Устройство для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

пулятором, измерителями уровня и разности фаз, примем опорный выход амплифа зометра соединен с опорным входом измерителя разности фаз, а выход генератора прямоугольных импульсов - с входом управления ФДР по столбцам, через делитель на 2 - с входом управления ФАР по строкам и через фазовращатёль на 90° - с управляющим входом фазового манипулятора.

Аналогу свойственна низкая точность измерений, обусловленная недостаточной степенью подавления сигналов строки и столбца фазовым манипулятором (порядка 40 дБ), что недостаточно при измерении с большим количеством каналом.

Наиболее близко к предлагаемому устройство, описанное а авт.св. № 1442940. Устройство состоит из генератора СВЧ, генератора прямоугольных импульсов, дели- телейчастоты на n,k, с, наг, фазоврзщателя из состава ФАР, коммутатора, счетчика, неподвижного .зонда, СВЧ сумматора. квадратичного детектора, фазовращателя на 90°. трех узкополосных фильтров, двух дифференциальных, усилителей, инвентора, двух фазовых детекторов и двух ФНЧ. Принцип работы устройства основан на поочередной модуляций строки, столбца и одновременно строки и столбца, совмещении этих трех сигналов во времени с помощью узкопрлос- ных фильтров, сложении первых двух и вычитании из полученной суммы третьего с помощью двух дифференциальных усилите- яей, этот сигнал детектируется двумя фазовыми детекторами, сигналы на опорных входах которых отличаются по фазе нэ 90°, что обеспечивает получение sin и cos компонент сигнала отдельного канала ФАР.

Однако базовому устройству свойственен следующий недостаток: практически невозможно обеспечить одинаковый коэффициент передачи всех трех сигналов, что существенно сказывается на погрешности измерений. М

Цель изобретения - повышение точности измерений. .;

11оставле най цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки, включающее последовательно соединенные генератор СВЧ, на- прав/ценного ответвитель, выход которого является входом для подключения входа исследуемой фазированной антенной решетки (ФАР), последовательно соединенные неподвижный зонд, СВЧ-сумматор, коммутаторы, первый и второй выход которых подсоединен к входу управлений исследуемой ФАР по строкам и столбцам соответственно, третий коммутатор, генератор прямоугольных импульсов, фазовращатель на 90°, первый и второй синхронные детекторы, выход каждого из которых подключён к входу первого и второго фильтров нижних частот,

выходы которых являются выходами устройства, введены последовательно соединенные второй направленный ответвитель, вход которого подключен к второму выходу первого направленного ответвителя, перемённый аттенюатор и переменный фазовращатёль, выход которого подсоединен к второму выходу СБЧ-сумматОра, последоватёльно соединенные амплифазометр, изме- рительный вход Которого подключен к

выходу СВЧ-сумматора, а опорный вход - к второму выходу второго направленного ответвителя, первый смеситель и первый усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к первому входу первого синхронного детектора, последовательно соединенные второй смеситель, вход которого объединен с входом первого смесителя и подключен к измерительному выходу: амплифазометра, и второй усилитель

промежуточной частоты, выход которого подсоединен к первому входу второго синхронного детектора, второй вход которого объединён с йторым входом первого синхронного детектора и подключен к выходу

генератора прямоугольных импульсов, опорный выход амплифазометра, подсоединен к второму входу второго смесителя и.

через фазовращатель на 90е; - к второму входу первого смесителя, первый вход

третьего коммутатора подключён к выходу генерэтора прямоугольных импульсов, а выход - к входу первого и второго коммутато ров, выход генератора прямоугольных

импульсов подключён к входу введенных

счётчика и инвертора, выход которого подсоединен к второму входу третьего коммутатора, а аыход счетчика подключен к входу управления первого, второго и третьего

Коммутаторов,

На чертеже приведена структурная схе- ма устройства.

Устройство состоит из генератора СВЧ 1, первого направленного ответвителя 2, второго направленного ответвителя 3, генератора прямоугольных импульсов 4, измеряемой ФАР 5с дискретными управляемыми

фазовращателями 6, первого коммутатора 7,

второго коммутатора 8, третьего коммутатора

9, счетчика 10, инвертора 11, переменного

аттенюатора 12, переменного фазовращателя 13, неподвижного зонда 14, СВЧ-сумма- измерителя разности фаз и ослаблений (амплифазометра) 16, первого и второго смесителей 17 и 18, фазовращателя

на 90° 19, первого и второго УПЧ 20 и 21.

первого и второго синхронных детекторов 22 и 23, первого и второго ФНЧ 24, 25.

Генератор СВЧ-колебаний 1, работающий на частоте (Оо/2 л, возбуждает исследуемую ФАР 5. На расстоянии порядка размеров ФАР расположен неподвижный зонд 14, принимающий сигнал антенной решетки. На вход управления ФАР по строкам, соответствующий строке, в которой расположён измеряемый элемент, от генератора прямоугольных импульсов 4 поступает сигнал управления частотой F для манипуляции сигнала строки с индексом л /2 (0-180°). После нескольких периодов манипуляций сигнала строки по сигналу счетчика 10 происходит переключение коммутаторов 7 и 8 и в течение того же отрезка времени осуществляется манипуляция столбца; в котором находится измеряемый элемент с индексом п II (0-180°) частотой F. Затем по сигналу счетчика 10 осуществляется переключение коммутаторов 7, 8 и 9 и в течение того же отрезка времени осуществляется фазовая манипуляция строки и столбца, на пересечении которых находится измеряемый элемент, проинвертиро- ванным сигналом кварцевого генератора частотой F с индексом п II (180-0°). Так как аппаратура управления ФАР в каждом канале осуществляет сложение по модулю 2 сигналов управления строки и. столбца, то элемент, находящийся на пересечении переключаемых строки и столбца, является не- модулиррванным, т.е. в этом случае модулированный сигнал представляет собой сумму сигналов всех элементов строки и столбца, за исключением сигнала, общего для строки и столбца элемента. Сигнал ФАР принимается неподвижным зондом, переносится на промежуточную частоту измерителем разности фаз и ослаблений: при этом на опорный вход измерителя подается не- мйдулированный сигнал генератора СВЧ. С помощью двух смесителей, на вторые входы которых подается перенесенный на ПЧ опорный сигнал с выхода ПЧ опорн. измерителя (на один смеситель непосредственно, а на другой - через фазоврэщатель на 90) формируются квадратурные составляющие сигналов. Полоса пропускания следующих за смесителями УПЧ выбираются достаточно узкой для обеспечения совмещения трех сигналов, соответствующих трем законам модуляции ФАР. Первый и второй сигналы представляют собой соответственно сигнал строки и сигнал столбца, а третий - пройнвертированный суммарный сигнал строки и столбца за исключением сигнала измеряемого элемента. При совмещении

этих трех сигналов во времени на выходе УПЧ выделяется квадратурная составляющая, пропорциональная удвоенному сигналу отдельного элемента ФАР. При этом избирательность УПЧ позволяет отфильтровать нескомпенсйрованную часть немоду- лйрованного фона ФАР. Использование двух синхронных детекторов на вторые входы которых подан сигнал кварцевого генератора, .позволяет сформировать два

квадратурных уровня, соответствующих сигналу измеряемого элемента,

В устройстве для снижения уровня постоянной составляющей на входе УВЧ используется вычитание из измеряемого

сигнала, представляющего собой суперпозицию модулированного сигнала строки или столбца и немодулированного сигнала остальных элементов ФАР, суммарного сигнала всей ФАР. Для этого в режиме.

отсутствия манипуляции элементов ФАР с- помощь,ю перестраиваемых аттенюатора и фазовращателя добиваются минимума сигнала на выходе стандартного амплифа- зометра. При измерениях этот сигнал используется для компенсации немодулированного фона ФАР.

. Существенным преимуществом данного устройства является осуществление совмещения во времени всех трех сигналов и выполнения операций сложения и вычитания сигналов для каждого из квадратурных каналов на одном УПЧ. Это, а также использование компенсации немодулированного

фона ФАР позволяет добиться поставленной цели: повысить точность измерений амплитудно-фазового распределения ФАР неподвижным зондом при упрощении схемы измерений и закона управления элементамииФАР..

Формула из обретения55 Устройство для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки, включающее последовательно соединенные СВЧ-генератор и

направленный ответвитель, выход которого является выходом для подключения входа исследуемой фазированной антенной решетки (ФАР), последовательно соединенные неподвижный зоид и СВЧ-сумматор,

первый и второй коммутаторы, выход которых подсоединен к входу управления исследуемой ФАР по строкам и столбцам соответственно, третий коммутатор, генератор прямоугольных импульсов фазовращатель на 90°, первый и второй фазовые детекторы, выход каждого из которых подключен к входу первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых являются выходами устройства, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные второй направленный ответвитель, вход которого подключен к второму выходу первого направленного ответвителя, переменный аттенюатор и переменный фазовращатель, выход которого подсоединен к второму входу СВЧ-сумматора. последовательно соединенные амплифазометр, первый вход которого подключен к выходу СВЧ-сумматора, а второй вход- к второму выходу второго направленного ответвителя, первый смеситель и первый усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к первому

входу первого фазового детектора, последовательно соединенные второй смеситель, вход которого подключен к первому выходу амплифазометра, и второй усилитель

промежуточной частоты, выход которого подсоединен к первому входу второго синхронного детектора, второй вход которого объединен с вторым входом первого синхронного детектора и подключен к выходу

генератора прямоугольных импульсов, второй выход амплифазометра подсоединен к второму входу второго смесителя и через фазовращатель на 90° - к второму входу первого смесителя, первый вход третьего

коммутатора подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выход - к входам первого и второго коммутаторов, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к входу введенных счетчика и

инвертора, выход которого подсоединен к второму входу третьего коммутатора, а выход счетчика подключен к входу управления первого, второго и третьего коммутаторов.