Поляриметр Советский патент 1989 года по МПК G01R29/10 

ел

О О) со

1C

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения поляризационных параметров при наличии неполяризованных помех. Поляриметр включает антенну 1, разделитель 2 поляризации, смесители 3 и 12, усилители 4 и 13 промежуточной частоты, фазовый детектор 10, блок 11 регистрации, фазовращатель на 90° 14 и гетеродин 19. В поляриметр введены управляемый фазовращатель 5, два сумматора 6 и 8, три усилителя-ограничителя 7,9,16, блок 15 вычитания, фазовый дискриминатор 17 и интегратор 18. За счет введения дискриминатора 17, интегратора 18 и фазовращателя 5 устраняется регулярный сдвиг фаз, обусловленный неполяризованной компонентой поля, что позволяет при помощи введенных сумматора 6, блока 15 и фазовращателя на 90° 14 преобразователь амплитудные различия поляризованных компонент в разность фаз напряжений на выходах сумматора 6 и блока 15. Измерение полученной разности фаз при помощи остальных введенных блоков позволяет уменьшить влияние неполяризованных компонентов и внутренних шумов на точность измерения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

фиг.ч

Изобретение относится к области радиоиэмерений и может быть использовано для измерений параметров поляризации полностью или частично поляризованных электромагнитных волн.

Цель изобретения - повышение точности измерения поляризационных параметров при наличии неполяризованных помех.

На фиг.1 приведена электрическая структурная схема поляриметра; на фиг.2 - электрическая структурная схема фазового дискриминатора.

Поляриметр включает последователь но соединенные антенну 1, разделитель 2 поляризации, первый смеситель 3, первый усилитель 4 промежуточной частоты УПЧ , управляемый фазовращатель 5, первый сумматор 6, первый усилитель-ограничитель 7, второй сумматор 8, второй усилитель-ограничитель 9, первый фазовый детектор 10 и блок 11 регистрации, последовательно соединенные второй смеситель 12, вто рой усилитель I3 промежуточной частоты, фазовращатель 1А на 90 , блок 15 вычитания, третий усилитель-ограничитель 16, последовательно соединенные фазовый дискриминатор 17, интег- ратор 18, а также гетеродин 19, выход которого соединен с опорными входами первого 3 и второго 12 смесителей, выход интегратора 18 соединен с управляющим входом управляемого фазо вращателя 5 и с первым входом блока 11 регистрации, выход управляемого фазовращателя 5 соединен с первыми входами фазового дискриминатора 17 и блока 15 вычитания, выход второго усилителя 13 промежуточной частоты соединен с вторым входом фазового дискриминатора 17, выход фазовращателя 14 на 90° соединен с вторыми входами блока 15 вычитания и первого сумматора 6, выход третьего усилителя-ограничителя 16 соединен с вторыми входами второго сумматора 8 и первого фазового детектора 10. Фазовый дискриминатор 17 содержит последова- тельно включенные четвертый усилитель-ограничитель 20, третий сумматор 21, пятый усилитель-ограничитель 22, второй фазовый детектор 23, а также шестой усилитель-ограничитель 24, выход которого соединен с вторыми входами третьего сумматора 21 и второго фазового детектора 23, выход которого является выходом фазового

дискриминатора 17, а входы четвертого 20 и шестого 24 усилителей-ограничителей являются соответственно первым и вторым входами фазового дискриминатора 1 7ч

Поляриметр работает следуюш 1м образом.

Принятая антенной 1 электромагнитная волна разделяется разделителем 2 поляризации на две ортогональные составляющие Ug и U(-, каждая из которых содержит поляризованную и неполяризованную компоненту

0 0 5 р

0

5

5

и 6 Une Ur Unr

где и

П6

А,е

ипв

и нпг i,

и

НЛ6

В,е

J,

1

и

ПГ

- А,е

JM,.

комплексная ампли- туда поляризованной компоненты вертикальной составляющей (Ад и Ч,- амплитуда и

фаза этой составляющей) ; комплексная амплитуда неполяризованной компоненты вертикальной составляющей (В, - ее огибающая; ее фаза);

комплексная амплитуда поляризованной компоненты горизонтальной составляющей (Ар и - амплитуда и фаза этой составляющей);

комплексная амплитуда неполяризованной компоненты горизонтальной составляющей (В и v - ее огибающая и фаза) .

Разность фаз ( - (,) носит регулярный характер, а разность фаз ( V - tf ) - случайный и распределена по равномерному закону в интервале C-ff, ff.

результате гетеродинирования с помощью гетеродина 19 и смесителей 3 и 12, а также усиления и фильтрации в УПЧ 4 и 13 на их выходе формируются следующие напряжения:

и

В,е

jVi

и

Пи

ь и

нпа

+ и„

и г-

где и шI и Йша

РГ

Uiui е

и ипг j t/u/i

+ и

ml

Ушгнапряжения внутри приемных шумов в каналах приема (и, и ш - оги

баюише напряжений ( ,)

Разность фаз (i/ шг) распреде лена по равномерному закону в интервале (НГ, fT) .

Дапее сигнал с вькода УПЧ 4 поступает на управляемый фазовращатель 5 и потом на вход фазового дискриминатора 17. Ка другой вход дискриминатора 17 поступает напряжение с выхода УПЧ 13. В результате работы замкнутой петли регулирования, состоящей

ИЗ фазового дискриминатора 17, интегратора 18 и управляемого фазовращателя 5, в последнем устанавливается сдвиг фаз и Lf (/ - с/, .

Комплёксшле амплитуды (U и Ug, на входах фазового дискриминатора 17 соответственно равны

,) j(V)

Uexi Uujie

и

A.e

j(lrun+4 P|

XI

A,e

+ B,e

B,e

jVi

Uu,,e

Напряжение на выходе фазового дискриминатора 17 равно нулю, когда разность фаз его входных напряжений тоже равна нулю. Это условие выполняется только при Л1( Ч г - tf,, так как при этом поляризованные компоненты оказьшаются синфазными, а разност фаз между остальными компонентыми в среднем равна нулю.

В результате комплексные амплитуд напряжений на входах фазового дискриминатора 17 можно написать в виде

ПВ i-J НС1 - - 1

UBK-I и где и

и НС,

т т

С.е i Va

пг + и нса

ng

и и пг комплексные амплитуды поляризованных компонент;

- нс( MCI комплексные амплитуды случайных компонент, обусловленных наличием неполяризоТак как дпя точного измерения параметров поляризации необходима усванной компоненты шу- 55 тойчивость характеристик, н том чис- ма на входах Лазоволе по П1уму, то можно считать, что

ui щг- С учетом этого

А.

го дискриминатора 17. Далее напряжение и фоходит через фазовращатель 14 на 90°.

Г - С L , I

Al

63926

На выходе сумматора 6 формируется напряжение U -i- jt eir фаза которого cf равна

ClsinV,+Czsin(

arctg

t/ arctg

С1 cos V,+С2 cos (у + F/2 )

На выходе блока 15 вычитания формируется напряжение U Ugj,, - jL g i/д равна

1 siDJ l 25iDiltllf/2 } C,cos «f j-CjCos Y,+W2y

Разность фаз напряжеш1Й t . и Ь д 15 равйа

Л

(использована формула), arctg a-arctg b arctg

и

JXI

JVj

a-b l+ab

U«,e

Ue

5

C,e

1Г7 -

J(()

и

j V,

C,e З(al Vft)

Ш7

где Ищ, ,и щ,;

Ч и, амплитуды и фазы случайных компонент; С,,Сз, (,и Vt

- результирующие амплитуды и фазы,

Числитель выражения (1) равен удвоенному значению реальной части произведения напряжений UgKiH Ugit

C.C cosCc /, - V ) } e(Ug,, Ujf,).

Это произведение в среднем равно АдА, так как поляризованные компоненты напряжений Ug, и Ug, синфаз- ны, а случайные компоненты этих напряжений некоррелированы между собой и с поляризованным компонентами.

Знаменатель выражения (I) в среднем равен разности мощности входных напряжений:

21

с - с1

А в - 1, - АГ - ,

где

2

Ш1

d щ, и МОЩНОСТИ случайных

компонент напряжений

Ue«, и Uftxr

Так как дпя точного измерения параметров поляризации необходима устойчивость характеристик, н том чис-

Г - С L , I

AlТаким образом, разность фаз в напряжении и I J в среднем равна

arctg -7,

Аг

т.е. с точностью до постоянного множителя совггадает с оценкой параметра поляризации Z.

Величина if т.е. разность фаз ц - - Lf измеряется при помощи фазового детектора 10, характеристика которого при равных амплитудах входных сигналов (за счет усилителей-ограничителей 9 и 16 j линейна. Для снижения диапазона разностей фаз входных на- пряжений фазового детекто за 10 используется сумматор 8, в 2 раза - уменьшаю1ций разность фаз входных сигналов фазового детектора по срапнению с разностью фаз напряжений U и U.. Это позволяет использовать фазовый детектор с меньшим диапазоном измерения, имеющий, как правило, более высокую крутизну характеристики.

Таким образом, на выходе фазовог О детектора 10 формируется оп.енка модуля поляризационного коэффициента, а на выходе интегратора 18 - оценка его аргумента, которые поступают на блок 11 регистрации.

В качестве фазового дискриминатора 17 могут использоваться различные устройства, например фазовый детекто Киркпатрика, в котором предварительн сдвинуто одно из его входных напряже НИИ на 90.

В качестве фазового дискриминатора используется фазовый детектор 23 и сумматор 21 с усилителями-ограничителями 20, 22 и 24. Это позволяет ис пользовать фазовый детектор с меньшим диапазоном измерения разности фаза, а следовательно, с большей крутизной характеристики. Этим достигается повьпяенное быстродействие и точ ности измерения.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение точности измерения параметров поляризации частично поляризованной волны при наличии

В1гутренних шумов на 10-15%, За счет введения фазового дискриминатора 17, интегратора 18 и управляемого фазовращателя 5 устраняется регулярный сдвиг фаз, обусловленный неполяризо- ванной компонентой поля, что позволяет при помощи введенных фазовращателя 14 на 90, сумматора 6 и блока 15 вычитания преобразовать амплитудные

различия поляризованных компонент в разность фаз напряжений на выходах сумматора 6 и вычитателя 15. Измерение полученной разности фаз при помощи остальных введенных б.чоков позволяет уменьш1 ть влияние неполяризованных компонент и внутренних шумов на точность измерения модуля поляризационного отношения.

Предлагаемое построение фазового дискриминатора 17 позволяет повысить точность измерения регулярного сдви- 1 а фаз за счет того, что введенные ус1 лители-ограничите;п1 20, 22 и 24 и сумматор 21 в 2 раза снижают возможный диапазон изменения разности фаз сигналов на входе фазового детектора Это позволяет применить фазовый де- тектор 23 с высокой крутизной характеристики, что yjiy4iiiiieT точность измерения как аргумента поляризованног отношения (т.е. регулярного сдвига фаз), так и его модуля. Формула изобретения

дискриминатор включает последовательно соединенные четвертый усилитель- ограничитель, вход которого является первым входом фазового дискриминатора, третий сумматор, пятый усилитель- ограничитель и второй фазовый детектор, выход которого является выходом фазового дискриминатора, шестой усилитель-ограничитель, вход которого является вторым входом фазового дискриминатора, а выход подсоединен к вторьи входам второго фазового де- и третьего сумматора.

Фиг. 2