содержит блок 11.1 сравнения и регистр 11.2 памяти.

Рассмотрим функции, выполняемые структурными элементами устройства. Генератор 1 СВЧ и излучающая антенна 2 предназначены для формирования электромагнитного поля, используемого в устройстве в качестве испытательного воздействия.

Поворотная платформа 4 предназначена для установки и поворота на заданный угол в азимутальной плоскости исследуемой антенны 3.

Датчик 5 угла поворота предназначен для преобразования данных о значениях угла поворота поворотной платформы 4 в параллельный двоичный код и может быть реализован с использованием электромеханического датчика в виде последовательно соединенных редуктора, диска с равномерно нанесенными по его окружности прорезями (отверстиями) и расположенных по разные стороны диска источника света и фотоприемника, выход которого подключен к входу двоичного счетчика.

Преобразователь 6 кода предназначен для преобразования кода угла поворота в двоичное число, пропорциональное произведению соответствующего значения плотности распределения вероятности источников радиосигналов по азимуту (ω(α)) и дискрета угла поворота Δα (углового расстояния между соседними прорезями на диске датчика 5 угла поворота). Данный преобразователь реализуется с использованием ПЗУ [6]
Цифровой индикатор 7 предназначен для индикации измеренного значения Q-параметра.

Детектор 8 предназначен для детектирования СВЧ-сигнала с выхода исследуемой антенны 3.

Управляемый выключатель 9 предназначен для подачи на цифровой индикатор 7 кодового сигнала в выхода перемножителя 14 по сигналу с блока управления 13.

Усилитель 10 предназначен для усиления сигнала с выхода детектора 8 до уровня, необходимого для работы регистратора 12 и аналого-цифрового преобразователя 15.

Блок 11 оценки максимума предназначен для определения двоичного числа A_m, соответствующего максимальному уровню отклика исследуемой антенны на испытательное воздействие.

Регистратор 12 предназначен для регистрации диаграммы направленности исследуемой антенны 3.

Блок 13 управления предназначен для установки в начальное (нулевое) состояние блока 11 оценки максимума и накапливающего сумматора 16, для формирования управляющих сигналов на вход управления управляемого выключателя 9 (разрешающего индикацию измеренного значения Q-параметра) и на вход накапливающего сумматора 16 (запрещающего суммирование), а также для формирования сигнала, блокирующего работу накапливающего сумматора 16 при непроизвольном повороте антенны 3 в обратном направлении.

Цифровой перемножитель 14 предназначен для формирования двоичного кода, соответствующему произведению сигналов с выхода накапливающего сумматора 16 и с выхода блока 11 оценки максимума.

Аналого-цифровой преобразователь 15 предназначен для преобразования непрерывного сигнала с выхода усилителя 10 в цифровой код, соответствующий амплитуде сигнала.

Накапливающий сумматор 16 предназначен для накопления (путем суммирования) сигнала с выхода перемножителя 18.

Преобразователь 17 кода предназначен для преобразования двоичного числа A с выхода аналого-цифрового преобразователя 15 в двоичное число, соответствующее величине A^c. Данный преобразователь реализуется с использованием ПЗУ [6]
Цифровой перемножитель 18 предназначен для формирования двоичного кода, соответствующего произведению сигналов с выхода преобразователя 6 и с выхода преобразователя 17.

Преобразователь 19 кода предназначен для преобразования числа A_m, соответствующего максимальному уровню отклика исследуемой антенны на испытательное воздействие, в число 1/Acm

Устройство работает следующим образом.

В начальном состоянии нажатием кнопочного переключателя 13.5 регистр сдвига 13.2 устанавливается в нулевое состояние, управляемый выключатель 9 закрывается. Поворотная платформа 4 установлена на произвольный угол α
Сигнал с выхода генератора 1 СВЧ поступает на излучающую антенну 2 и принимается исследуемой антенной 3, которая расположена в дальней зоне. Сигнал на выходе исследуемой антенны 3, по уровню, пропорциональный коэффициенту усиления этой антенны в направлении на излучающую антенну 2 при установленном угле поворота a детектируется детектором 8, усиливается усилителем 10 и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 15 и на вход регистратора 12. На второй вход регистратора 12 поступает сигнал, соответствующий углу поворота поворотной платформы 4 и исследуемой антенны 3, с выходной шины датчика 5 угла поворота. В результате на рабочем поле регистратора 12 фиксируются отсчеты зависимости уровня сигнала на выходе усилителя 10 от угла поворота a пропорциональные отсчетам диаграммы направленности антенны 3.

В процессе монотонного изменения угла поворота исследуемой антенны 3 заранее заданная кодовая комбинация на выходе датчика 5 угла поворота дешифрируется дешифратором 13.1. В результате в первый разряд регистра 13.2 сдвига, находящегося в нулевом состоянии, сигналом с выхода дешифратора 13.1 будет записана "единица" (высокий уровень), которая присутствует на выходе схемы НЕ-И 13.4. Таким образом, на первом выходе регистра 13.2 сдвига появится высокий уровень, передним фронтом которого будут установлены в нулевое состояние регистр 11.2 памяти, что приведет к подаче на второй вход цифрового устройства 11.1 сравнения нулевой двоичной комбинации, и накапливающий сумматор 16. В результате осуществится установка устройства в исходное состояние, соответствующее началу процесса формирования числовой оценки Q-параметра исследуемой антенны 3.

При последующем повороте исследуемой антенны 3 на угол, при котором осуществляется изменение кода младшего разряда выходной шины датчика угла поворота 5, сигнал с выхода этого разряда поступает на тактовые входы регистра памяти 11.2 и накапливающего сумматора 16, обеспечивая запоминание кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 15 в регистре 11.2 памяти, поскольку на первый вход цифрового устройства 11.1 сравнения поступает кодовая комбинация с выхода АЦП 15, а на второй вход код с выхода регистра 16 памяти, причем если двоичное число на первом входе больше числа на втором входе, то цифровое устройство 11.1 сравнения сформирует импульс, разрешающий запись кода этого числа в регистр 11.2 памяти, а если двоичное число на первом входе меньше числа на втором входе, то в регистре 11.2 памяти сохранится предыдущая комбинация. Данный процесс имеет место при каждом изменении кода младшего разряда выходной шины датчика 5 угла поворота. Таким образом, если исследуемая антенна 3 сделает хотя бы один оборот вокруг своей оси, то в регистре 11.2 памяти запишется кодовая комбинация, соответствующая максимуму диаграммы направленности исследуемой антенны 3.

Принцип работы устройства 13.6 сравнения и регистра 13.7 памяти аналогичен принципу работы устройства 11.1 сравнения и регистра 11.2 памяти. При непроизвольном повороте исследуемой антенны 3 в обратном направлении на выходе 3 блока 13 управления появится высокий уровень (поскольку сигнал на первом входе устройства сравнения 13.6 меньше сигнала на втором входе), который блокирует работу накапливающего сумматора 16. При повороте исследуемой антенны 3 в прямом направлении сигнал на первом входе устройства 13.6 сравнения превышает сигнал на втором входе (поскольку код угла поворота постоянно возрастает и значение сигнала на выходе регистра 13.7 памяти соответствует значению угла поворота на предыдущем этапе) и блокировки накапливающего сумматора 16 не происходит (на выходе 3 блока управления низкий уровень).

Преобразователь 19 кода преобразует код, соответствующий числу A_m с выхода блока 11 оценки максимума, которое соответствует максимальному значению диаграммы направленности исследуемой антенны 3, в код, соответствующий 1/Acm

Одновременно код с датчика 5 угла поворота преобразуется в преобразователе 6 кодов в код, соответствующий числу ω(α)•Δα а преобразователь 17 кодов преобразует код с выхода АЦП 15, соответствующий числу A в код, соответствующий числу A^c. Коды с выходов преобразователей 6 и 17 кодов поступают на входы цифрового перемножителя 18, сигнал с выхода которого передается на вход накапливающего сумматора 16. Накапливающий сумматор 16 реализует функцию интегрирования путем вычисления суммы

которая пропорциональна численному значению Q-параметра.

Цифровой перемножитель 14 перемножает код с выхода накапливающего сумматора 16 и код с выхода преобразователя кодов 11.3. В результате на выходе цифрового перемножителя 14 формируется численная оценка Q-параметра.

Когда на вход дешифратора 13.1 с выходной шины датчика 5 угла поворота вторично придет та же заданная кодовая комбинация, что соответствует одному полному обороту исследуемой антенны 3 вокруг своей оси, после установки в начальное состояние регистра 11.2 "единица" из первого разряда регистра 13.2 сдвига сдвинется во второй (дешифратор 13.1 подключен выходом к тактовому входу регистра 13.2 сдвига), а в первый разряд регистра 13.2 сдвига запишется ноль с выхода схемы НЕ-И 13.4. Передний фронт сигнала с выхода второго разряда регистра 13.2 сдвига блокирует накапливающий сумматор 16 и включает управляемый выключатель 9. Таким образом происходит считывание численного значения Q-параметра цифровым индикатором 7. На этом процесс измерения завершается.

По сравнению с известными устройствами для измерения пространственной избирательности антенн, в том числе с устройством-прототипом, изобретение обеспечивает возможность измерения обобщенной системной характеристики избирательности антенны (Q-параметра) в азимутальной плоскости, что обеспечивает расширение функциональных возможностей контроля характеристик избирательности антенн.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на изобретение.

1. Миклашевская А. В. Автоматические измерители в диапазоне СВЧ. М. Связь, 1972, с. 47.

2. Мордачев В.И. Статистическая характеристика динамического диапазона непреднамеренных помех при рассредоточенном пространственном группировании их источников (русский). Труды IX международного вроцлавского симпозиума по электромагнитной совместимости. Ч. 2. Вроцлав, 1988, с. 571 576.

3. Мордачев В.И. Типовые модели электромагнитной обстановки при рассредоточенном пространственном размещении источников (русский). Труды X международного вроцлавского симпозиума по электромагнитной совместимости. Вроцлав, 1990.

4. Авт. св. СССР N 985753, М. кл.G 01 R 29/10, 1982.

5. Авт. св. СССР N 1180812, М. кл. G 01 R 29/10, 1985 (прототип).

6. Пухальский Г.И. Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. М. Радио и связь, 1990, с. 157.

Использование: при измерении характеристик пространственной избирательности антенн диапазона СВЧ. Цель: расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения обобщенной системной характеристики избирательности антенны (Q-параметра) в азимутальной плоскости. Сущность изобретения: в дополнительных функциональных возможностях (обеспечение возможности оценки обобщенного системного параметра пространственной избирательности антенны в дальней зоне в азимутальной плоскости (Q-параметра)). Положительный эффект: возможность оценки обобщенного системного параметра пространственной избирательности антенны в дальней зоне в азимутальной плоскости (Q-параметра). 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство измерения характеристик пространственной избирательности антенн, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор и излучающую антенну, детектор, усилитель и регистратор, поворотную платформу для размещения исследуемой антенны, механически соединенную с датчиком угла поворота, выходная шина которого подключена к соответствующему входу регистратора, при этом вход детектора предназначен для подключения исследуемой антенны, отличающееся тем, что в него введены блок оценки максимума, первый, второй и третий преобразователи кодов, блок управления, а также аналого-цифровой преобразователь, первый и второй цифровые перемножители, накапливающий сумматор, управляемый выключатель, цифровой индикатор, при этом выходная шина первого перемножителя подключена к входу сумматора, выходная шина аналого-цифрового преобразователя соединена с входом данных блока оценки максимума и входом первого преобразователя кода, выходная шина которого соединена с входом первого перемножителя, второй вход которого подключен к выходу второго преобразователя кода, выходная шина датчика угла поворота, соединенная с входом блока управления и входом второго преобразователя кодов, младшим разрядом подключена к тактовым входам блока оценки максимума и накапливающего сумматора, первый выход блока управления подключен к первому входу блока оценки максимума и установочному входу накапливающего сумматора, второй выход блока управления подключен к первому входу блокировки накапливающего сумматора и управляющему входу управляемого выключателя, третий выход блока управления присоединен к второму входу блокировки накапливающего сумматора, при этом выход блока оценки максимума соединен с входом третьего преобразователя кода, выход которого подключен к входу второго цифрового перемножителя, другой вход которого присоединен к выходу накапливающего сумматора, а выход соединен с входом управляемого выключателя, выход которого подключен к входу индикатора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления состоит из дешифратора, регистра сдвига, элемента ИЛИ, элемента НЕ-И, кнопочного переключателя, первого блока сравнения и первого регистра памяти, при этом вход дешифратора является входом блока управления, выходы регистра сдвига Q₀ и Q₁ являются соответственно первым и вторым выходами блока управления, четвертый выход первого блока сравнения является третьим выходом блока управления, выход дешифратора подключен к тактовому входу регистра сдвига, информационный вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, а установочный вход подключен к выходу кнопочного переключателя, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам регистра сдвига и входам элемента НЕ-И, входы первого блока сравнения и первого регистра памяти соединены с входом дешифратора, выход первого регистра памяти соединен с вторым входом первого блока сравнения, третий выход которого соединен с входом разрешения записи первого регистра памяти, установочный вход которого соединен с выходом Q₀ регистра сдвига. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок оценки максимума содержит второй блок сравнения и второй регистр памяти, при этом вход второго регистра памяти является информационным входом блока оценки максимума, а его выход выходом блока оценки максимума, установочный вход второго регистра памяти является первым входом блока оценки максимума, тактовый вход второго регистра памяти является вторым входом блока оценки максимума, при этом выход второго блока сравнения соединен с входом разрешения записи второго регистра памяти, выход которого подключен к второму входу второго блока сравнения, первый вход второго блока сравнения соединен с информационным входом второго регистра памяти.