Устройство для антенных измерений Советский патент 1989 года по МПК G01R29/10 

13

т-(Ю.

Изобретение относится к радиоизмв рйниям, к технике измерений характеристик излучения антенн ,

Цель изобретения - повышение точности измерений ,

Ца чертеже представлена структурная электрическая блок-схема устройства для антенных измерений.

Устройство для антенных измерений ; содержит генератор 1, N групп изме- : рительных зондов 2, испытуемзто антен ну 3, Y-циркуляторы 4, первую матри- цу 5 Батлера, аттенюаторы 6, фазовра :,щатели первой группы 7, N-1 дополни- ; тельные матрицы 8 Батлера, фазовраща ; тели 9, N-1 дополнительных групп СВЧ I сумматоры 10, смесители 11, направ- ленные ответвит и 12, N канальный , делитель 13, Гетеродин 14, СВЧ-уси- ; пители 15, первый СЕЧ-сумматор 16,

; Устройство для антенных измерений : работает следующим образом, : Известно, что оптимальный в сред- ; неквадратическом смысле процесс вое- становления диаграммы направленности (ДоН) F испытуемой антенны описывается соотношением : F йЗГг.Г. - зГ RezT x

(1)

где и 1 - матрица-строка комплексных сигналов приемных измерительных зондов Z« - матрица взаимных сопротивлений приемных измерительных зон- до в внутри измерительной камеры, матрица взаимных сопротивлений приемных измерительных зондов в свобод- кюм пространстве, I - единичная матрица, fs - матрица рассеяния прием- Hf измерительных зондов, (Q) - матрица-столбец из комплексно-сопряженных ДН приемных измерительных зондов.

Обозначим через матрицу г произведение матриц z, z t - x X ReZJ . Матрица г - это квадратная матрица, которая в случае экви- дистаншного расположения зондов на кольце является циркулярной и поэтому можно представить следующим образом

(2) где Ф и ф - унитарные матрицы прямого и обратного дискретных пре- образований Фурье соответственно, - собственные значения матрицы Г, равные значениям дискретного преобразования Фурье от элементов ее

X fA(9)

первой строки (.столбца). Собственные значения cif,- величины .комплексные, поэтому их можно представить слвдую- щим образом: cin ЛХп1ехр(ф„) . с учетом (2) вьфажение (1) запишется в

(2|B)l .ф i(2 jb,,qil,

. (3,

Обозначим через р (211Ь),

гдерп /e n/eKp(). Тогда Л п /Яп/ехр(М п), где (Лп) (о(п)()3п) п f Фп- Соотношение (3) реализуется следующим образом: напряжения Uj на выходах приемных измерительны зондов 2 подвергаются дискретному преобразованию Фурье Ф с помощью матрицы Батлара (Бласса) (многополюсник 5), умножаются на матрицу cif, которая является диагональной, что осуществляется при помощи аттенюаторов 6 и фазовращателей, вьтолненных в виде.постоянных отрезков линий передачи разной длины, соединяющих аттенюаторы 6 и фазовращатели 7, При

этом аттенюаторы 6 и указанные фазовращатели при прямом прохождении сигнала СВЧ fnp осуществляют его умножение на величину (Яо)/2 по модулю и на величину %/2 - по фазе. Для частоты . f - fг , на которой проводится обработка СВЧ сигнала, где f - СВЧ частота генератора 1, а f г - СВЧ гетеродина 14, близкая к f, фазовращатели 7 являются запредельными устройства,, т,е. представляют собой короткозамыкатели, поэтому дополнительное умножение измеренных СВЧ сигналов на величину (n)/rj. и внесение дополнительного сдвига фаз Ц г,/ 2 осуществляется при обратном прохождении электромагнитной волны через фазовращатели, вьшолненные в виде постоянных отрезков линий передачи разной длины, и аттенюаторы 6. Обратное дискретное преобразование Фурье осуществляется также с помощью многополюсника 5, В качестве схем 5 служат матриць: Батлера (или Бласса), выполненные либо на 3 децибельньк мостах и фиксированных фазовращателях, либо на связанных линиях. Значения ДН

7rv/2 11.

N снимаются с выходов Y-циркуляторов 4 в реальном масштабе времени.

314

Следует отметить, что фазировка на бесконечность в направлении вогнутости п-й группы измерительных зондов, расположенных эквидистантно на полуокружности, охватыв ающей испытуемую антенну по радиусу R, осуществляется при помощи дополнительных матриц Батлера, фагзовращателей 9, СВЧ сумматора 10 и первых матрицы Батле- ра 5, фазовращателе 7, СВЧ-сумматора 16 на частоте f генератора 1, сигнал которого излучается тестовой антенной с известной ДН, установленной, на место испытуемой антенны 3 на эта- пе калибровки установки. При этом СВЧ усилители 16 компенсируют затухание /Ли//2, введенное аттенюаторами 6 на частоте f, а фазоврап атели 7 компенсируют фазовый сдвиг Ч п /2 на сво- ем входе, вносимтлй постоянными отрезками линий передачи на частоте f. Измерительные зонды установлены эквидистантно на полуокружности, с таким же шагом установлены и группы з ондов друг от друга п-я группа измерителы- ньк зондов, сфокусированная на бесконечность, образует коллиматорный зонд для испытуемой антенны. При этом вследствие того .что апертура донда больше, чем у охватьгоаемой им испытуемой антенны, его ДН уже, Б связи с этим ДН зонда по отношению к ДН испытуемой антенны обладает фильтрующим свойством, т.е. она в.ырезает лишь фрагмент ДН испытуемой антенны в экваториальной плоскости в ;данном угловом направлении. Для измерения других сечений ДН испытуемую антенну необходимо поворачивать в меридио- нальной плоскости.

Для фильтрации сигнала fnp f - fp , поступающего на первую мат- рицу Батлера 5 через направленные ответБители 12, целесообразно приме- нять СВЧ полосовые фильтры в каждом канале на выходе смесителей 11, при этом сигнал СВЧ fr делится N-каналь- ным делителем ТЗ на N каналов (групп) и подается на первый вход смесителя 11 каждого канала -(группы измерительных зондов).

Следует отметить, что реакция измерительных зондов на амплитудно-фазовое распределение поля испытуемой антенны может быть учтена следующим образом. Предварительно обесточивают испытуемую антенну, нагружают ее на согласованную СВЧ нагрузку и измеря12

ют матрицы 7,;,, , S j в присутстви обесточенной испытуемой антенны. В алгоритме (1) восстановления ДН используют вместо ZK и si матрицы 2Л и S l.

Формула изобр етени

Устройство для антенных измерений содержащее генератор, N измерительных зондов, первой группы,эквидисг тантно размещенньй на кольце радиуса R, охватывающем испытуемую антенну, NY-циркуляторов, соединенных по входу каждый со своим измерительным зондом, первую матрицу Батлера с N входами и N выходами, N аттенюато-. ров и N фазовращателей первой группы причем п-й вькод первой матрицы Батлера (п 1, 2... N) соединен с п-м фазовращателем первой группы (п 1, 2... N) через п-й аттенюатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство введены N - 1 дополнительных матриц Батлера, N СБЧ-сумма- торов, N смесителей, N-канальный делитель мощности, гетеродин, N-1 дополнительных групп фазовращателей по N штук в каждой дополнительной группе, N-1 дополнительных групп измерительных зондов по N измерительных зондов в каждой дополнительной группе, размещенных эквидистантно на кольце радиуса R, N направленных от- ветвителей и N СВЧ-усилителей, при этом каждьй из N измерительных зондо в п-й дополнительной группе (п 1,-2, ..., N) присоединен к своему входу в п-й дополнительной матрице Батлера (п 1, 2. (N-1)), К-й выход (К 1, 2, ..., N) п-й дополнительной матрицы Батлера через свой К-й фазовращатель из п-й дополнительной группы фазовращателей присоединен к входу п-го СВЧ-сумматора, (п 2, 3, ..., N), выход которого присоединен к первому входу п-го смесителя, (п 2, 3, ..., N), к второму входу которого присоединен п-й выход (п 2, 3, ..., N) N-канального делителя мощности, выход п-го смесителя (п 2, 3, ..., N) присоединен к второму входу п-го (п 2, 3, ..., N) направленного ответвителя, к первому входу которого присоединен первый выход п-го Y-циркулятора, (п 2, 3... N) выход п-го направленного ответвителя (n 2, 3, ,«„, N) присоединен к: n-му входу первой матрицы Батлера (п 2, 3, . ,, „ N) , п-й фазовращатель первой группы по выходу присоединен к входу СВЧ-усили- теля5 выход которого присоединен к входу первого СВЧ-сумматора, выход первого СВЧ-сумматора присоединен к первому входу первого смесителЯд к второму входу которого присоединен первьй выход N-канального делителя мощности5 выход первого смесителя

присоединен к BTopoNfy входу первого направленного ответвителя, к первому входу которого присоединен первый вход первого Y-циркулятора, выход первого направленного ответвителя присоединен к первому входу первой матрицы Батлера, выход гетеродина присоединен к входу N-канального де- лителя, второй вьпшд п-го Y-циркулятора является входом для регистрации значения диаграммы направленности в п-й точке.

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устр-во содержит , измерительные зонды 2, испытуемую антенну 3, Y-циркуляторы 4, матрицы 5 и 8 Батлера, аттенюаторы.. 6, фазовращатели 7 иГ9, СВЧ-сумматоры 10 и 16, смесители 11, направ. j- ленные ответвители 12, канальный делитель 13, гетеродин 14, и СВЧ-усили- тели 15. Напряжения на выходах зондов 2 подвергаются прямому и обратному дискретному преобразованию Фурье с помощью матрицы 5, аттенюаторов 6 и фазовращателей 7. Значения диаграммы направленности (ДН) снимаются с выходов rY-циркуляторов 4. Фазировка на бесконечность в направлени вогнутости зондов 2, расположенных эквидистантно на полуокружности, охваты - вающей антенну 3 по радиусу R, осуществляется при помощи матриц 5 и 8, фазовращателей 7 и 9 и сумматоров 10 и 16. Это производится на частоте г-ра 1, сигнал которого излучается тестовой антенной с известной ДН, установленной на место антенны 3 на этапе калибровки установки. 1 ил. (