Устройство для измерения диаграммы направленности антенны Советский патент 1992 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к измерениям параметров антенн и может быть использовано для измерения диаграмм направленности (ЛН) антенны, искаженных случайными шумовыми процессами, обусловленными погрешностями измерений.

Цель изобретения - повышение точности в широком линамическом диапа- зоне.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства пля измерения ДН антенны; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов.

Устройство для измерения ДН антенны включает послеповательно соединенные измерительный стенд 1, анало- ro-цифровой преобразователь (ЛЦП) 2, сумматор 3, к другому входу которого подключен выход сдвигового регистра , цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5 и перемножитель 6, последовательно соединенные счетчик 7 адреса, постоянное запоминающее уст- ройство ПЯУ 8, второй ЦАП 9, выход которого подключен к второму входу перемиожителя 6, последовательно соединенные интегратор 10 со сбросом блок выборки и хранения (БВХ) И и индикатор 12. Выход генератора тактовых импульсов (Г.ТИ) 13 подключен входам синхронизации счетчика 7 адреса, ЛЦП 2, сдвигового регистра 4, а тлкжс делителя 1 частоты, выход которого подключен к входам синхронизации интегратора 10 со сбросом и БВХ 11. Входная клемма Пуск подключена к входам сброса счетчика 7 адреса и делителч И частоты, а также к входу запуска измерительного стенда 1. При этом выход перемножителя б соепинен с входом интегратора 10 со сбросом, а сигнальный вход сдвигового регистра t подключен к. выходу сумматора 3.

Измерительный стенд 1 представляг ет собой стандартное устройство, обеспечивающее вращение измеряемой антенны, и выходной анало; овый сигнал, пропорцирнальный принятой СВЧ- мощности.

При этом с точностью постоянного множителя реализуется зависимость

U(t) KF (0),

где U(t) - аналоговый сигнал;

К - коэффициент пропорциональности;

F (0) - ПН антенны; . 0 - угол поворота, 0 -Ott где G5 - угловая частота вращения, t - текущее время.

Таким образом, каждому отсчету ДНА- соответствует некий номер N, определяемый ГТИ 13 и соответственно с учетом периода импульсов некое время

А-Ч,.

где Ји - период импульсов ГТИ 13, и, соответственно, некое значение угла 9 cot.

Лля повышения- точности могут быть применены шаговые двигатели в составе стенда 1, конструктивно реализующие зависимость

в В N,

о 5 п г

5

0

где В - некий коэффициент размерности, рад;

N - количество поданных импульсов.

При реализации измерительного стенда подобным образом необходимо подать синхроимпульсы на измерительный стенд 1.

Устройство работает следующим оО- разом.

Наиболее общим случаем является равномерное распределение в апертуре раскрыва антенны. В дальней зоне это приводит к ПН типа sin X/X. С учетом :квапратирующен характеристики детектирующего звена приемного тракта моино полагать, что определяющим типом ДН является закономерность вида (sin Х/Х)2, степень отличия от которой определяется отличием распределения в апертуре от равномерного.

Сигнал на выходе измерительного стенда имеет вид

С -я UF + UW. (1) где Up - сигнал, характеризующий ДН; 11щ - напряжение шума.

Имеем здесь значение суммы двух неизвестных и должны определить одно из них, т.е. Up, что возможно только в рамках априорной информации о составляющих суммы.

С точки зрения геории оптимального приема сигнолои длч минимизации среднеквадратичной ошибки необходимо иметь линейный фильтр с квадратом коэффициента передачиi

где

К to)

PC to)

(CO)

рс йзУ+р01соУ

- спектральная плотность

сигнала Up} p0(COV спектральная плотность

белого шума иы.

С учетом того, что рс (СО) можно найти как свертку спектральных плотностей двух сигналов типа sin X/X, и то, что обычно Ос ((0) 00 (СО) , можно принять квадрат коэффициента передачи оптимального фильтра равным

1C (СО)

} при рс (СО) 0,,я О при рс(бЭ)сО.

Таким образом, частотная характеристика оптимального линейного фильтра должна иметь прямоугольную форму, что соответствует импульсной характеристике вида sin X/X.

Согласно интеграла Дюамеля это эвивалентно операции типа свертки с временной реализацией, т.е.

1оо

иИ4М) JUc(fc).Ue(f-t)dt,

-оэ

где U-(c-t) - вспомогательная функция вида sin X/X. Устройство работает следующим образом.

После прихода на входную клемму Пуск запускающего импульса происхдят установка счетчика 7 алреса и делителя 1 частоты в нулевое состо ,яние, а также запуск измерительного стенца 1, кз выходе которого формируется напряжение, пропорциональное измеряемой ДН, плюс напряжение |шума. Выходной сигнал измерительного стенца 1 поступает на вход АЦП 2 где преобразуется в цифровой код с дискретностью, определяемой частотой ГТИ 13. Весь процесс формирования сигнала занимает N значений отсчетов АЦП 2, выходной сигнал которого поступает на сумматор 3, на второй вход которого поступает сигнал со сдвигового регистра k (в начальный момент, равный нулю). Сум- мерный сигнал после преобразования аналоговый вид в ЦАП 5 поступает на первый вход перемножителя 6 и одновременно на вхог сленгового регистра , который пь.лолнг.ст Поль цифровой прецизионной линии запержки с временем задержки (3N+1) импульс синхронизации. Результирующий сигна на выходе ЦАП 5 представлен на

0

5

0

5

фиг.26. Здесь наличие сигнала 0-N импульсами обусловлено прямым прохождением сигнала с измерительного стенда 1. Этот сигнал запоминается в сдвиговом регистре k, и через (3N+1) импульс появляется снова. Таким образом повторяется каждый раз, т.е. сигнал на выходе илп 5 появляется через (3N+1) импульс до тех пор, пока не станет располагаться в последней трети отрезков 3N.

Одновременно с началом работы устройства импульсы синхронизации, поступают на счетчик 7 адреса, я с его выхода цифровой код адреса подается на ПЗУ 8, в котором записпн сигнал, представленный нэ фиг.2л между 0-3N. Он равен нулю в промежутках 0-N и 2N-3N, а в промежутке N-2N. представляет собой их цифровую запись вспомогательной функцш: типа sin X/X. Поскольку счетчик 7 адреса имеет коэффициент пересчет--, равный 3, то на выходе ПЗУ 8 присутствует периодическая последооа- тельность сигналов типа sin X/X в середине отрезков длиной 3k7. С выхода ПЗУ 8 цифровой сигнал подается на ЦАП 9 и с его выхода в ашлого™ вой форме -на второй вход перьмнот ;- теля 6. Таким образом, на последним поступают два сигнала, препстаплснные на фиг.2. Один из них (фиг. 2а) с периодом ЗГС представляет собой вспомогательную.функцию, жестко фиксированную в центре отрезков длиной 3N. Второй сигнал представляет собой сигнал, пропорциональный ДН и периодически повторяющийся с периодом 3N+1, т„.е. движущийся внутри отрезка 3N слева направо на один импульс за каждый период. На выходе перемножителя 6 имеем

5 V иВШб(п,тп)ивь|Х,(пЛОх XUeblX5(nut+m), m 0,N,

где At - время дискретизации.

Этот сигнал поступает, на интегратор 10 со сбросом, где производится суммирование результатов перемножения .

JN

0

5

0

0

U

ВЫХ о

™ iZXb.1- (3)

п(

Цикличность повторения последней операции обеспечивается тем, что в конце каждого периода значение суммы с интегратора 10 со сбросом запо

7 .

минается в УНХ 11. по поступлению импульса на вход синхронизации. Эт же импульсом интегратор 10, сбрасываясь, подготавливается к новому циклу.

Лля получении импульсов синхронзации в гконце цикла входы синхронизации интегратора 10 и БВХ 11 подключены к выходу делителя 1 частоты с коэффициентом деления 3.

Очевидно, что выражение (3) является дискретной формой выражения (2), и индикатор 12 регистрирует с выхода БВХ 11 результаты измеренно ДН, отфильтрованной фильтром (l).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить отношение сигнал/шум примерно в 6 раз по сравнению с известным, что означае (повышение точности в 6 раз более широком динамическом диапазоне, за Счет использования оптимального фильтра.

Формула изобретения

Устройство для измерения диаграммы направленности антенны, включающее измерительный стенд, гналого- :цифроеой преобразователь (АЦП) и ин- дикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точ8

0

5

ности в широком динамическом диапазоне, введены последовательно соединенные сумматор, первый вход которого подключен к выходу АЦП, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и перемножитель, последовательно соединенные счетчик адреса, постоянное запоминающее устройство и второй ЦАП, выход которого подключен к второму входу перемножителя, последовательно соединенные интегратор со сбросом и блок выборки и хранения, выход которого подключен к интегратору, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, сдвиговый регистр,вход которого подключен к выходу сумматора , а выход - к второму входу сумматора, выход перемножителя подключен к входу интегратора со сбросом, выход делителя частоты подсоединен к входам синхронизации интегратора со сбросом и блока выборки и хранения, .

5 л выход генератора тактовых импульсов подключен к входам синхронизации счетчика адреса, сдвигового регистра и АЦП, вход которого подключен к выходу измерительного стенда,

0 входная клемма Пуск подключена к входом сброса счетчика адреса и делителя частоты, я также к входу запуска измерительного стенда.

0

Изобретение относится к измерениям параметров антенн и может быть использовано для определения ДН,- искаженной случанними шумовыми процессами, обусловленными погрешностями измерений. Цель изобретения - повышение точности измерении в широком динамическом диапазоне. Указанная цель достигается.тем, что в ПЗУ 8 хранится цифровая запись вспомогательного сигнала UR типа sin Х/Х, а так как он запускается счетчиком адреса 7, имеющим коэффициент пересчета равный 3N, то на выходе ПЗУ .8 присутствует периодическая последовательность сигналов типа sin X/X в середине отрезков длиной 3N, которая после ЦАП 9 в аналоговой форме поступаем на один из сходов перемножителя 6, на другой вход которого поступает сигнал Uc с выхода измерительного стенда 1 , состоящий из полезной составляют,-,, пропорциональной ДН, и шумосо; составляющей, искажающей ПН, преобразованный в периодически поэторчг уюсч послсповательность с периоде;- , 3N+1 , т.е. движущуюся внутри отрезка 3N слева направо на один импульс за период. С выхода перемножителя 6 сигмал поступает на интегратор со сбросом 10, где производится суммирование результатов перемножения, т.е. на выходе интегратора 10 имеем цифровую реализацию операции типа свертки. Вспомогательная функция позволяет отфильтровать шумовую составляющую, тем самым повысить соотношение сигнал/шум примерно в 6 раз. 2 ил. о е k С СА.

а

3N

1 з« гн

I ,

%

,

1/V

ЗН