Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения поля антенны Советский патент 1992 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к антенным измерениям, в частности к технике измерения параметров апертурных антенн и фазированных антенных решеток на автоматизированных стендах.

Известно устройство для измерения поля в раскрыве антенны, использующее модулирующий рассеивающий зонд для формирования информационнцго сигнала, содержащий однополюсный модулятор и осуществляющий сдвиг частоты отраженного сигнала.

Недостатком устройства является невысокая точность измерения вследствие малого подавления паразитной частоты в спектре отраженного сигнала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройстве для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, направленный ответвитель, первый цирку- лятор, исследуемую фазированную антенную решетку (исследуемую антенну), последовательно соединенные зонд, второй циркулятор, однополосный СВЧ-моду- лятор, а также первый подмодулятор, второй подмодулятор, первый смеситель, а также последовательно соединенные СВЧ-сумматор, первый квадратичный детектор, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), а также механизм перемещения (сканер).

Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения вследствие недостаточного подавления паразитной частоты в спектре принятого отраженного сигнала, осуществляемое двумя однополосными СВЧ-модуляторами, а также высокого уровня шума в измерительном канале, обусловленном шумами квадратичного детектора.

Целью изобретения является повышение точности измерения посредством более полного подавления паразитной составляющей в спектре информационного сигнала, а также уменьшения влияния шумов в измерительном канале.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитудно- Фазового распределения поля антенны, включающее последовательно соединенные первый генератор СВЧ. первый направленный ответвитель и первый циркулятор, второе плечо которого является выходом для подключения входа исследуемой антенны, последовательно соединенные СВЧ- сумматор, первый вход которого подключен к третьему плечу первого циркулятора,

квадратичный детектор и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные зонд, второй циркулятор и однополосный СВЧ-модулятор, выход которого подключен к третьему плечу второго циркулятора, первый смеситель, амплифа- зометр, первый и второй подмодуляторы, выходы которых подключены к первому и второму входам первого смесителя соот0 ветственно, выход которого подсоединен к опорному входу амплифазометра, а зонд, второй циркулятор и первый однополосный модулятор размещены на механизме перемещения, дополнительно введены последо5 вательно соединенные второй генератор СВЧ и второй направленный ответвитель, выход основного плеча которого подключен к второму входу СВЧ-сумматора. а вход вспомогательного плеча второго направ0 ленного ответвителя подключен к второму выходу первого направленного ответвителя. последовательно соединенные второй смеситель, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя промежу5 точной частоты, и второй усилитель промежуточной частоты, выход которого подсоединен к измерительному входу амплифазометра, последовательно соединенные смеситель СВЧ, вход которого

0 подключён к выходу вспомогательного плеча второго направленного ответвите ля и однополосный высокочастотный модулятор, выход которого подсоединен к второму входу второго смесителя, а модулирующий вход

5 однополосного высокочастотного модулятора подключен к выходу второго подмодуля- тора.

Введение второго генератора СВЧ позволило получить дополнительное, по срав0 нению с прототипом, подавление паразитной частоты (второй боковой частоты модулированного сигнала) на высокой первой промежуточной частоте, используя селективные свойства первого усилителя

5 промежуточной частоты. Однополосный СВЧ-модулятор и однополосный ВЧ-моду- лятор осуществляют функции подавления паразитной частоты, идентичные функциям двух однополосных СВЧ-модуляторов в про0 тотипе. Применение первой высокой промежуточной частоты позволяет уменьшить влияние собственных шумов квадратичного детектора (СВЧ-смесителя) на его выходной сигнал, что, в конечном итоге, ведет кувели5 чению отношения сигнала к шуму нз выходе первого усилителя промежуточной частоты. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения амплитудно-фазового распределения поля антенны.

Устройство содержит последовательно соединенные первый генератор СВЧ 1, первый направленный ответвитель 2, первый циркулятор 3, исследуемую антенну 4, а также последовательно соединенные зонд 5, второй циркулятор 6, однополосный СВЧ- модулятор 7, выход которого соединен с третьим плечом второго циркулятора 6, первый подмодулятор 8, второй генератор СВЧ 9, второй направленный ответвитель 10, по- следовательно соединенные СВЧ-сумматор 11, квадратичный детектор 12, первый УПЧ 13, второй смеситель 14, второй УПЧ 15, а также амплифазометр 16, первый смеситель 17, смеситель СВЧ 18, однополосный ВЧ- модулятор 19, второй подмодулятор 20, механизм перемещения (сканер) 21, причем первый вход СВЧ-сумматора 11 соединен с третьим плечом первого циркулятора 3, выход второго генератора СВЧ 9 соединен с основным входом второго направленного ответвителя 10, выход которого соединен со вторым плечом СВЧ-сумматора 11, выход вспомогательного плеча первого направленного ответвителя 2 соединен со входом вспомогательного плеча второго направленного ответвителя 10, выход которого подключен ко входу смесителя СВЧ 18, выход которого соединен с первым входом однополосного ВЧ-модулятора 19, ко второму входу которого подключен выход второго подмодулятора 20, причем выход однополосного ВЧ-модулятора соединен со вторым входом второго смесителя 14, выход второго УПЧ 15 подключен к измерительно- му входу амплифазометра 16, выход первого подмодулятора 8 соединен с модулирующим входом однополосного СВЧ-модулятора 7 и с первым входом первого смесителя 17. второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора 20, а выход подключен к опорному входу амплифазометра 16, а зонд 5, второй циркулятор 6, однополосный СВЧ-модулятор 7 механически связаны с механизмом пере- мещения 21.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал на выходе генератора СВЧ. 1 единичной амплитуды

cos (0)- t + pi),

О)

где - несущая частота, - начальная фаза, t - время. Сигнал (1), пройдя первый циркулятор 3 и исследуемую антенну 4. создаст поле в точке расположения зонда, которое записывается в виде

KxCOS ( t + + ),(2)

и

51015 202530354045

50

55

где Кх, (х - коэффициенты, характеризующие амплитуду и фазовый сдвиг данной точки поля, где расположен зонд 5.

Поле (2) регистрируется зондом 5, сигнал с выхода которого, пройдя второй циркулятор 6, поступает на однополосный СВЧ-модулятор 7, где производится фактически смещение частоты измеряемого сигнала на частоте QI подмодулятора 8.

Сигнал на выходе однополосного СВЧ- модулятора 7 описывается формулой

КХ1 COS (Wit + Qlt + (р + fb} + + Kx/Ch1 COS (uW + ф + ) + + Kxi/Cn2 COS (Oh - QI) t + (p + p) , (3)

где Kxi - коэффициент, характеризующий амплитуду смещенной (боковой) частоты;

Сп1, Сп2 - коэффициенты, характеризующие степень подавления несущего колебания промежуточной частоты и второй боковой частоты.

Сигнал (3) с выхода однополосного СВЧ- модулятора 7, пройдя второй циркулятор 6 в обратном направлении, излучается зондом 5 и часть его принимается исследуемой антенной 4 и, пройдя первый циркулятор 3 в обратном направлении, поступает на вход сумматора 11, где его можно описать выражением

ai (t) Kxi cos (ал + Qi) t + 921 +

+ 2 fc + Kx /Cnicos (wn + pi + 2 y)x) +

+ KЈI /Cnacos (an - Qi) t + ( - 2 jOx. (4)

На второй вход СВЧ сумматора 11 через направленный ответвитель 10 поступает гетеродинный сигнал второго генератора СВЧ 9.

32(t) A COS ( M2t + pl,(5)

где А, , р2 - соответственно амплитуда, частота и начальная фаза второго генератора. С выхода сумматора сигнал поступает на вход квадратичного детектора 12, на выходе которого выделяется модулированный сигнал первой промежуточной частоты ( о)Пр wi -ад), усиливается, при этом с учег том селективных свойств первого УПЧ 13 на выходе последнего будет иметь вид:

Кх1 COS (Шпр + Qi) t + р- + + + + KX1 /CnlCnl COS (COnpt - ( - ) +

+ КХ1 /Сп2Сл2 COS ( -ill) t Ч- - (р2 ,

(6)

где Сп1 , Сп2 - коэффициенты, характеризующие степень подавления несущего колебания промежуточной частоты и второй боковой частоты первым УПЧ 13. Этот сигнал подается на вход второго смесителя 14. Часть сигнала генератора СВЧ 1 и часть сигнала генератора СВЧ 9 подаются на вход смесителя СВЧ 18, на выходе последнего образуется опорный сигнал высокой промежуточной частоты

Со cos ( со npt + р - рг ),

(7)

который подается на вход однополосного ВЧ-модулятора 19, где производится сме- щение промежуточной частоты опорного сигнала на частоту Qz второго подмодуля- тора 20. Сигнал на выходе однополосного ВЧ-модулятора 19 имеет вид

Со COS (Wnp + Јi) t + p - (pi - - Co/Cn1 COS (tthpt +(p } (pi) +

+ Co/C n2 cos conp Ј&) t + pi - ipi, (8)

где Cni , Сп2 - коэффициенты, характеризующие степень подавления несущего и второго бокового паразитного колебаний. Сигнал (8) поступает на второй вход смеси- теля 14.

На выходе смесителя 14 выделяется сигнал с частотой (Qz - QI) и усиливается, при этом с учетом селективных свойств УПЧ 15 сигнал на выходе последнего можно за- писать в виде

Со {Kxi cos (Ga - Qi) т + 2 рх +

-)- Kil /Сп2 Сп2 Cn2 COS (Q - Qi) t - 2 COxjj

(9)

Второй член в (9) является остатком второй боковой частоты, отвечающим за величину погрешности измерения.

Механизм перемещения 21 перемещает зонд 5, циркулятор 6. однополюсный СВЧ-модулятор,

Эффективность предложенного устройства, как видно из (9), по сравнению с прототипом повышается за счет дополнительного подавления паразитной боковой частоты в измерительном канале, а также за счет применения высокой.промежуточной частоты (л)Пр, что обеспечивает малое влия- ние собственных шумов квадратичного детектора на его выходной сигнал.

Применение второго генератора СВЧ; однополосного СВЧ-модулятора в измерительном канале, однополосного ВЧ-модуля- тора в опорном канале, фильтрации паразитной частоты селективным УПЧ позволяет реализовать более совершенный однополосный модулятор, характеризующийся подавлением Сп2, С п2 , Сп2 . Если подавление паразитных составляющих достигает 10 дБ в каждом из узлов (однополосном СВЧ-мо- дуляторе, однополосном ВЧ-модуляторе, селективном УПЧ), то это характеризует подавление паразитных каналов в предлагаемом устройстве на 30 дБ, что соответствует погрешностям по фазе порядка 2°. по амплитуде порядка 3%.

Эффективность данного устройства повышается также за счет того, что основная селекция проводится не в диапазоне СВЧ, а в диапазоне ВЧ (селективным УПЧ и однополосным ВЧ-модулятором), где подавление паразитных каналов может быть обеспечено на уровне 30 дБ и более в каждом из них, что позволяет говорить о суммарном подавлении паразитного канала на 60-70 дБ и выше.

Формула изобретения Устройство для измерения амплитудно- фазового распределения поля антенны, включающее последовательно соединенные первый генератор СВЧ, первый направленный ответвитель и первый циркулятор, второе плечо которого является выходом для подключения входа исследуемой антенны, последовательно соединенные СВЧ- сумматор, первый вход которого подключен к третьему плечу первого циркулятора. квадратичный детектор и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные зонд, второй циркулятор и однополосный СВЧ-модулятор. выход которого подключен к третьему плечу ,зторогс циркулятора, первый смеситель, амплифа- зометр, первый л второй подмодуляторы выходы которых подключены к первому v второму входам первого смесителя соответственно, выход которого подсоединен к первому входу амплифазометра, а зонд, второР циркулятор и первый однополосный модулятор размещены на механизме перемещения, отличающееся тем, что, с целые повышения точности, дополнительно введены последовательно соединенные второй генератор СВЧ и второй направленный ответвитель, выход основного плеча которого подключен к второму входу СВЧ-сумматоря а вход вспомогательного плеча второго направленного ответвителя подключен к второму выходу первого направленного ответеителя, последовательно соединенные второй смеситель, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя промежуточной частоты, и второй усилитель промежуточной частоты, выход которого подсоединен к измерительному входу амп- лифазометра, последовательно соединенные смеситель СВЧ, вход которого подключен к выходу вспомогательного плеча второго направленного ответвителя, и однополосный высокочастотный модулятор, выход которого подсоединен к второму входу второго смесителя, а модулирующий вход однополосного высокочастотного модулятора подключен к выходу второго подмодуля- тора.

Использование: в технике антенных измерений для измерения параметов фазированных антенных решеток на автоматизированных стендах, Сущность изобретения: повышение точности измерения достигается тем, что устройство содержит последовательно соединенные генератор СВЧ 1, первый направленный ответвитель (НО) 2 и первый циркулятор 3, второе плечо к-рого является выходом для подключения исследуемой антенны 4, последовательно соединенные и установленные на механизме перемещения 21 зонд 5, второй циркулятор 6 и однополосный модулятор 7, второй вход к-рого подключен к выходу первого подмо- дулятора 8, а выход - к третьему плечу второго циркулятора 6, последовательно соединенные второй генератор СВЧ 8, второй НО 10, СВЧ-сумматор 11, квадратичный детектор 12, первый УПЧ 13, второй смеситель 14, второй УПЧ 15 и амплифазометр 16, второй вход к-рого подключен к вьиоду первого смесителя 17, первый вход к-poic подсоединен к выходу первого подмодулятора 8, а второй - к выходу второго подмодулятора 20, последовательно соединенные смеситель СВЧ, вход к-рого подключен к второму выходу второго НО 1-0, второй вход к-рого подсоединен к второму выходу первого НО 2, и однополосный ВЧ-модулятор 19, второй вход к-рого подключен к выходу второго подмодулятора 20, а выход - к второму входу второго смесителя 14 Второй вход второго сумматора СВЧ 11 подключен к третьему плечу первого циркулятора. Цель достигается подавлением паразитных частот. 1 ил. Ё VI XI О О 00