Устройство для измерения коэффициента усиления антенны Советский патент 1992 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения коэффициента усиления (КУ), антенны в полосе частот при ее настройке и испытаниях.

Цель изобретения - уменьшение затрат времени на измерение КУ антенны в полосе частот.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения КУ антенны; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу.

Устройство для измерения коэффициента усиления антенны содержит первый, второй и третий элементы ИЛИ 1, 2 и 3,

генератор 4 сигналов, цифровой измеритель 5 мощности, блок 6 извлечения корня квадратного, ключ 7, первый и второй двоичные счетчики 8 и 9 , цифроаналоговый преобразователь 10, цифровой частотомер 11, первый и второй блоки умножения 12 и 13, генератор 14 прямоугольных импульсов, RS- триггер 15, блок 16 памяти, генератор 17 одиночных импульсов, ждущий мультивибратор 18 с временем ожидания, необходимым для измерения коэффициента усиления антенны на одной частоте, блок 19 дифференцирования, инвертор 20, цифровой регистратор 21, элемент 22 задержки. На фиг 1

VI

СО

VI со VI со

также показаны идентичные исследуемые антенны 23 и 24. При этом последовательно соединены генератор 14 прямоугольных импульсов, ключ 7 и первый счетчик 8, последовательно соединены второй счетчик 9, первый (счетный) вход которого подключен к выходу ключа 7, и цифроаналоговый преобразователь 10, выход генератора 4 подключен ко входу первой исследуемой антенны 23, последовательно соединены полосовой измеритель мощности 5, вход которого подключен к выходу второй исследуемой антенны 4, блок б извлечения корня квадратного, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора 20, первый блок умножения 12, второй блок умножения 13, второй вход которого подключен к выходу блока 16 памяти, и регистратор 21, второй вход которого соединен с выходом частотомера 11; вход цифрового частотоме- ра 11 подключен к выходу второй исследуемой антенны 24, управляющий вход соединен с выходом блока 19 дифференцирования, а выход подключен ко второму входу первого блока умножения 12. Вход элемента 22 задержки подсоединен к выходу инвертора 20, а первый, второй и третий выходы его подключены соответственно к управляющим входам первого и второго блоков умножения 12 и 13 и регистратора 21. Последовательно соединены генератор 17 одиночных импульсов, выход которого также подключен к установочному входу второго счетчика 9, и первый элемент ИЛИ 1, выход которого соединен с установочным входом первого счетчика 8; последовательно соединены второй элемент ИЛИ 2, вход которого подключен к выходу генератора 17 одиночных импульсов, и RS-триггер 15, прямой выход которого подключен к управляю- щему входу ключа 7; последовательно соединены ждущий мультивибратор 18, вход которого подключен к второму выходу (последнему выходу старшего разряда) первого счетчика 8, блок 19 дифференцирова- ния, выход которого также соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 1, и третий элемент ИЛИ 3, второй вход которого подключен к второму выходу (последнему выходу старшего разряда) второго счетчика 9, а выход подключен к R-входу RS-триггера 15, вход инвертора 20 соединен с выходом блока 19 дифференцирования, а выход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 2.

Устройство для измерения КУ антенны работает следующим образом.

Исследуемые антенны 23 и 24 располагают друг от друга на расстоянии R дальней зоны таким образом, чтобы главные максимумы их диаграмм направленности были ориентированы по одной прямой навстречу друг другу.

С помощью элемента запуска генератора 17 на его выходе формируется одиночный импульс прямоугольной формы, который поступает на установочный вход второго счетчика 9 непосредственно, а на установочный вход первого счетчика 8 и S-вход RS-триггера 15 через первый и второй элементы ИЛИ

1и 2 соответственно. Первый и второй счетчика 8 и 9 переводятся в начальное состояние, а RS-триггер 15 принимает состояние логической 1. При этом на его прямом выходе формируется напряжение Ih (фиг. 2 а) логической 1, которое поступает на управляющий вход ключа 7. Ключ 7 открывается и с выхода генератора 14 прямоугольные импульсы 112(фиг. 2 б) в виде импульсов Ua (фиг.

2в) поступают на счетные входы первого и второго счетчиков 8 и 9, объемы заполнения которых выбираются , исходя из необходимой дискреты перестройки частоты генератора 4 и разрядности цифроаналогового преобразователя 10 соответственно. В результате поступления на счетные входы первого и второго счетчиков 8 и 9 прямоугольных импульсов Us их объемы плавно заполняются, а на их выходах в двоичном коде формируются текущие значения логических напряжений. При этом с разрядных выходов второго двоичного счетчика 9 текущие значения логических напряжений подаются на разрядные входы цифроаналогового преобразователя 10. На выходе цифроаналогового преобразователя 10 формируется нарастающее по амплитуде пилообразное напряжение 1М (фиг. 2 г), которое, поступая на вход генератора 4, вызывает изменение его частоты. При заполнении объема первого двоичного счетчика 8 на его последнем выходе старшего разряда п образуется прямоугольный импульс Us (фиг. 2 д), который поступает на вход ждущего мультивибратора 18. Ждущий мультивибратор 18 запускается, и на его выходе формируется положительный импульс Ue (фиг. 2, е), который подается на вход блока 19 дифференцирования. Фронт импульса Ue блоком 19 дифференцирования дифференцируется и в виде положительного импульса U (фиг. 2, ж) через первый и третий элементы ИЛИ 1 и 3 подается на установочный вход первого счетчика 8 и R-вход RS-триггера 15 и на вход частотомера 11 непосредственно. Частотомер 11 переводится в режим измерения частоты f 1, первый счетчик 8 устанавливается в начальное состояние, а RS-триггер 15 возвращается в положение логического О. На прямом выходе RS-триггера 15образуется напряжение логического О, которое поступает на управляющий вход ключа 7. Ключ 7 закрывается и поступление прямоугольных импульсов UG на счетные входы первого и второго счетчиков 8 и 9 прекращается. Напряжение DA на выходе цифроаналогового преобразователя 10 принимает значение LMi (фиг. 2, г), а частота генератора 4 перестраивается на частоту fi (фиг. 2, з).

Электромагнитный сигнал с.выхода генератора 4 поступает на вход первой иссле- дуемой антенны 23 и излучается в пространство. Принимаемый второй исследуемой антенной 24 сигнал поступает на входы измерителя мощности 5 и частотомера 11. С выхода измерителя мощности 5 измеренное значение мощности Рпр сигнала подается на вход блока 6 извлечения корня квадратного. В момент окончания длительности импульса ждущего мультивибратора 19, длительность которого выбирается исходя из времени измерения мощность Рпр измерителем мощности 5, его срез дифференцируется и в виде отрицательного импульса О поступает на вход инвертора 20. На выходе инвертора 20 формируется положительный импульс Us (фиг. 2, и), который подается на входы элемента 22 задержки . блока 6 извлечения корня квадратного, а через второй элемент ИЛИ 2 на S-вход RS-триггера 15. Блок 6 изблечения корня квадратного срабатывает, и на его выходе в двоичном коде вырабатывается результат РПр 1, который в виде логических напряжений подается на вход первого блока умножения 12, а на второй его вход в двоичном коде поступает логическое напряжение значения частоты fi, генератора 4. С первого выхода элемента 22 задержки задержанный наГ импульс Us подается на управляющий вход первого блока умножения 12. Первый блок умножения 12 срабатывает и осуществляет операцию умножения f РПр. С выхода первого блока умножения 12 результат умножения в двоичном коде поступает на первый вход второго цифрового блока умножения 13, на второй вход которого подается постоянная величина 4 лК/с Рг с выхода блока памяти 16, где R - расстояние между антеннами 23 и 24; Рг - мощность сигнала, подводимого к антенне 23 от генератора 4, с - скорость света. Со второго выхода элемента 22 задержки задержанный на 2ri импульс Us поступает на управляющий вход второго блока умножения 13 и запускает его, второй блок умножения 13 срабатывает, и на его выходе в двоичном коде формируется значение коэффициента усиления GI исследуемой антенны на частоте fi генератора 4. С выхода второго блока умножения 13 значение GI коэффициента усиления антенны поступает на первый вход регистратора 21, на второй

вход которого в двоичном коде подается логическое напряжение частоты fi. С третьего выхода элемента 22 задержки задержан- ный на 3 Ti импульс Us поступает на управляющий вход цифрового регистратора

21. Цифровой регистратор 21 включается и фиксирует значение частоты fi и коэффициента усиления Gi исследуемой антенны на этой частоте. Величина т выбирается исходя из инерционности блоков 6, 12 и 13.

Одновременно RS-триггер 15 переводится в положение логической 1 и на его прямом выходе вторично образуется напряжение LH логической 1 (фиг. 2, а), которое поступает на управляющий вход ключа 7.

Ключ 7 опять открывается и с выхода генератора 14 прямоугольные импульсы положительной полярности вновь поступают на счетные входы первого и второго счетчиков 8 и 9. Количество поступающих на второй

двоичный счетчик 9 импульсов продолжает увеличиваться, что вызывает соответственно и рост напряжения U4 на выходе цифро- аналогового преобразователя 10 (фиг. 2, г). В момент окончания вторичного заполнения объема первого двоичного счетчика 8 на его втором выходе (последнем выходе п старшего разряда) вырабатывается второй положительный импульс Us (фиг. 2, д) который подается на вход ждущего мультивибратора 18. Ждущий мультивибратор 18 повторно запускается и на его выходе формируется второй импульс Ue (фиг. 2, е), который поступает на блок 19 дифференцирования. Фронт импульса Ue блоком 19 дифференцирования дифференцируется и в виде второго положительного импульса U (фиг. 2, ж) через первый и третий элементы ИЛИ 1 и 3 поступает на установочный вход первого счетчика 8 и R-вход RS-триггера 15 соответственно, а на вход частотомера 11 - непосредственно. Частотомер 11 переводится в режим измерения частоты h, первый двоичный счетчик 8 устанавливается в начальное состояние, RS-триггер 15 возвращается в

положение логического О, а ключ 7 закрывается. При этом на выходе цифроаналогового преобразователя 10 напряжение U4 становится равным напряжению и42(фиг. 2. г), а генератор 4 сигналов перестраивается

на частоту i и процесс измерения коэффициентов усиления GI на частотах fi продолжается. При полном заполнении обьема второго счетчика 9 (верхняя граница перестройки частоты генератора 2 сигналов) на

его последнем выходе старшего разряда образуется прямоугольный импульс Ug (фиг. 2, к), который через третий элемент ИЛИ 3 подается на R-вход RS-триггера 15. RS-триг- гер 15 переводится в положение логическо- го О, и процесс измерения продолжается. При этом с использованием блоков 6, 12,13 и 16 вычисляют КУ исследуемой антенны по формуле

G lЈRfv

Рг

где f - частота сигнала;

Рпр. - значение мощности принятого сигнала.

Таким образом, цифровой регистратор 21 фиксирует в дискретной форме график зависимости коэффициента G усиления антенны от частоты f, который путем аппроксимации можно представить в непрерывной форме.

Использование данного изобретения позволяет за счет автоматического измерения коэффициента усиления антенны в широкой полосе частот в десятки раз сократить время измерений и расширить функцио- нальные возможности устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента усиления антенны, включающее генератор сигналов, выход которого является выходом для подключения первой исследуемой антенны, измеритель мощности, вход которого является входом для подключения второй исследуемой антенны, идентичной первой исследуемой антенне, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью уменьшения затрат времени на измерение коэффициента усиления антенны в полосе частот, введены последовательно соединенные блок извлечения корня квадратного, вход которо- го подключен к выходу измерителя мощности, первый блок умножения, второй блок умножения и регистратор, частотомер, вход которого подключен к выходу второй исследуемой антенны, а выход - к второму входу первого блока умножения и к второму входу регистратора, блок памяти, выход которого подсоединен к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, ключ, первый счетчик, ждущий мультивибратор, блок дифференцирования, инвертор и элемент задержки, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющему входу первого и второго блоков умножения и регистратора соответственно, управляющий вход блока извлечения корня квадратного подсоединен к выходу инвертора, управляющий вход частотомера подсоединен к выходу блока дифференцирования, последовательно соединенные генератор одиночных импульсов и первый элемент ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу первого счетчика, а второй вход подсоединен к выходу блока дифференцирования, последовательно соединенные второй счетчик, вход которого подключен к выходу ключа, а установочный вход- к выходу генератора одиночных импульсов, и цифроана- логовый преобразователь, выход которого подсоединен к входу генератора сигналов, последовательно соединенные второй элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу генератора одиночных импульсов, а второй вход - к выходу инвертора, и RS- триггер, прямой выход которого подсоединен к управляющему входу ключа, а R-вход - к выходу введенного третьего элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходу блока дифференцирования и к второму выходу второго счетчика соответственно.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерений коэффициента усиления /КУ/ антенны при ее настройке и испытаниях. Цель изобретения - уменьшение затрат времени на измерение КУ антенны в полосе частот. Указанная цель достигается дискретной перестройкой с помощью первого, второго и третьего элементов ИЛИ 1-3, генераторов 17 и 14 одиночных и прямоугольных импульсов RS-триггера 15, ключа 7, первого и второго счетчиков 8 и 9 и цифроа- налогового преобразователя 10 частоты генератора 4 сигналов в диапазоне измеряемых частот, излучением первой исследуемой антенной 23 сигнала генератора 4, измерением мощности принятого сигнала на выходе второй исследуемой антенны 24, идентичной первой исследуемой антенне, измерением цифровым частотомером 11 частоты излучаемого сигнала, измерением и фиксацией с помощью ждущего мультивибратора 18, блока 19 дифференцирования, инвертора 20, измерителя 5 мощности, блока 6 извлечения корня квадратного, первого и второго блоков умножения 12 и 13, блока 16 памяти формирования и цифрового регистратора 21 численных значений коэффициента усиления исследуемой антенны и частоты, на которой это измерение осуществляется. 2 ил. Ё