Устройство для измерения параметров управляемых дискретных фазовращателей в составе фазированной антенной решетки Советский патент 1989 года по МПК G01R29/10 

аятенних г;знерэи :- 1 ;; .v.o;,;;: - о1;ГГл :{ пс.)::53оу а 1о для ггзмег е о; ; ус. таколкл, фаэь и затз з;;а1П5;; уo.pa jfH:: i - ;

ПИСКр ф зов р. -1Л , t; : ; .. ; ; cUv

И амплитудно-фазовох о распределен -:; ФАР при ее настройке к испыт а:::иях,

ЦЕЛЬ изобретения - r(0j :bii;) тс; ности.

На черте/ке 1:р.:не. ci vjvxTwo:-; : электрическая схе.а /с ; гойс7 Яв дг;: измерения ггараматпои у)1 ра- л/;й/-1 :-(к . скретных фазо1эра и1 | клей .:: ,-;; : зированной ак,тг; -анпй

Устройство дл;; нзмеренг-ш парам .г роя улраз. дпскрйт :-,г;; uja. твлей 3 спстаза гЬазкроВо -й;:о й a:fvr;-;ii реиетк -; .включает гене1 а- огз . ;

ход КОТОПОГО ПОДГ;;; : ;,НЗЛ lei.;:::: .ir.,

правленный отяет. ;.д ;; : ,ох,.л / следуемого фазоваа дз га:;; : li ;; --г;:-. - элемента 4 пос.гшдователь-:то аад;-; -., ные неподвижный зонд 5, ,. смеситель 7„ усилитель ё аромежуто- ной частоты (УПЧ) „ К1зап:р т ичпъ й да тор 9 „ выход которого под;;оедггя. ; В ходу первого О ч пто;} :;, : -1 j датйкторов (ФД) .г которых лодключеа : зхор;у гссагьогс li второго 13 фильтре:,; кизккн -naTj ( соотзетС; Рв :(нО ,- 1;1:-л,одь; r:o - Oi яаз; 5) выходп.мн ус .аоппк-. аа, , ло;.:л : довательно соединен1аые анера ог) прямоугольных импульс он (А ИИ) . дел; тель 5 частоть следоваяля соз 1.ЯЧСК) в с саа а |1 а П-::; Л:а,;ла - а:; J к на 9G j выход аотораг ; га.;.1ДЛ;очг;:. к второму зхад Biuj,.a j :: : . атд вход первого ФД 10 -.;,aai;:;2..,;.i::;Aj:-. :;: ;,- ходу ПЧСИ 15 в с aaj, к a:a;-:o, j,; TI IP i ; ио,асоединг:ны Д- СИ Б а 5аз Г/ .. : 1,, раа is,) 5 i,- раз 19.-. .. .- га--. . S я , .:..ai3 л1 , :::; ;; раа а : :.

едкяан к вкоду уьр... а:.-,-с а .г,:.... г:.; г ршда улравлясмогС фаоОвра ;1атал -1: 1; через ДЧСИ 27 н ДБ- .. - а ; зшрав.).;я первого о зоя да njasoFpa щателя 3... вгяходы .Га СИ iS-20 а .,,.. и J..; раз соответст:: ена- : г1О,аК,аюч:а

мутатора выход К :;то СС:.го подао единеи к входу ynpaE iana;- зтогаого разрида :аерБого уара ;ляа1 ; аао . п ателя 2о и входу v apaiaraaHJ; парао разряда фаяовращата.Л;;: /С -араз 27 S два раза, вкхадм о Ф1Н 21--23 а

а , . ::; ,, :.. . i.j р;:. 3;i аоаа затстве ;но Л /;,;,.04avr-i к соотаетата ющим входам .a i.:o,. о ::.;,-.:утатоаа .28. выход котора

. о .аа.;/ :;а а л (: ;..

a;;;i: -.J .. та.-:.,. :: .аа.-.а:а. :. Л1 a-paaaiioar

аарвоу-о ла.зряда фазовращателя 29 че- i.ja.3 тра гик ДЧСИ 30 а два раза, при-аа.., Lixan е ijaoro / ар фазоj.;aj;i . :аг;:о1 а) aaaai вип ала 1 а выход - к аха/;у r ianoBvaaca aj.; XV.. зь:ход -со v;...i;a. a .;;гл1еаа а а ;Орс;чу аходу ;::.а:а.г(я

. ratj .о.аа иа./арснкя паранет- p Xi : улряк;1яе;.1)1гх да С .л р а фаэоваа- :.:. а ...а -; сага.а ВГ- -а-;. :;або 1 .LiaT еле-/P i. :. ,;; -аЛ .::а;а na :aapaj(aTajiai i 3 а ;лдао. из аао иазла.паа., Этот сипггал ь;алкпулируатс5г по фазе с частотой j .аа. - частота сианалл ГПИ 14; Рл : aj J ,/,П:;ч .а;- у. а ,-- li а.;; а ..:; v к а а /-в л а а а с я

:aa::v:: ааа.ал.:; : (игаал а.рь-::имаатся не- ..:.7: :-:-i aOi vK.-. i а . аз . : у.::ает череа

.а:а,Л . . .. аь. /avopDH кО аа .iioaayoaa r оаораый aa HaJv от ратора СВЧ. аро.- ан:арулирован- по фазе поар&ас вом ггааеключенкя т. j т оа V Г; а аа . ляа)-. j.a to а.л ОЕ j anaii .лсй

2 л а йаа - Крую-т к ее;s-- а;аять; ;;; ; ого аа:а;:;а.ла, Прч зтом iCTb измерений ало2де-.пяетса точ- ю установка фа.1ааьа: дискретов а ;яааь;мя фа5оа ; а;:ателами 26 и 29

;:. а индекао.; nap ;5iiTi-;:oH ампли- ,а иаяину.лятгик а опсрно а и из- ааналах, аа рл вокааилтрй

5

переключение фазовых дискретов фазо вращателей. При начале измерений с другого дискрета управляемого фазовращателя измеряемого канала пог- рещности установки фазовых дискретов не изменяются. Фазовращатели опорного канала подобраны таким образом, что точности установки дискретов этих фазоврап1ателей близки к О, а индексы паразитной амплитудной манипуляции минимальны. При это в случае измерений антенных модулей содержащих фазовращатели 3 с погрешностью установки фазовых дискретов 10-15° и индексом паразитной амплитудной модуляции 8%, методическая погрешность измерения разности фаз П. коэффициента передачи канала 4К 1 дБ.

Погрешность измерений можно уменшить путем учета неточностей устаноки фазовых дискретов, измерение которых производится следующим образо

С помощью коммутаторов 4 и 9 из- меняют коэффициент деления частоты ГПИ. При этом изменяется частота фазовой манипуляции сигнала опорного канала. Так как УПЧ 22 остается на

строенным на частоту

с

F l

то выбрав определенным

F F mп

образом коэффициенты деления делите

Q 5 0

5

6

лей 6-8 и 12-14, можно выделить и измерить другие спектральные составляющие сигнала измеряемого канала, несущие информацию о погрешностях установки и индексах паразитной амплитудной манипуляции( коэффициентах ослабления дискретов) управляемых фазовращателей.

Дпя доказательства этого р аалагают в ряд Фурье фазоманипулированное колебание a(t) A(t) cos(Opt+9(t)),полученное при переключении дискретов pin-диодного управляемого фазовращателя 3.

Первую гармонику фазоманипулиро- ванного колебания а(t)можно записать следующим образом:

a,(t)

0

-;(-2-iCf,, -ЬЛК,-Ду, +

+ ДК, ) cos(a)o+ i2( )t +(-2 - :Atfj + 6K,j + + A.tf, + , )sin(,)t +(-&tf,- 4K, ) icosCcOo- 52, )t +(-&Lp,-t-iK,)sin(CO,-SZ,)t

B,cos (,)t -tp,

(,) t +(J, (I)

.4.

B COS

где

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит г-р 1 СВЧ, направленный ответвитель 2, исследуемый фазовращатель 3 антенного эл-та 4, неподвижный зонд 5, вентиль 6, смеситель 7, усилитель 8 промежуточной частоты, квадратичный детектор 9, фазовые детекторы 10 и 11, фильтры 12 и 13 низких частот, г-р 14 прямоугольных импульсов, делители 15, 17-24, 27 и 30 частоты следования импульсов, фазовращатель 16 на 90°, коммутаторы 25 и 28, управляемые фазовращатели 26 и 29. Точность измерений определяется точностью установки фазовых дискретов фазовращателями 26 и 29 опорного канала устройства и измеряемого канала модуля или решетки, а также индексом паразитной амплитудной манипуляции в опорном и измеряемых каналах, сопровождающей переключение фазовых дискретов. Погрешность измерений уменьшается путем учета неточностей установки фазовых дискретов. 1 ил.

В, л 8+2А Ч2ДК|- -2лЧ ,%2 ЛК -8 Д К -8 д К +4 д К , Л ,

лГичГ ТТкУ1

arete 2± liAKi+ + Л К, -2-ul + UKj -UCf, +ЛК,

E ii:Вторая гармоника фазоманипулиро- ванного колебания имеет вид:

a,j(t)-|-()sin2D,tcoscOot+ «(-UCfj- uK,)sin2n, tsinQ t

-|-2 ((2S2, -a))t-(pp +

-t- cos((2Q, -Wo)t +tf3), где Bj - 2 uKf;

-Щг- АКг tf3 ct8 -W,Kl J

40

ДК

5

йК„ - коэффициент ослабления //jдискретов -г- (3/27)

и 1 (2 i) соответствен0

но фазовращателя 3; Atft неточность установки фа- зовмх дискретов Л

2

(3/2 JO и (2 S-) соответственно фазовращателя 3. Из выражений (1) и (2) видно, что информация о Aq)|, ЛК, содержится на частоте О,, S, , значения ug), и К можно определить, измерив вторую g гармонику колебания (2).

Для этого с помощью коммутатора изменяется коэффициент деления частоты ГПИ 14, УПЧ 8 остается настроенным на частоту

РПЦ -

Коэффициент деления делителей 18- 20, 21-23 выбирается таким образом, 5 чтобы частота переключения дискретов фазовращателей опорного канала (Суммарная или разностная) бьша равна:

при первом переключении коммутаторов

F F

QIJ - частота сигнала генератора 1 СВЧ;

К - коэффициент ослабления измеряемого канала;

С| - измеряемый фазовый сдвиг канала;

Q, F 2 п

10

Лг

F +-Е пр п

т,

F . пр 27-

15

F - частота сигнала ГПИ 14; п - коэффициент делителя 17; N - количество каналов ФАР или

модуля.;

В опорном канале сигнал, дважды

(3) манипулируется по фазе с помощью фазовращателя 26 и 29. Частота переключения дискретов фазовращателя 26

F/1 О , 1 - коэффициент деления 20 одного из делителей 18-20 - частота переключения дискретов фазовращателя 29 F/m .Qj f коэф- (4) фициент деления одного из делителей

21-23 частоты. Первая гармоника ко- при третьем переключении коммута- лебания опорного сигнала может быть торовописана выражением (для описания

опорного сигнала можно ограничиться только первой гармоникой, т.к. только

. при втором переключении коммутаторов

IFFF

. -I- - sr ,

P 27

F mi

F

F +

np 2 lnp

она участвует в формировании проме- 30 жуточной частоты):

при выполнении условия (4) можно измерить и рассчитать Atf, , UK, , а при. выполнении условия (5) iK.

С учетом полученных выражений (1) и (2) сигнал измеряемого канала антенной решетки или модуля можно описать следующим образом:

a,(t) -| в, (-2-bq ; ДК 35 -Щ + uKj)cos(Qp+а| +n2)t-q),) + + ( &к +йЧ |-)- лк|)у

И-1 П 1

40

B,sin((Gio+a , +flj)t-gjp + ,) 21 I -f; cos(a)et +()-н ,Bj((-utf|- UK|)COS((Q, -Ql-npt-(P +( UK,) X sin((M,,-Q , -Q)«

TN -ff 2- i i - 4 ,- fiK,) xcos((co,,)t +q ),) -t-(-2+utfj+ K2 +

, + uK, )sin(Qo+0,)t +(-uqi, - - iK,)co3((Wo-Q,)t H-qiy) +(-Aqi,+

+4K,)sin((G)o-Q,) t +tf) +(-ucf,+

H-iiKj)sin((,+ COo )t + q)) +

(6)

+ (-utpj-AKz)cos((2,+ne)t +1, где A, - амплитуда сигнала генератора 1 СВЧ;

45 t -Cfp), (7)

., UK, , u Kj- параметры, xa- &qi,uq)J, UK{ , л Kg рактеризующие

коэффициенты

50ослабления и точность установки

дискретов фазо- варащетелей опорного канала.

„с При этом УПЧ 8, настроенный на частоту РПЦ, выделяет сигнал вида;

При выполнении условия (3) (с точностью до погрешностей первого порядка малости)

частота сигнала генератора 1 СВЧ;

коэффициент ослабления измеряемого канала;

измеряемый фазовый сдвиг канала;

F п

a,(t) -| в, (-2-bq ; ДК 35 -Щ + uKj)cos(Qp+а| +n2)t-q),) + + ( &к +йЧ |-)- лк|)у

45 t -Cfp), (7)

., UK, , u Kj- параметры, xa- &qi,uq)J, UK{ , л Kg рактеризующие

коэффициенты

50ослабления и точность установки

дискретов фазо- варащетелей опорного канала.

„с При этом УПЧ 8, настроенный на частоту РПЦ, выделяет сигнал вида;

При выполнении условия (3) (с точностью до погрешностей первого порядка малости)

i.. -iSi bfIn.- ,yv- Г-.

r, f

1Г1

K Ki ЙК- 2 2 2

UK

xcos((Q,-Q,)t +l|,+ Kr) - (&C.f.+

- ЛЦ), -4Cfi-ut|), - iCfpsinCCQj- -52,) t-bCf, Krj),(8)

где К 27/Ti;

при выполнении условия (4) (с ;гче- том погрешностей первого порядка ма - лости)

АО

ЛТ IN

Кх

j (-UL, UK,).

((Q|4- Q )t + ,f) + (-ULf,+ t.K ) i ;(a, -Q2)t+q x),(9)

при выполнении условия (5) (с учетом погреганостей первого порядка малости)

l- f- li-( Ksiri(2Q,- a)t +g ,)+(-utp2-дк,,)

Kcos(2il,-S7pt ).(10)

Фазовые детекторы 10 и 1 1 осуществля ю г разделение sin- и cos-компонент измеряемого сигнала. Исходя из выраже НИН (8) рассчитывают К и f-fj,; для каж дото измеряемого канала, После пе- реклЕочения коммутаторов 25 и 28 по пблученнь м результатам рассчитывают Щ-, &Kf согласно выражению (9) Переключив епш раз коммутаторы 25 и 28, исходя из выражения (0) рассчитывают uq), ЛК.

Таким образом, предлагаемое устрой ство позволяет измерять параметры управляемых дискретных фазовращателей в составе йАР или антенного модуля и, следовательно, после проведения необходимых вычислений повысить точность измерений амплит дно-фазов- вого распределения антенной решетки.

Дополнительный фазовращатель 29 в опорный канал введен для повышения

изьи ;-- :: i (сыил .ения влияния погрешностг; установки днскреток и коэффициентов ослабления дискретов фазовра1чате:тя ojiopi- nro на ность H3fiepeHHR ruipa -sc i poii фазовращателей) . При использовании только одного фазозраиателя 26 в опорном канале меша: 1нмй вектор, полученный за счет перемнс; :ения первой гармон1-ки сигнала из 5еряемого к;:;иятл на -ас ГО ге СОл 1 - сос Г;-Рля; ПР) ;v;r он;. гч- г ил.па па чагто е :;Л„- Q,,, ;-остдч - j-;Rioi4Ym i- d acTcvj O

и являете:; соизмер:5; -;- 1 по Ь ;ичпа;: с H3:. ep.e-: : ; зектсрсм (, . /u i-ное Р f V

0

ri

0

5

:. cTpciiL ТБо язмгре;тя.ч плракет- DOB З правляек171х дискретньи рааоврл а елей в .ссч йВс: фазирор г / ой аг

рсшеткл, 3Kj:i04;:ii uee е чера ор

т;,;::и o Fe -:; ; 1ь ;опкл; чви к с.1;сиуемо- п е - -йр-i iai eji i, лс а J Г: я о с о f: л;. . г н rit-i е Е.чгиль, - -iftcnTe : : .час-; О} Ы J: pci.; Op, выход ,ССТ: Р; -ГС :

Ду первого Т: ВТОРОГО

рол, Еыхо:о: :oropы ; 11здкльг-и::: -; х

ЗХОДЗ iiepBCro и второго :Ь :лЬ рОБ rffiS -|ч,)й частоты г rio-fReTC Ал ен;:.:: БЬЖО Ч-

которых ЯРГГЯ ЛТСЛ и BTOpbi i Bh ходами ус ройогБ.а соотве гстл нпо ., последова; ельлс сгед :;1е;- 1ыо генерач ор ирямоугольчых лмпульсо: -. частоты слсг:ОБа гу5я 11М)1ульг о- п г пяз и фазолравият ель нн 90 , вь;ход KI TODO-- го подгойлит еп 1C BTcpONsy входу в горо-- го фазового ;1етектора, а опорный вход первого фазового детектора лод- 1 :лючег к целителя -час от1- следования и ;Iiyльcoв в L: раз 5 выход ге- гератора гфяьюугольных И Ч1П7льсов подсоединен через делитель частоты следования импульсов в п раз л входу управления второго разряда исследу мого фазовъа(ателя, а выход делителя частоты следования импульсов в п раз подключен через первый делитель частоты следования имлульсов в два раза к входу управления лервого разряда, первый управляемы фазовраща- tenb, вход которого подключен к второму выходу направленного ответвите- ля, а вход управления первого раэря- да первого управляемого фазовращател подключен к выходу второго делителя частоты следования импульсов в два раза, делитель частоты следования им г|ульсов в 1, раз, вход которого под- Соединен к выходу генератора прямо- 5 гольных импульсов, отличаю- ii| е е с я тем, что, с делью повыше- точности, введены первый и вто iJoH коммутаторы, делитель частоты Следования импульсов в 1 и 1 раз, йход каждого из которых подсоединен К выходу генератора прямоугольных импульсов , а выход - к соответствующе- НУ входу первого коммутатора, тре- 1|ий вход которого подсоединен к вы- х|оду делителя частоты следования им- г ульсов в 1 раз, выход подключен 1 входу управления второго разряда depBoro управляемого фазовращателя и к входу второго делителя частоты следования импульсов в два раза, второй управляемый фазовращатель, вход рсоторого подключен к выходу первого управляемого фазовращателя, а выход-

к второму входу смесителя, делители частоты следования импульсов в т, т, т раз, вход каждого из которых подключен к выходу генератора прямо- угольньгх импульсов, а выход - к соответствующему входу второго коммутатора, выход которого подсоединен к входу управления второго разряда второго управляемого фазовращателя и последовательно через введенный третий делитель частоты следования импульсов в два раза подключен к входу управления первого разряда второго управляемого фазовращателя, причем частота генератора прямоугольных импульсов выбирается из соотношений:

F(,) F/n; Fd/l -l/ra) F/n; F(l/l,- I/m,) 2F/n,

где F - частота следования импульсов на выходе генератора прямоугольных импульсов; F|,p - значение промежуточной частоты на выходе смесителя.