Устройство для измерения характеристик каналов ФАР Советский патент 1991 года по МПК G01R29/10 

(

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - повышение точности. Устройство для измерения характеристик каналов фазированных антенных решеток (ФАР) состоит из генератора СВЧ 1, направленного ответвителя 2, генератора 3 прямоугольных импульсов, делителя 4 частоты на п, штатной аппаратуры 5 управления фазовращателями ФАР, исследуемой ФАР 6, управляемых фазовращателей 7, 8, делителей 10 частоты на два, делителя 12 частоты на С, неподвижного зонда 13, вентиля 14, СВЧ-сумматора 15, квадратичного детектора 16, усилителя 17 промежуточной частоты, фазовращателя на 90° 18, фазовых детекторов 19 и 20, фильтров 21 и 22 нижних частот. Цель достигается введением управляемого низкочастотного фазовращателя 11, с помощью которого обеспечивается подавление мешающего сигнала.2 ил.

Os

ю

00 00

со

00

фиг.1

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения характеристик каналов фазированных антенных решеток (ФАР) с дискретными фазовращателями, а также для измерения амплитудно-фазового распределения в раскрыве ФАР с использованием неподвижного зонда.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже (фиг.1) приведена структурная электрическая схема устройства для измерения характеристик каналов ФАР; на фиг.2 - зависимость амплитудных коэффициентов Si() и &2(р) от угла фазового сдвига.

Устройство для измерения характеристик каналов ФАР состоит из генератора СВЧ 1, направленного ответвителя 2, генератора 3 прямоугольных импульсов, делителя 4 частоты на п, штатной аппаратуры 5 управления фазовращателями ФАР, исследуемой ФАР 6, первого и второго управляемых фазовращателей 7 и 8 первого и второго делителей 9 и 10 частоты на два, электрически управляемого низкочастотного (НЧ) фазовращателя 11, делителя 12 частоты на с, неподвижного зонда 13, вентиля 14, СВЧ сумматора 15, квадратичного детектора 16, усилителя 17 промежуточной частоты, фазовращателя на 90° 18, первого и второго фазовых детекторов 19 и 20, первого и второго фильтров 21 и 22 нижних частот.

Устройство для измерения характеристик каналов ФАР работает следующим образом.

Генератор СВЧ 1, работающий на час- 0)0

тоте f о

2я

запитывает исследуемую

антенную решетку с измеряемым фазовращателем в одном из его каналов. Этот сигнал манипулируется по фазе с частотой

г. , где f fy-- частота сигнала ге& vi ПЈ Л

нератора прямоугольных импульсов. Манипуляция сигнала осуществляется за счет переключения дискретов управляемого фазовращателя в измеряемом канале. Сигнал принимается неподвижным зондом 13 через вентиль 14, соединенный со входом. СВЧ сумматора 15, на второй вход которого поступает опорный сигнал от генератора СВЧ 1, проманипулированный по фазе посредством переключения дискретов управляемых фазовращателей 7 и 8 опорного Q

2л УПЧ 17, настроенный на частоту

Q Q

выделяет первую гармоканала частотой

1

с

2я 2тгп

5

0

нику спектра сигнала измеряемого канала, а последующая часть схемы (два фазовых детектора 19 и 20, на гетеродинные входы которых поданы сигналы частотой, сдвинутые один относительно другого на 90° и два ФНЧ 21 и 22) выделяет sin и cos, компоненты этого сигнала.

Преобразование Фурье периодической функции сигнала двухфазовой манипуля0 ции, осуществляемой фазовращателем ФАР 6 измерительного канала на выходе неподвижного зонда 13, записывается в виде

fft)FM F fo-ov Ј)«.

.) , 0)

где f(t) - функция сигнала двухфазовой манипуляции на выходе неподвижного зонда;

F(ft )-ee преобразование Фурье;

Fk - соответствующие коэффициенты экспоненциального ряда Фурье разложения функции f(t);

б (w) - дельта функция;

- знак комплексного сопряжения, при этом сигнал двухфазной манипуляции 5 на выходе зонда 13 представляется в виде

f(t)A(t)cos w Ot+ 0(t),(2)

где амплитуда сигнала задается выражением0Г& при 0

A(t)

Э2 при Т/2

где Т -Јj- п - период фазоманипулиро5 ванного сигнала.

Начальная фаза, определяемая фазовым сдвигом, который вносит фазовращатель измерительного канала при манипуляции ftp 1 при 0 t Т/2

00(t) /

jp2 при Т/2 t T

Постоянные величины ai,32, pi , pz полностью определяют коэффициенты передачи измерительного канала ФАР 6 и

$ являются его характеристиками. Известно, что по измерениям первой верхней боковой гармоники спектра сигнала двухфазовой манипуляции pin - диодного дискретного фазовращателя измерительного канала

0 ФАР 6 полностью определяются характеристики этого канала: модуль и фаза коэффициента передачи канала и фазовые сдвиги для различных фазовых состояний фазовращателя измерительного канала. Поэтому

5 возникает необходимость выделения и измерения первой верхней боковой гармоники спектра сигнала измерительного канала. Характерной особенностью спектра двухфазовой манипуляции является, то. что

модуль |Fi)/F-ij. Как было отмечено выше,зовращатель 11 стоит до второго делителя

сигнал, выделяемый УПЧ на частоте частоты на два, поэтому фазовый сдвиг,

Q Qвносимый фазовращателем 11 на часто- Формируется из суммы двухQ

те , должен иметь удвоенное значение, сигналов: полезного вектора, полученного 5 л

за счет перемножителя первой верхней бо-Группируя члены с одинаковыми частоковой гармоники спектра сигнала измери-тами, запишем

тельного канала FI на частотеRM-PTrzE: fzi: e - VfcJ-cj -tЈ + |Ј +2Ж составляющей опорного сиг- ,10 .)}, 2

w0 , Q2

нала на частоте + j, и мешающегогде , определяют номер гармоники в

вектора, полученного за счет перемноженияспектре,

первой нижней боковой гармоники спектрав формировании полезного вектора

сигнала измерительного канала F-1 на час- 15участвует вторая () гармоника сигнала,

шQкоторая определяется выражением

тоте -у- - г, и составляющей опорно i«l4. i/i- ПI. t

го сигнала на частоте. Поэтому ввиду г - - R« R t2-K) б . ()

равенства модулей |Fil |F-i4 необходимо °°

подавить составляющую опорного сигнала 20В формировании мешающего вектора (д Qучаствует вторая нижняя боковая () гарна частоте и тем самым вомоника спектра сигнала, определяемая

столько же раз будет подавлен и сам меша--р ,°° i иj(z)4 /йл

ющий вектор, что на ту же величину в конеч-к-- -fi4- )

ном счете повысит методическую точность 25

измерения устройства.Отношение амплитуд этих гармоник и оп реВычислим спектр сигнала опорного ка-Деляет методическую погрешность измеренала устройства, когда последовательно со-НИЯединенные управляемые фазовращатели 7Известно, что только четыре гармоники

и 8 промодулированы по фазе по пилооб- 30спектра фазоманипулированного по пилоQ образному закону сигнала (0 -90 -180 разному закону с частотой - .270°) являются полностью независимыми.

Пусть n(t) - отклик первого фазовраща-Это остаток несущей R (Ro ), верхняя бокотеля 7 на воздействие сигнала cos( w Ot),r2(t)вая Ri (Ri ), нижняя боковая R-i (R-r ) и

- отклик второго фазовращателя 8 на воз- 35вторая (либо верхняя, либо нижняя) боковая

действие сигнала cos( ш Ot), и пусть Ri( со)R2 (R2 )либо R-2 (R-i ). При этом остальные

nR2( ш) соответствующие преобразованиягармоники спектра однозначно выражаютфурьеся через три последних

n(t)(ft),r2(t)(a).(3)lRl() L- R; ;R ()

Для периодических функций Ti(t) и r2(t) их и . . Ј п

преобразования Фурье RI( ш) и R2((i) ) ;R ( 2 ) - г-т- f - ° 1 ± 2,...) &

записываются в виде ряда1Лп

Известно также, что составляющие спектра,

Й«М--2УЈ Ofcj.- lbR V,, tl +J5Sn. кратные четырем, равны нулю

. «о Wo 2 )j, 45 ,(,±2....).(10)

. Rj fj u-jj -HJiLup i f(at..) ff.nС учетом этого преобразуем соотношение

Н1--ЛоЈ. fTl ОО у

(4)..1в- 2- д1 к;я;,.в;«:.;р;гДля результирующего спектра сигнала+EII srh S ;5- s-) f.

совместной работы обоих фазовращателей 50 . L..-lL( f11

ПОЛУЧИМ S .«) i i«eи-e ,| I 1)

««)- Ј КнСе- л«). i 4«i« f:«:--J1 rSsS-J}

Ki-

). (5). 55 .s, Rje 5,WRl, R., e r.

где Ф m m a , p - фазовый сдвиг, вноси-

QСоотношение (8) также преобразуется к вимый фазовращателем 11 на частоте -jr- .nw

R R )y-R гг Следует отметить, что по схеме (фиг.1) фа-г к ( е

, „ ,„/, r-c°sf )Vri . „ ,v i-cosft.) .

41 2ЈbL (з-WM)) Јjl(..) ,

R;R 2e 14 RliRo S,(R:,R :,e 1 SJWR;R;1€ ,(12)

где амплитудные коэффициенты Si( уэ) и 52 ового сдвига, вы

cos О + к,)

(р), как функции фазового сдвига, выражаются формулами

(3 + 4кИ5 + 4к) сое()

S,(V) t-2

S2() -2. (1 + 4(f)(3 + ifK)

Графики зависимости Si(y) и S2( ) приведены на фиг.2.

Для реальных фазовращателей амплитуды величин Ro (RS ), R-1 (R-i ), R2 (R$), RL2 (R-2) имеют первый порядок малости по сравнению с амплитудой Ri (Ri ), Поэтому амплитуды произведения R0 Rd , R-2 Ro , R-1 R-1 , Ro R2 , R2 Ro имеют второй порядок малости по сравнению с амплитудой R/Ri , Устанавливая фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 9 на частоте -г- , р 45°

т 7ъ

(90°- на частоте у- по схеме), амплитуд - Л/

ный коэффициент Si( p ), приобретает максимальное значение, ъ Sz(p) становится равным нулю. Тем самым амплитуда гармоники R-2 (12) будет иметь второй порядок малости по сравнению с амплитудой гармоники R2 (11)

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства повышается точность измерений за счет подавления мешающего сигнала.

Формула изобретения Устройство для измерения характеристик каналов ФАР, включающее последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный ответвитель, выход которого является выходом для подключения входа исследуемой ФАР, последовательно соединенные неподвижный зонд, вентиль, СВЧ

сумматор, квадратичный детектор, усилитель промежуточной частоты, первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, выход которого является первым выходом устройства, последовательно соединенные второй фазовый детектор, вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, и Ёторой фильтр нижних частот, выход которого является

вторым выходом устройства, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов и делитель частоты на п, выход которого подключен к входу управления исследуемой ФАР, второй вход первого

фазового детектора подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов через делитель частоты на с, а второй вход второго фазового детектора подсоединен к выходу делителя частоты на с через фазовращатель на 90°, второй вход СВЧ-сумматора подключен к второму выходу направленного ответ- вителя через два последовательно соединенных фазовращателя, вход первого разряда управления первого управляемого

фазовращателя подключен к выходу второго разряда управления первого управляемого фазовращателя через первый делитель частоты на два, вход первого разряда управления второго управляемого фазовращателя подсоединен к выходу второго делителя частоты на два, вход которого-подключен к входу управления второго разряда управляемого фазовращателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, введен управляемый низкочастотный фазовращатель, вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выход - к входу второго делителя частоты на два, вход второго разряда управления пер0 вого управляемого фазовращателя подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов.

Фиг. 2