Устройство для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки Советский патент 1988 года по МПК G01R29/10 

(Kid,

1И-ят;.

Г т

fO

15

20

11442940

Изобретение oT focn i cn к технике антенных измерений и может быть использовано в составе комплекса для снятия амплитудно-фазового распределения в раскрыве с помощью неподвижного зонда.

. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки со строчно-столбце- вым управлением с помощью неподвижного зонда.

На чертеже приведена структурная электрическая блок-схема устройства для измерения амплитуд и фаз излучения элементоа фазированной антенной решетки (ФАР) с помощью неподвижного зонда.

Устройство содержит генератор 1 СВЧ-колебаний, напраЕленный ответ- витель 2, генератор прямоугольных лм пульсов 3, измеряемую ФАР 4 с диск-: ретно-управляемыми фазовращателями 5 первый коммутатор 6, счетчик.7, второй коммутатор б, двухразрядный фазо вращатель 9, первый делитель Ю частоты на k, первый делитель 11 частоты на два, второй делитель 12 i.acTO- ты на п, второй делитель 13 частоты на два, третий делитель 14 частоты на с, неподвижный зонд 15, вентиль 1б, СВЧ-сумматор 17, квадратичный детектор 18, третий коммутатор 19, фазовращатель 20 на 90°, первый полосе- вой фильтр 21, второй полосовой фильтр 22, третий полосовой фильтр 23, первый дифференциальный усилитель 24, инвертор 25, второй дифференциальный усилитель 26, первый фазовый детектор 27, второй фазовый детектор 28, первый фильтр 29 низкой частоты, второй фильтр 30 низкой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 СВЧ-колебаний, работающий на частоте , возбуждает исследуемую ФАР 4. На расстоянии порядка размеров ФАР 4 расположен неподвижный зонд 15, принимаюйЕий сигнал антенной решетки.На вход управления ФАР по строкам, соответств ую- щим строке, на которой расположен из

. N-U

АП „ kh

3()

40

45

50

меряемый элемент, от г прямоугольных импульсо сигнал управления част где F частота сигнал прямоугольных импульсо скольких периодов моду строки по фазе, по сиг чика 7 происходит пере коммутаторов 6,8 и 19 заданного отрезка врем ляется модуляция по фа столбца, в котором нах мьй элемент с частотой налу счетчика 7 происх чение коммутаторов 6,8 чение того же отрезка ществляется модуляция па строки и столбца, нии которых находится мент с частотой F/k. При излучатель излучает си лированньй по фазе с ч индекс модуляции Т/2. и третий фильтры 21-23 лосу пропускания неск не пропускают сигнал, ш;нй фазовой модуляции 2F/k, и совмещают три мени, а с помощью дифф .усилителей 24 и 26 осу суммирование первы : дв и КЗ полученной суьйчь тнй сигшал, TiTo дает дз лить из cyi iapKoro сиг сигнал отдельного излг мощью двух фазовых дет вого 27 и второго 28 - ля 20 на 90 измерить составляющие этого сиг

Сигнал на выходе СВ

равен

А Wot

где , - несущая часто нератора 1 СВЧ амплитуда сиг тора 1 СВЧ-хо

АО При первом положении (осуществляется кодуляц сигнала строки, на кото ся измеряемый элемент) вом входе СВЧ-сумматора

a,(t)«g 4c f cos(uj, k,r,) -ь |o|-c,| (i + .

- tttl Л-п р..

O

5

0

()

0

5

меряемый элемент, от генератора 3 прямоугольных импульсов постуггает сигнал управления частотой F/k, где F частота сигнала генератора 3 прямоугольных импульсов. После нескольких периодов модуляции сигнала строки по фазе, по сигналу от счетчика 7 происходит переключение всех коммутаторов 6,8 и 19 и в течение заданного отрезка времени осуществляется модуляция по фазе сигнала столбца, в котором находится измеряе- мьй элемент с частотой F/k. ПО сигналу счетчика 7 происходит переключение коммутаторов 6,8 и 19 и в течение того же отрезка времени осуществляется модуляция по.фазе сигна- па строки и столбца, на пересечении которых находится измеряемый элемент с частотой F/k. При этом измеряемый; излучатель излучает сигнал, промоду- лированньй по фазе с частотой 2F/k, индекс модуляции Т/2. Первый, второй и третий фильтры 21-23,, имеющие полосу пропускания нескольких герц, не пропускают сигнал, соответствую- ш;нй фазовой модуляции с частотой 2F/k, и совмещают три сигнала во времени, а с помощью дифференциальных .усилителей 24 и 26 осуществляется суммирование первы : двух сигналов и КЗ полученной суьйчь вычитается тре. тнй сигшал, TiTo дает дзозможность цьще- лить из cyi iapKoro сигнала решетки сигнал отдельного излг чателя и с помощью двух фазовых детекторов - первого 27 и второго 28 - и фазовращателя 20 на 90 измерить квадратурные составляющие этого сигнала.

Сигнал на выходе СВЧ-генератора 1,

равен

А Wot ,

где , - несущая частота сигнала генератора 1 СВЧ-колебаний; амплитуда сигнала генератора 1 СВЧ-холебаиий.

АО

При первом положении коммутаторов (осуществляется кодуляция по фазе сигнала строки, на которой находится измеряемый элемент) сигнал на первом входе СВЧ-сумматора имеет вид

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения амплитуд и фаз излучения эл-тов фазированной антенной решетки (ФАР) со строчно-столбдевым управлением с помощью неподвижного зонда. Устр-во содержит г-р t СВЧ-колебаний, направленный ответвитель 2, г-р 3 прямоугольных импульсов, измеряемую ФАР с дискретно-управляемыми фазовращателями 5,ДБухразрядный фазовращатель 9,; делители 10, 12 и 14 частоты на k,n и с, делители 11 и 13 частоты на два, неподвижный зонд 15, вентиль 16, СВЧ-сумматор 17, квадратичный детектор 18, фазовращатель 20 на 90, фазовые детекторы 27 и 28 и фи-пьтры 29 и 30 низкой частоты. Цель достигается введением коммутаторов 6, 8 и 19, счетчика 7,полосовых фильтров 21, 22 и 23j дифференциальных усилителей 24 и 26 и инвертора 25, 1 ил. и

4 -с-

kt-fAs k - .л k2ri,t) X + ,-i- (в,,, ): Х., г sin hSl,t -J, лг К.

m

ie

где k(ky) - коэффициент передачи g

n-го (1-го) канала ФАР t|(cf.) - фазовый сдвиг п-го (1-го) канала ФАР; г(г1) - расстояние между фазовыми центрами неподвижного 10 зонда и излучателя п-го (1-го) канала ФАР, N - количество элементов решетки

L - количество элементов в 15 строке;

-индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов переда-го чи при фазных сдвигах - -ТГ/2, +f/2 в 1-м канале ФАР

-индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах - -1Г/4, в 1-м канале ФАР} 30

0, г1Г/2 - индекс фазовой манипуляции при переключении дискретов , +«72

1442940

л °° 1

+ () - : sin 2k Л, t,

. f

- индекс фазовой манипуляu.i.,« k I

ции при переключении дискретов , +, ,

- неточность установки фазового сдвига ii /2

- неточность установки фазового сдвига f

2П, 21

F k

1 2(Г

G,(Cf)

m

21

25

-частота сигнала генератора 3 прямоугольных импульс ов|

-волновое числоJ

-длина ВОЛНЫ}

-коэффициентf характеризующий диаграмму направленности излучателя в направлении на зонд и диаграмму направленности зонда в направлении на излучатель;

Обозначим;

R АО „ -„- CH,

г- -г

f

Сигнал, поступающий на второй вход СВЧ-сумматора 17 подвергается двойной фазовой манипуляции и описывается выражением

ai(t) DA/1 + m, sin kSl,t)(1 +

1 k5, J,y

/о л

+ г sin ki1,t) X C.Qs( + (0,+

- (3/S

+ Л03) : sin -b (,) f i .t),

Urt. J,.5,K.

k-/,

де h,, - индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых g сдвигах , фазовращателем опорного каналаJ

m - индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах -f/4, + i( /4 фазо- . вращателем опорного каналаj

лб, - точность установки фазового сдвига 6i фазовращателем 5 опорного канала;

Л04 точность установки фазового сдвига Э гфазовращателем 5 опорного канала,

50

55

:

u.i.,« k I

ции при переключении дискретов , +, ,

неточность установки фазового сдвига ii /2

неточность установки фазового сдвига f

2П, 21

F k

1 2(Г

G,(Cf)

-частота сигнала генератора 3 прямоугольных импульс ов|

-волновое числоJ

-длина ВОЛНЫ}

-коэффициентf характеризующий диаграмму направленности излучателя в направлении на зонд и диаграмму направленности зонда в направлении на излучатель;

АО „ -„- CH,

г- -г

f

Сигнал, поступающий на второй вход СВЧ-сумматора 17 подвергается двойной фазовой манипуляции и описывается выражением

(,) f i .t),

.5,K.

k-/,

D - коэффициент, характеризующий уровень сигнала, ответвляющегося в опорный канал;

2Й, - I 2н п

На выходе СВЧ-сумматора сигнал исывается вьфажением

50

a3(t)

а ,(t) + aj(t)

55

На квадратичного детектора 18 вьщеляется сигнал, пропорциональный /a(t)/ .

Выход коммутатора 6 в данный момент времени соединен с входом фильтра 21, настроенного на частоту ( -Sli)/2 n таким образом, на выходе фильтра 21 сигнал имеет вид:

51442940 6

) Bj cos( ) cos (,) t( 1 +

ffi -t

+ n. - IL BpSin(fj + k.r, ) sin( -Я.)Ь(1 ).

Этот сигнал поступает на первый , герц, а время существования сигнала

вход первого дифференциального усили-10на выходе. фид тра--мшшксекунда, что

теля. Полоса пропускания фильтра 21возможно осуществить на практике, (аналогично фильтров 22 и 23) выбира- При втором положении коммутаторов

ется из условия, чтобы сигнал на вхо-(осуществляется модуляция по фазе сигде дифференциального усилителя су нала столбца, на котором находится

ществовал отрезок времени, соответ- 15измеряемый элемент, коммутатор 19 выствующий переключению коммутатора 6ходом соединен с входом фильтра 22)

в три положения. Поэтому полоса фильт-сигнал на первом входе СВЧ-сумматора выбирается порядка несколькихра имеет вид

a,(t) . |-Г С Voku-.t v к,г„) + 5°|, «,;(

M.

+ . + + (9,+ ае,..) -И. I sin k5i,t + (

J Us 1i 5,5 К.,

где М - количество элементов в. столб- По аналогии сигнал на выходе

це.30 фильтра 22 можно описать выражением

+ т,, - Ц .- sin kq,t) X (1 + m,,,r I г sin kn,2t)co.s( .4.S

i ьь

4

a.(t) 4D,A,J ,COS(||.+ .)cos{S,-Sl,)t (1 + , + m,.,) -|jD4A,| J B sin (i;,+ ) sin ( .

-,)t(1 -de,j5 тг;т44/1ГЪ,

Этот сигнал поступает через инвер- циального усилителя, на выходе кото- тор на второй вход первого дифферен- рого имеется сигнал вида

ат(О D Ajcos(,) Bjcos( k,rj)(l +

Ai Ь+480

. .Т bi

+ ) +1;: - Bjcos(if,+ .)(1 +

/II

+ sin(,)t ( j) (1 -Л 6,184- j ;;Bj«i(

при третьем положении коммутато-положен измеряемый элемент, коммутаров (осуществляется одновременно мо-татор 6 своим выходом соединен с входуляция по фазе сигнала строки иДом фильтра 23) сигнал на первом вхостолбца, на пересечении которых рас-де СВЧ-сумматора 17 имеет вид

;cos(.,t.v.) - t-l cj (1 4 V- 14 1

+ m + 3|rZ-. sink,,t)x (l+mj.H - sin ka,t)co8 Wj,t +

+ .Ч, + k;,r; + (в,+ йе, - sin kRt(e,+ d6,j.) Z -sin 2kSl,t +

1|3,S IV I 1,3.S bw

1442940

А. v п k,

+ Z- С. - (Нга e 1 - sin ) x (1 тг Ц - sin 2k il,t)cos|l.t +

f-, Г«1ll ,3,5 К |,i,S К

5+ (в,+40 Г - sinkfl,t + ().| sin 2kfl,t

Сигнал на выходе фильтра 23, на- можно описать выражением строенного на частоту (.А - Л,)/2я,

ag(t) 4l (fl-,) I B / cos ( k. +

ГГ.

ГГ.

,e,) +1 - 6j, cos( )(1 -«- + m . ) - sin(fl,-fl,)t4 Г. ( k,t-j)(1 - . -ле„.8,- ш,,ш, |,-| fJB,, sinCv 4- k,r)(1 - m,)j .

При этом сигнал от измеряемоговход второго днф(1)еренциального усюги-элемента промодулирован по фазе с теля 26, на первый вход которого почастотой 2F/k, индекс модуля1:1ии f/2дается сигнал с выхода дифференц11альи на выход фильтра 23, настроенногонего усилителя 24. Так как эти налы совмеЕ5ены во временИу то на частоту не проходит. усштителя сигнал имеет БВД

Этот сигнал поступает на .второй

г

a,o(f) ( i/, k г, )cos((1 +

. m.m -p - sin( ч).+ k,r.)cos(ПJ-Я,)t(1 +

4

mj-m -,

т.е. вьщеляется удвоенный сигнал от- детектора 27 поступает сигнал вида, дельного измеряемого излучателя.

После делителя частоты на сА. cos(.

Ла- Я, F „ О „- „а второй вход фазового. „ фазового детектора 27

a,,(t) 4 D.,cos(4. -ь kдr;)(1 64 +

4 -jjt т2,-га) .

На второй вход фазового детекто-А-sin(fij-fl,)t.

pa 28 поступает сигнал видаНа выходе фазового детектора 28

aii(t). 4 Dck |, sin (ч.-ь .)(i-j6,.a6 |а™г;™4 По полученным данным можно рассчи-можно измерить амплитудно-фазовое растать k-и (/. каждого канала ФАР. Вели-ggпределение ФАР со строчно-столбцевым

чины г. для каждого канала известныуправлением с помощью неподвижного

и хранятся в памяти ЭВМ. Пода вая по-зонда. При этом погрешность измерений

следовательно сигналы управления наопределяется по формулам все строки и столбцы измеряемой ФАР,

I

I B

ГГ.

(&QI d.04

)sin(2i/;+ ,-)i II

. m,) cos (2i/,-+ 2 ).

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитуд и.фаз излучения элементов фазированной антенной решетки, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний, направленный ответви- тель, измеряемую фазированную антенную решетку (ФАР) с дискретно-управляемыми фазовращателями, йервый, второй и третий делители частоты, двухразрядный фазовращатель, первый И второй делители .частоты на два, последовательно соединенные неподвиж ный зонд, вентиль, СВЧ-сумматор и квадратичный детектор, первый и второй фазовые детекторы, первый и второй фильтры низкой частоты (ФНЧ), причем выход первого фазового детектора соединен с .входом первого ФНЧ, а выход второго фазового детектора - с входом второго ФНЧ, второй выход на- правленнрго ответвителя соединен с входом двухразрядного фазовращателя, выход которого соединен с вторым входом СВЧ-сумматора, гетеродинный вход первого фазового детектора соединен с выходом второго делителя частоты, гетеродинный вход второго фазового детектора соединен с выходом второго делителя частоты через фазовращатель на 90°, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входами первого, второго и третьего делителей частоты, выход первого делтеля частоты соединен с вторым разрядом двухразрядного фазовращателя и чрез первый делитель частоты на два 10

20

15

25

с первым разрядом двухразрядного фазовращателя, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности и измерения амплитуд и фаз излучения ФАР со строчно-столбцевым управлением, в устройство введены первый, второй и третий коммутаторы, пер- вьй, второй и третий полосовые фильт-г- ры, первый и второй дифференциальные усилители, инвертор и счетчик, причем вход первого коммутатора соединен с выходом квадратичного детектора, а выход - с входами первого, второго и третьего полосовых фильтров, выход первого полосового фильтра соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, выход второго через инвертор - с вторым входом первого дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя соединен с первьпч входом второт о дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего полосового фильтра, выход - с вторыми входами первого и второго фазовых детекторов, первый выход третьего делителя частоты соединен с входами второго и третьего комму- 35 таторов непосредственно, а второй выход - через второй делитель частоты на два, выход второго коммутатора соединен с входом управления ФАР по строке, выход третьего коммутатора - с входом управления ФАР по столбцу, входы управления всех коммутаторов соединены с выходом счетчика, вход которого соединен с выходом третьего делителя частоты.

30

40