Способ контроля диаграммы направленности фазированной антенной решетки Советский патент 1985 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для встроенного автоматического контроля искажений формы главного максимума диаграммы направленности электрически управляемых антенн с фазо-фазовым управлением луча. Цель изобретения - повьшение точности при контроле искажений формы главного максимума диаграммы направленности фазированной антенной решетки. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для контроля диаграммы направленное ти фазированной антенной решетки (ФАР), Устройство содержит согласованную контрольную линию 1 с отводами, подключенную через, блок 2 ключей и блок 3 ответвителей к.блоку 4 фазирования состоящего из N электрически управляемых аттенюаторов и фазовращателей сумматора мощности с N направлений, излучатели 5, подключенные к другим входам блока 3 ответвителерЧ, генератор 6 импульсов длительностью б , подключенный к входу контрольной линии 1, эталонный тракт 7, состоящий из последовательно соединенных линий 8 задержки, регулятора 9 модуля коэффициента передачи, фазовращателя 10 и подключенный к выходу контрольной линии 1, блок 11 управления амплитудно-фазовым распределением ФАР, соединенный с блоком 4 фа зирования, ответвитель 12, подключенный к выходу блока 4 фазирования блок 13 сравнения, к входам которого подключены один из выходов ответвителя 12 и выход эталонного тра та 7, синтезатор 14 частот гетеродина, хронизатор 15, соединенный с управляющим входом блока 2 ключей и измерителя 16 спектральной плотно ти мощности, соединенного с выходом блока 13 сравнения, и вычислитель 1 отношения с индикатором. Способ контроля диаграммы направленности фазированной антенной решетки реализуется следующим образом. В рабочем режиме после установле ния заданного амплитудно-фазового распределения в блоке 4 фазирования блок 11 выдает сигнал запуска на генератор 6 импульсов, длительностью где Fg - верхняя граница полосы пропускания контролируемой ФАР, устанавливает на выходе синтезатора 14 частоту сигнала гетеродина, а на фазовращателе 10 эталонного тракта 7 - фазовый сдвиг в соответствии с предполагаемьи угловым положением главного максимума диаграммы направленности (ГМ ДН) и осуществляет запуск хронизатора 15, которьй в свою очередь выдает стробы временного положения откликов контрольных импульсов на выходе ФАР и эталонного, тракта 7, а также сигналы управления блоком 2 ключей. С выхода генератора 6 импульс (нечетный), появившийся в результате запуска, подается на вход контрольной линии 1 и с ее выхода через эталонный тракт 7 поступает на один из входов блока 13 сравнения. Ключи блока 2 в этот момент времени закрыты.и на выходах блока 4 фазирования и ответвителя 12 отклик нечетного контрольного сигнала отсутствует. Поэтому нечетный отклик с выхода эталонного тракта 7 пройдет без искажений (только уменьшившись по уровню на 3 дБ) на вход измерителя 16 спектрапьной плотности мощности, где произойдет измерение спектральной плотности мощности нечетного импульсного отклика с выхода эталонного тракта 7 начастоте, соответствующей угловому положению ГМ ДН, ив полосе частот, соответствующей угловым разме- . рам ГМ ДН. После зтого результат измерения в цифровом виде поступит в вычислитель 17 отношения. При повторном запуске (четном) генератора 6 каждый из ключей блока 2 открывается и четные контрольные импульсы поступают через отводы контрольной линии 1 и блок 3 на все N входов блока 4 фазирования, куда от излучателей 5 через вторые входы того же блока 3 также поступают и рабочие сигналы ФАР, причем контрольные импульсы и рабочие сигналы разнесены по времени и взаимное их влияние исключается. Одновременно четный контрольньй импульсс выхода контрольной линии 1 через эталонный тракт 7 поступит на один из входов блока 13 сравнения, на второй вход которого поступит четный импульсный отклик с выхода ФАР. 3 Поскольку спектр одиночного импупьса с длительностью С 1 /F на выходе контрольной линии 1 представ ляется в пределах полосы контролиру мой ФАР как совокупность гармоничес ких составляющих с равномерным ампл тудным и линейным фазовым распредел ниями, то на выходе ФАР мгновенный амплитудный спектр четного импульсного отклика (как показано в протот пе) представлет собой совокупность тех же спектральных составляющих, но с огибающей, соответствующей вид ДН ФАР. В частном случае, при установке равномерного амплитудн-ого распределения в блоке 4 фазирования и линейного фазового распределения с разностью фаз между N входами uqt const, комплексная частотная характеристика эквивалентного четырехполюсника, образованного контрол ной линией 1 и блоком 4 фазирования без учета временной задержки и начального фазового сдвига в сумматоре мощности и соединительных связях имеет вид . ((j-GOo To/2- q/2l М-5;п Сы-аз„)То/2-бЧ/2 (О -;и-0(-соо) о/2-ад/г х-е где Т - величина временной задержки между отводами контроль ной линии 1i СО,, - средняя частота рабочей по лосы ФАР. Из выражения (1) видно, что в этом случае огибающая спектра импульсного отклика на выходе ФАР имеет форму ДН для заданного амплитyднo-фaзcfвoгo распределения в блоке 4 фазирования с главным максимумом, смещенным по частоте относительно средней частоты QO на величинуЩ (2)

а фазовый спектр Cf (со) этого отклика будет иметьлинейный характер в пределах ГМ и боковых лепестков огибающей спектра со скачками фазы в области нулевых значений огибающей спектра и также является функцией

®5T(Ni)u(p/2. (6)

и находится в о.тличие от выражения (5)в зависимости от величины дц линейного фазового распределения 314 фазового распределения ip const, в блоке 4 фазирования фИ М(ш-Сх)о1То/26.С|/2, (3) Таким образом, при определенных, установленных заранее параметрах эталонного тракта 7 по весу, задержке и фазе с помощью регулятора 9, линия 8 задержки, фазовращателя 10 соответственно и отсутствии искажений ГМ ДН на выходе блока 13 произойдет взаимная компенсация (векторное вычитание) спектральных составляющих импульсного отклика с выхода ФАР и эталонного тракта 7, адекватных угловым размерам ГМ ДН. В результате на выходе блока 13 будем иметь разностный импульсный сигнал (отклик), по временному положению соответствующий четному контрольному импульсу, но имеющему скомпенсированные спектральные составляющие в области ГМ. Необходимая для компенсации величина временной задержки Тд и фазового сдвига эталонного тракта 7 определяется из равенства .(u-Wol(MTo/2vT -(N-Obq /2 («-СОо)(ММПо+Тл 1-0эт, где Т - величина временной задержки в сумматоре мощности блока 4 фазирования и соединительных связях. Исходя из равенства (4), величина временной задержки определяется как Т„ T2:-(N-1)To/2 const (5) и не зависит от фазового распределения .ACf const, устанавливаемого в блоке 4 фазирования, т.е. в конечном счете от величины отклонения ГМ ДНо и устанавливается однократно при сборке схемы измерения. Величина 9. фазового сдвига эта онного тракта 7 определяется из выа;к-енкя (4)

в блоке 4 фазирования и подлежит изменению при изменении положения ГМ ДН. Для получения компенсации при изменении положения ГМ огибающей спектра в пределах рабочей полосы ФАР, а также хорошей линийности фазочастотной характеристики (ФЧХ) эталонного тракта 7 в пределах этой полосы его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) должна иметь полосу пропускания намного более широкую, чем рабочая полоса ФАР. Это приводит к тому, что не все составляющие спектра в пределах полосы, занимаемой ГМ огибающей, компенсируются одинаково, поскольку амплитуда компенсирующих составляющих импульсного отклика эталонного тракта 7 одинакова JB пределах полосы ГМ огибающей, в то время как те же составляющие спектра импульсного отклика с выхода ФАР имеют спадающее к краям ГМ огибающей амплитудное распределение. В измерителе 16, куда поступает разностный импульсный сигнал, для ограничения ширины спектра до величины, соответствукщей угловым

размерам главного максимума диаграммы направленности и весовой обработки выделенной части спектра вместо узкополосного фильтра ПЧ с прямоугольной амплитудно-частотной.характеристикой (АЧХ) устанавливают фильтр, настроенный на промежуточную частоту (ПЧ), но имеющий форму

АЧХ в полосе прозрачности, близкую к форме ГМ огибающей спектра. Это позволяет интегрально измерить спектральную плотность мощности скомпенсированных спектральных составляющих

разностного импульсного отклика только в области частот, адекватных угловым размерам ГМ ДН.

Результат измерения в цифровом виде поступает в вычислитель 17 отношения, где производится вычисление отношения величины спектральной плотности мощности разностного импульсного отклика, соответствующего четному импульсному сигналу, к величине спектральной плотности мощности импульсного отклика эталонного тракта 7.

Г-р5/V-/ (А

/X у г л

/V

yV-/

/

п

Зс 4 г 4 ФФ

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДИАГРАМШ НАПРАВЛЕННОСТИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ по авт.св. № 949548, отлича.ющийся тем, что, с целью повышения точности при контроле искажений формы главного максимума диаграммы направленности, на вход контрольной линии подают последовательность коротких видеоимпульсов с шириной спектра, соответствующей угловым размерам главного максимума, причем с отводов контрольной линии НИ входы фазирующей системы подают кажД| 1Й четный видеоимпульс, сигнал с выхода контрольной линии задерживают во времени, взвешивают по амплитуде, сдвигают по фазе на величину, определяемую положением главного максимума диаграммы направленности, вычитают амплитуды четньк импульсных сигналов с выхода фазированной антенной решетки из амплитуд четных импульсных сигналов, сдвинутых по фазе, последовательно измеряют спектральную плотность мощности полученного разностного импульсного сигнала и спектральную плотность мощности импульсного сигнала с выхода контрольной линии, соответствующего нечетной последовательности импульсов, в полосе частот, определяемой угловыми размерами главного максимума, а величину искажений главного максимума определяют .по величине отношения спектральньгх плотностей мощности разностного импульса сигнала и импульсного сигнала с выхода контрольной линии, сдвинутого ho фазе. (Л 2. Способ ПОП.1, отличаюлц и и с я тем, что спектральную плотность мощности импульсного сигнала в полосе частот, определяемой угловыми размерами главного максимума, определяют путем предварительного ограничения ширины его спектра до величины, соответствзпощей угловым размерам главного максимума, и последующего взвешивания спектральных составляющих в соответствии с формой оги- wff бающей главного максимума спектра час- тот импульсного сигнала с выхода контролируемой фазированной антенной решетки.

г п /jr yr /7Ф Вых.АР о