Устройство для определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот Советский патент 1989 года по МПК G01R29/10 

оо .

где R(K,y,t) -JFo(u-0 A(x,y,d)exp jc|(x,y,o) - jt(CO-CO JdCO, - (2)

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения повьшение точности определения диаграммы направленности антенны при одновременном расширении диапазона частот. Для этого устр-во содержит исследуемую антенну 1, импульсный источник 2 зондирующих сигнало1в, зондовую антенну 3, блок перемещения 4, смесители 5, 8, 10, 16, .19 и 22, блок стробирования 6 с регулируемой длительностью стробирования, дисперсионные линии задержки 7 и 18, усилители 9, 20 и 23, полосовой фильтр 11, фазовые детекторы 12 и 13, блоки гетеродийа 14, 15 и 21, линию задержки 17, фазовращатель 24 на 90°, АЦП 25 и 26, регистр 27 временных задержек, амплитудный детектор 28, осциллограф 29. и блок пространственного преобразования Фурье 30. Возможность проведения измерения обеспечивается увеличением длительности сигналов, .характеризующих распределение .поля антенны, по сравнению с длительностью измерительного радиоимпульса. Измерения распределений поля могут одновременно проводиться на ряде частот в рабочей полосе антенны, что, сокращает время измерений, проводимых в каж- дои точке по одному измерительному радиоимпульсу. 1 ил. i (Л

реакция антенны 1 на измерительный радиоимпульс в точке с координатами (х,у);

Рд(сэ-сЭд) - спектральная функция измерительного радиоимпульса.

При этом можно считать, что длительность реакции (2) имеет порядок длительности измерительного радиоимпульса d.

Напряжение иа входе четвертого смесителя 16 (на входе опорногЬ ка

(t) Re , Arx,y,n(t) (t) Q, t TJjlTai L

j(t-a,) /+ jcf x,y, n(t).

нала устройства) поступающее не- .посредственно с выхода импульсного источника 2 зондирующих сигналов, определяется выражением

Uo(t) « fo(t)co8Qot.

(3)

50

Отклик на.выходе-первой дисперсионной- линии задержки (ДПЗ) 7; описывается следующим выражением

1451622

Отклик на выходе второй ДПЗ I . , описывается формулой соответствующий входному сигналу 3,

e,(t) - Re (t) exp f jo,t + j J-(t - a, Я (5) Nj-iTa, г JJ

a a

U, где J2(t) a,-ь 5-(t-a.) - nmsfi г

ная функция времени, характеризующая временной масштаб откликов (4) , (5);

величина дисперсии идентичных ДПЗ 12 и 13; величина их начальных задержек;

начальная частота их рабочих полос.

Так как полосы спектров радиоим- пульсов, поступающих на вход устройства полностью заполняют рабочие по- -лосы ДПЗ 7 и 18, выражения (4), (5) с высокой;точностью справедливы при использовании для преобразования частоты сигналов на входе обоих ка- Налов пёрвох о блока гетеродина 15 фиксированной частоты. Дополнительная фазовая погрешность, которая связана с отсутствием модуляций час18о1 t) Re, jx,y

J Л .(t)

Отклик на выходе пятого смесителя 19 описывается выражением

8« (t) Щ FO йСО ехр j(CO,-Qjt -н j -д-(t-a,), - HJ i 32.

Сигналы (6) и (7) после, необхо- димого усиления в усилителях 9 20 подаются на третий смеситель 10, на

1

выходе которого вьделяется сигнал разностной частоты

gp(t). Re(. AJx,y, Q(t) ) ехр jUpt + j(,y, П {t) (8)

Одновременно сигналы второго 15 и .третьего 21 блоков гетеродинов, ho- даются на шестой смеситель 22,.на выходе которого вьделяется сигнал разностной частоты

и

Р

cdsOpt.

(9)

Сигнал (8) через полосовой фильтр П подается параллельно на первый 12 и второй фазовые 13 детекторы. На опорный вход первого из них не-.

тоты первого блока гетеродина 15 по закону, согласованному с параметрами ДПЗ 7 и 18, имеет порядок

arctg i :-,

где D - коэффициент сжатия ДПЗ.

Для используемых ДПЗ обычно D - 1000, и эта погрешиость пренебрежимо мала.Для исключ ения из отклика (4) модуляции несущей частоты и суженияширины его спектра при сохранении полезной информации частота отликов (4) и (5) преобразуется с помощь второго 8 и пятого 19 смесителей, на гетеродинные входы которых подаются сигналы от второго 15 и третьго 21 гетеродинов с частотами,равными(|)аИ (о We) . Полученный в результате такого преобразования отклик на выходе второго смесителя I6 описы- вается выражением

ехр j(Q, + Qj+Op)t

(6)

(7)

выходе которого вьделяется сигнал разностной частоты

посредственно подается сигнал (9), 50 а на опорный вход второго - сигнал

sinOpt, (I )

который формируется за счет прохож- дения выходного сигнала шестого 24 55 смесителя 22 через усилитель 23 и фазовращатель на 90.

В результате на выходе первого .фазового детектора 12 вьщеляется .сигнал

еог

,l(t) F,n(t) cos(x,y,Q(t) (П)

на вькоде второго фазового детектоI

ра 13 - сигнал

8оП) ,y,n(t) ) ,y,Q(t)j. (12)

Длительности сигналов (П) и (12) определяются величинами изменения задержек в рабочих полосах ДПЗ 7 и 18 и составляют десятки мик росекунд. Это позволяет с помощью стандартных АЦП 25 и 26 преобразовать их в цифровую форму, а затем с помощью блока 30 пространственного преобразования Фурье определить диаграммы направленности антенны 1.

Из (11) и (12) следует, что для определенных выбранных моментов времени .t- Ьигналы на выходах фазовых детекторов 12 и 13 определяют квадратурные составляющие распределений полей в плоскости (х,у) для частот Q l ri(t ). Поэтому, если на выходе каждого из фазовых детекторов 12 и 13 включать ряд ДЛЗ 7 и 18, синхронизируемых в моменты времени t- , то соответствующие распределения-полей находят для всех значений частот CO, Q(t.;). Указанная синхронизация АЦП 25 и 26 осуществляется пу- тем различной задержки соответствующих синхроимпульсов относительно измерительного радиоимпульса, подавае. мых с выходов регистра 27 временных задержек, на вход которого поступаю сго1хроимпульсы с выхода генератора 33 коротких видеоимпульсов. I Таким образом, с одной стороны длительиость сигналов, характери- зукицих распределение поля антенны существенно увеличивается по сравнению с длительностью измерительного радиоимпульса, что обеспечивает проведение измерений. Распределения поля могут одновременно измеряться иа ряде частот в рабочей полосе антенны, что значительно сокращает время измерений, которые в каждой точке (х,у) проводятся по одному из мерительному радиоимпу1шсу.

Длительности сигналов (12) и.(13 uto - 2/а4/ЛСО, (13)

ра 13 - сигнал

- щирииа спектра измерительного радиоимпульса, которую целесообразио выбрать равной рабочей полосе ДПЗ 7 и 18.

Например, Для радиоимпульса колокольной формы 6СО« 21i /d, где d, - длительность радиоимпульса на уровне

ДПЗ

Если ввести коэффициент сжатия ,

,

(1А)

ЗО 40 55

25 то для отношения длительности отклика на выходах фазовых детекторов 12 (т.е. на входах АЦП) и длитель- / ности импульса

D.

(15)

При коэффициентах сжатия ДПЗ поядка 10 расширение длительности сигнала, определяющего поле в точс координатами X, у, достаточньм я обеспечения высокой точности фа- зового детектирования и аналого-циф- рового преобразования. Например,при величине d . 20 не, обеспечивается U tfl 20 МКС, что соответствует параметрам широко распространенных АЦП в интегральном исполнении.

Согласно (11),(12) уменьшение амплитуды сигналов, характеризующих отсчеты значений поля, за счет растяжения во времени измерительных импульсов

1

,« (1

Используя 3) и 14), находят irli/uO и п -

UQFo

1 (t)l д,в1кс йля радиоимпульса jco- локольной формы (t)J Отсюда .,

d йы2лГ

Уменьшение амплитуды сигнала за счет его растяжения во времени приводит к соответствующему уменьшению в 1/п„раэ отношения сигнал/шум на выходе фазовых детекторов 12 и 13 по сравнению с этим отношением на . выходе зон- довой антенны 3, поскольку уровень шума, определяе1«(й полосой частот доз остается неизменным. Од- нако вместе с тем полоса частот полосового фильтра 11, подключенного к выходу смесителя 10, должна быть выбрана таким образом, чтобы пропускать спектр расширенного во времени сигнала (8). Так как форма указанного радиосигнала в рассматриваемом случае близка к колокольной, ширина его спектра и соответственно ширина полосы фильтра П До) 2 &/uto, и отноение полос сигнала на входе и выходе фильтра 1 1

йО/ЛМл, 4 f

2-9. utou

За счет указанного сужения, полосы фильтра 11 уровень шума уменшится в VS раз при неизменной амплитуде сигнала (8). В конечном итоге отношение сигнал/шум на выходе фильтра 11 будет таким же, как на выходе зонда 3j т.е чувст-. витальность предлагаемого устройства будет .такой же как при использовании амппифазометров, работаюцих на непрерывных сигналах.

Устройство для определения ди граммы направленности антенны в диа пазоне частот, включлющее импульс ный источник зондирующих сигналов выход которого подключен к входу следуемой антенны, зондовую антен ну. установленную с возможностью ремещения и аналого-цифровые прео разователи первой и второй групп, выходы которых подключены к входа блока пространственного преобразо 15 ния Фурье, отличающеес тем, что, с целью повышения точно при одновременном расширении диапазона частот, в него введены пос довательно соединенные первый сме 2Q ситель, блок стробирования с регу руемой длит ельиостью стробировани первая дисперсионная линия задержк второй смеситель, первый выходной усилитель, третий смеситель и поло 25 совой фильтр, выход которого подкл чен к первым входам введенных первого и второго фазовых детекторов первый вход первого смесителя подсоединен к выходу зондовой антенны 30 а второй его вход подключен к выхо введенного первого блока гетеродин второй вход блока стробирования с гулируемой длительностью стробирования подсоединен к управляющему выходу импульсного источника зонди рующих сигналов, второй вход второ смесителя подключен к выходу введенного второго блока гетеродина, последовательно соединенные четвер тый смеситель, линию задержки, вто рую дисперсионную линию задержки, пятый смеситель и второй выходной усилитель, выход которого подключе к второму входу третьего смесителя

Функция А x,y,9(t) (t)

при равиомерных АЧХ зондовой антен- ц а первый вход четвертого смесителя ны 3 и двухканальиого преобразовате- подсоединен к выходу импульсного

ля частоты определяют частотную зависимость коэффициента передачи антенны 1 в полосе спектра измерительного радиоимпульса (величина спектра радиоимпульса в этой полосе практически постоянна). Для регистрации указанной зависимоеисточника зондирующих сигналов, а второй вход четвертого смесителя подключен к выходу первого блока ге gQ теродина, второй вход пятого смесителя подсоединен к выходу третьего блока гетеродина, последовательно соединенные шестой смеситель, усили

источника зондирующих сигналов, а второй вход четвертого смесителя подключен к выходу первого блока ге- gQ теродина, второй вход пятого смесителя подсоединен к выходу третьего блока гетеродина, последовательно соединенные шестой смеситель, усилити к выходу Первого выходного уси- тель, фазовращатель на 90, выход литепч 9 подключается амплитудный /gg которого подключен к второму входу детектор 28, а его выходной сигнал, второго фазовогр детектора, а вто- описывакщий соответствующий коэф- рой вход первого фазового детектора фициеит передачи, может регистри- подсоединен к выходу усилителя, пер- роваться с помощью осциллографа 29. вый и второй, входы шестого смесителя

Формула изобретения

10

Устройство для определения диаграммы направленности антенны в диапазоне частот, включлющее импульсный источник зондирующих сигналов, выход которого подключен к входу исследуемой антенны, зондовую антен- ну. установленную с возможностью перемещения и аналого-цифровые преобразователи первой и второй групп, выходы которых подключены к входам блока пространственного преобразова- 15 ния Фурье, отличающееся тем, что, с целью повышения точностн при одновременном расширении диапазона частот, в него введены последовательно соединенные первый сме- Q ситель, блок стробирования с регулируемой длит ельиостью стробирования, первая дисперсионная линия задержки, второй смеситель, первый выходной усилитель, третий смеситель и поло- 5 совой фильтр, выход которого подключен к первым входам введенных пер вого и второго фазовых детекторов, первый вход первого смесителя подсоединен к выходу зондовой антенны, 0 а второй его вход подключен к выходу введенного первого блока гетеродина, второй вход блока стробирования с регулируемой длительностью стробирования подсоединен к управляющему выходу импульсного источника зондирующих сигналов, второй вход второго смесителя подключен к выходу введенного второго блока гетеродина, последовательно соединенные четвертый смеситель, линию задержки, вторую дисперсионную линию задержки, пятый смеситель и второй выходной усилитель, выход которого подключен к второму входу третьего смесителя.

5

0

а первый вход четвертого смесителя подсоединен к выходу импульсного

источника зондирующих сигналов, а второй вход четвертого смесителя подключен к выходу первого блока ге- gQ теродина, второй вход пятого смесителя подсоединен к выходу третьего блока гетеродина, последовательно соединенные шестой смеситель, усили тель, фазовращатель на 90, выход gg которого подключен к второму входу второго фазовогр детектора, а вто- рой вход первого фазового детектора подсоединен к выходу усилителя, пер- вый и второй, входы шестого смесителя

9145162210

нодклгочены к выходам второго и треть- группы и подключены к п-ну выходу его блоков гетеродина соответствен- введенного регистра временных задер- но,выходы первого и второго фазовых де- жек, вход которого подсоединен к уп- текторов подключены к входам аналого- равляющему входу импульсного источ- цифровых преобразователей первой и вто- ° ника зондирующих сигналов, последо- рой групп соответственно, причем уп- ватёльно соединенные амплитудный де- равляющий вход аналого-цифрового пре- тектор, вход которого подключен к образователя первой группы подсоеди- выходу первого выходного усилителя, ней к управляющему входу п-го аналого- о и осциллограф, где iv 1,2,. .,.N, N цифрового преобразователя второй число частотных каналов.