Устройство для определения энергетических параметров антенны Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для автоматического измерения эффективной площади поверхности антенны в широкой полосе частот.

Известно устройство для измерения эффективной площади поверхности антенны (см. А.Ф.Страхов Автоматизированные антенные измерения,М.: Радио и связь, 1985, с. 24-25), содержащее генератор сигнала, выход которого подключен к входу исследуемой антенны, последовательно соединенные измерительную антенну, измерительный приемник и блок управления и обработки, выход которого подключен к управляющему входу генератора сигналов.

Однако это устройство имеет сущест- чч| венный недостаток, обусловленный необхо- О димостью использования в устройстве VJ калиброванной измерительной антенны, Ј обусловленной применением известного ЈQ значения эффективной площади поверхности Зиа измерительной антенны при определении эффективной площади поверхности Sx исследуемой антенны

Sx

Pnp R Я

Sna РГ

где Рпр - мощность сигнала на входе измерительного приемника;

R - расстояние между исследуемой и измерительной антеннами; Я-длина волны; Рг- мощность генератора. Однако в ряде случаев, особенно в диапазоне декаметровых волн, выпуск измерительных антенн не производится, что исключает применение этого устройства для измерения эффективной площади поверхности антенн.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения коэффициента усиления антенны, содержащее генератор сигналов, выход которого является выходом для подключения первой исследуемой антенны:, измеритель мощности, вход которого является входом для подключения второй исследуемой антенны, последовательно соединенные блок извлечения корня квадратного, вход которого 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 счет- чи-ка, 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 цифроаналоговый 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 подсоеди- нен к управляющему входу ключа, 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.

Однако это устройство также не позволяет определять эффективную площадь поверхности антенн.

Целью изобретения является определение эффективной площади поверхности антенны.

Для достижения поставленной цели в устройство для измерения коэффициента усиления антенны, включающее управляемый генератор сигналов, последовательно соединенные генератор тактовых импуль5 сов, электронный ключ, двоичный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу управления управляемого генератора сигналов, последовательно соединенные ждущий мультивиб0 ратор,. блок дифференцирования и инвертор, генератор одиночного импульса, выход которого подключен к установочному входу двоичного счетчика, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу генера5 тора одиночного импульса, последовательно соединенные полосовой фильтр, вход которого является входом для подключений первой исследуемой антенны, цифровой измеритель мощности и блок извлечения кор0 ня.квадратного, блок умножения, второй вход которого подключен к выходу формирователя цифрового кода, третий вход - к второму выходу элемента задержки, а выход - к первому входу регистратора, к второму

5 входу которого подсоединен выход частотомера, а к третьему входу - третий выход элемента задержки, RS-триггер, дополнительно введен направленный ответвитель, вход которого подключен к выходу пере0 страиваемого генератора сигнала, первый выход является выходом для подключения входа второй исследуемой антенны, идентичной первой1 исследуемой антенне, а второйвыход - к входу частотомера, выход

5 которого подключен к второму входу введенного блока деления, первый вход которого подключен к выходу блока извлечения корня квадратного, третий вход - к первому выходу элемента задержки, а выход - к пер0 вому входу блока умножения, второй выход частотомера подсоединен к входу элемента задержки, второму входу блока извлечения корня квадратного и к входу введенного второго электронного ключа, выход которого

5 подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к входу ждущего мультивибратора, к выходу которого подключен управляющий вход первого электронного ключа, управляющий вход второго электронного ключа подсоединен к

выходу RS-триггера, R-вход которого подключен к второму выходу двоичного счетчика, .а S-вход - к выходу генератора одиночного импульса, управляющий вход частотомера подключен к выходу инвертора, а управляющий вход полосового фильтра подсоединен к выходу цифроаналогового преобразователя, при этом полосовой фильтр выполнен перестраиваемым.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу.

Устройство для определения энергетических параметров антенны содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый и второй электронные ключи 2.1 и 2.2, выполненные, например, на тиристорах, двоичный счетчик 3, выполненный, например, на микросхеме типа К155ИЕ5, блок 4 извлечения корня квадратного, выполненный, например, на микросхеме типа К145ИП16, ждущий мультивибратор 5 с длительностью импульса, равной сумме времен измерения мощности нз входе передающей и выходе приемной антенн и вычисления и регистрации значения эффективной площади поверхности антенны, цифроаналоговый преобразователь 6, выполненный, например, на микросхеме типа К572ПА2А, управ- ляе.мый генератор 7, выполненный, например, на диодах Ганна, направленный ответвитель 8, перестраиваемый полосовой фильтр 9, выполненный, например, на ЖИГ- фильтрах, цифровой измеритель 1.0 мощности, блок 11 де ления, выполненный, например, на микросхеме типа К155ИП16,. элемент ИЛИ 12, блок 13 дифференцирования, выполненный, например, в виде дифференцирующей цепи, инвертор 14, выполненный, например, в виде однока- скадного усилителя, частотомер 15 типа 43- 34, элемент 16 задержки, блок 17 умножения, выполненный, например, на микросхеме типа К145ИП16, формирователь 18 цифрового кода, выполненный, например, в виде источника питания с отводами соответствующих напряжений, генератор 19 одиночного импульса, RS- триггер 20, регистратор 21 типа МПУ16-3.

На фиг. 1 также представлены исследуемые антенны 22 и 23. При этом вход направленного ответвителя 8 подключен к выходу управляемого генератора 7, а выход соединен со входом исследуемой передающей антенны 22, последовательно соединены генератор 1 тактовых импульсов, первый электронный ключ 2.1, двоичный счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь 6, выход которого подключен также к входу управляемого генератора 7, и перестраиваемый полосовой фильтр 9, информационный вход которого соединен с выходом исследуемой приемной антенны 23, а выход подключен ко входу цифрового измерителя 5 10 мощности, последовательно соединены блок 4 извлечения корня квадратного, информационный вход которого подключен к выходу цифрового измерителя ТО мощности, блок 11 деления, блок 17 умножения,

10 второй информационный вход которого соединен с выходом формирователя 18 цифрового кода, и регистратор 21, последовательно соединены генератор 19 одиночного импульса, выход которого под15 ключей также к установочному входу двоичного счетчика 3, RS-триггер 20, R-вход которого соединен с соответствующим выходом двоичного счетчика 3, второй электронный ключ 2.2, элемент ИЛИ 12, первый

0 вход которого подключен к выходу генератора 19 одиночного импульса, ждущий мультивибратор 5, выход которого соединен также с управляющим входом первого электронного ключа 2.1, блок 13 дифференциро5 вания, инвертор 14, частотомер 15, информационный вход которого подключен к второму выходу направленного ответвителя 8, информационный выход соединен со вторыми информационными входами блока

0 11 деления и регистратора 21, а управляющий выход подключен к информационному входу второго электронного ключа 2.2 и управляющему входу блока 4 извлечения корня квадратного, и элемент 16 задержки,

5 первый, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами блока 11 деления, блока 17 умножения и регистратора 21 соответственно.

Устройство работает следующим обра0. зом.

Исследуемые антенны 22 и 23 располагают на расстоянии дальней зоны таким образом, чтобы главные максимумы их диаграмм направленности были ориентированы

5 по одной прямой навстречу друг другу.

На выходе генератора 19 формируют одиночный положительный импульс прямо- гоульной формы, который на установочный вход двоичного счетчика 3 и S-вход RS-триг0 гера 20 поступает непосредственно, а на вход ждущего мультивибратора 5 - через элемент ИЛИ 12. RS-триггер 20 переводится в положение логической 1, двоичный счетчик 3 устанавливается в начальное состоя5 ние, а ждущий мультивибратор 5 запускается. При этом на прямом выходе RS-триггера 20 формируется напряжение Ui (фиг. 2а) логической 1, которое подается на управляющий вход второго электронного

ключа 2.2 и открывает его, а на выходе ждущего мультивибратора 5 вырабатывается положительный импульс 1)2 (фиг, 26), который поступает на вход блока 19 дифференцирования и управляющий вход первого электронного ключа 2.1. Передний фронт импульса 1)2 дифференцируется блоком 13 ив виде положительного импульса Us (фиг. 2в) подается на вход инвертора 1.4, с выхода которого в виде отрицательного импульса 1)4(фиг. 2г) поступает на управляющий вход частотомера 15. Частотомер 15 не срабатывает, а первый электронный ключ 2.1 открывается, подключая выход генератора 1 тактовых импульсов Us (фиг. 2д), частота которых выбирается исходя из дискреты пере- стройки частоты генератора 7, к счетному входу двоичного счетчика 3. В результате поступления на счетный вход двоичного счетчика 3 прямоугольных импульсов Ue (фиг. 2е) объем его плавно заполняется, а на его выходе в двоичном коде формируются текущие значения логических напряжений, которые подаются на вход цифроаналогово- го преобразователя 6. На выходе цифроана- логового преобразователя 6 вырабатывает- ся возрастающее по амплитуде пилообразное напряжение итСфиг. 2ж), которое, посту- пая на входы генератора 7 и перестраиваемого фильтра 9, осуществляет перестройку их частот до частоты f 1 генера- тора 7. В момент окончания длительности импульса Ua (фиг. 26)ждущего мультивибратора 5 напряжение нз его выходе становится равным логическому О, поступление импульсов Ue (Фиг. 2е) на вход двоичного счетчика 3 прекращается, poet амплитуды напряжения Uy (фиг, 2ж) на внходе цифроа- налогового преобразователя 6 прекращается, а генератор 7 сигналов и полосовой фильтр 9 устанавливаются на первую часто- ту измерения эффективной площади поверхности исследуемых антенн 22 и 23.

Электромагнитная энергия с выхода генератора 7 через направленный ответви- тель 8 поступает на информационный вход частотомера 15 и вход исследуемой передающей антенны 22 и излучается в пространство. Принимаемая исследуемой приемной антенной 23 энергия сигнала через полосовой фильтр 9 подается на вход цифрового измерителя 10 мощности. С выхода цифрового измерителя 10 измеренное значение мощности Рпр сигнала подается на информационный вход блока 4 извлечения корня квадратного.

Одновременно задний фронт импульса 1)2 ждущего мультивибратора 5 дифферен- цируется блоком 13 и в виде отрицательного импульса Уз (фиг. 2в) поступает на вход инвертора 14, На выходе инвертора 14 формируется первый положительный импульс U4 (фиг. 2г), который подается на управляющий вход частотомера 15, на информационный вход которого со второго выхода нэп равлен- ного ответвителя 6 поступает сигнал генера- тора 7. Частотомер 15 срабатывает и измеряет первую частоту fi настройки генератора 7 сигналов, значение которой с его информационного выхода в двоичном коде подается на вторые информационные входы блока 11 деления и регистратора 21.

, В момент окончания измерения частоты /1 частотомером 15 на его управляющем выходе вырабатывается положительный импульс Us (фиг. 2з), который через открытый второй электронный ключ 2.2 и элемент ИЛИ 12 подается на входы ждущего мультивибратора 5 и элемента 16 задержки и управляющий вход блока 4 извлечения корня квадратного. Блок 4 извлечения корня квадратного срабатывает и на его выходе в двоичном коде вырабатывается результат РПр, который в виде логических напряжений подается на первые разрядные входы блока 11 деления, на вторые разрядные входы которого с информационного выхода частотомера 15 в двоичном коде поступают логические напряжения значения частоты f i генератора 7. С первого выхода элемента 16 задержки задержанный на г импульс Us (фиг. 2з) подается на управляющий вход блока 11 деления. Блок 11 деления срабатывает и осуществляет операцию деления Pnp/fi. С выхода блока 11 деления результат деления в двоичном коде поступает на первый информационный вход блока 17 умножения, на,второй информационный вход которого в двоичном коде подается постоянная величина R c/vPr выхода формирователя 18 цифрового кода. Со второго выхода элемента 16 задержки задержанный на 2г импульс Us (фиг. 2з) поступает на управляющий вход блока 17 умножения и запускает его. Блок 17 умножения срабатывает и на его выходе в двоичном коде формируется числовое значение эффективней площади поверхности антенны Sx ( R c/f ) vpnp/pr на частоте fi генератора 7, которое поступает на первый информационный вход регистратора 21, на второй информационный вход которого в двоичном коде поступает числовое значение частоты fi. С третьего выхода элемента 16 задержки задержанный на Зт импульс Us подается на управляющий вход регистратора 21, .который срабатывает и фиксирует значение эффективной площади поверхности антенны Sxi и частоту fi генератора 7. Величина задержки г элемента 16 задержки выбирается из расчета времени.

необходимого для срабатывания блока 4 извлечения корня квадратного, блока 17 умножения и блока 11 деления.

Одновременно ждущий мультивибратор 5 опять переводится в положение логи- ческой 1 и на его выходе формируется второй положительный импульс 112(фиг. 26), который подается на управляющий вход первого электронного ключа 2.1. Первый электронный ключ 2.1 снова открывается и выход генератора 1 тактовых импульсов опять подключается к счетному входу двоичного счетчика 3. Объем памяти двоичного счетчика 3 продолжает плавно увеличиваться, напряжение U (фиг. 2ж) на выходе циф- роаналогового преобразователя 6 плавно возрастать, осуществляя перестройку частоты генератора 7 до частоты Ъ.

В момент окончания длительности второго импульса U2 ждущего мультивибратора 5 напряжение на его выходе становится равным логическому О, поступление импульсов Us (фиг. 2е) на счетный вход двоичного счетчика 3 прекращается, амплитуда U (фиг. 2ж) на выходе цифроаналогового пре- образователя б остается неизменной, а перестройка генератора 7 сигналов и полосового фильтра 9 на частоте h прекращается и процесс измерения эффективной площади поверхности антенны на частоте h (и всех последующих частотах) повторяется.

При перестройке генератора 7 до верхней границы f исследуемого диапазона, то есть при полном заполнении объема двоичного счетчика 3, на последнем выходе высшего разряда двоичного счетчика 3 формируется положительный импульс Ug (фиг. 2и), который подается на R-вход RS- триггера 20. RS-триггер 20 возвращается в положение логического О и на его прямом выходе напряжение U1 становится соответствующим логическому О (фиг. 2а). Второй электронный ключ 2.2 закрывается, управляющие импульсы Us (фиг, 2з) с выхода частотомера 15 на вход ждущего мультивибратора 5 не поступают, первый электронный ключ 2.1 не открывается, перестройка генератора 7 сигналов и полосового фильтра 9 не производится и процесс измерения эффективной площади поверхности исследуемых антенн прекращается.

Использование: измерение эффективной площади поверхности антенны в широкой полосе частот. Сущность изобретения: цель достигается дискретной перестройкой генератором 1 тактовых импульсов, первым электронным ключом 2.1, двоичным счетчиком 3 и цифроаналоговым преобразователем 6 генератора 7 сигналов в заданном диапазоне частот, излучением первой исследуемой антенной 22 энергии генератора 7 в пространство, приемом второй исследуемой антенной 23. идентичной антенне 22, излучаемой энергии, измерением перестраиваемым фильтром 9 и измерителем 10 мощности уровня сигнала на входе исследуемой приемной антенны 23, измерением частотомером 15 частоты излучаемого сигнала, вычислением блоком 4 извлечения корня, цифровым делителем 11 и цифровым умножителем 17 эффективной площади поверхности исследуемой антенны 22 и 23 на каждой из дискретных частот. 2 ил. ел

Формула изобретения Устройство для определения энергетических параметров антенны, включающее управляемый генератор сигналов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, электронный ключ, двоичный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу управления управляемого, генератора сигналов, последовательно соединенные ждущий мультивибратор, блок дифференцирования и инвертор, генератор одиночного импульса, выход которого подключен к установочному входу двоичного счетчика, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу генератора одиночного импульса, последовательно соединенные полосовой фильтр, вход которого является входом для подключения первой исследуемой антенны, цифровой измеритель мощности и блок извлечения корня квадратного, блок умножения, второй вход которого подключен к выходу формирователя цифрового кода, третий вход - к второму выходу элемента задержки, а выход - к первому входу регистратора, к второму входу которого подсоединен выход частотомера, а к третьему входу - третий выход элемента задержки, RS-триггер, отличающееся тем, что. с

целью определения эффективной площади поверхности антенны, полосовой фильтр выполнен перестраиваемым, дополнительно введен направленный ответвитель, вход

которого подключен к выходу перестраиваемого генератора сигнала, первый выход направленного ответвителя является выходом для подключения входа второй исследуемой

антенны, идентичной первой исследуемой антенне, а второй выход - к выходу частотомера, выход которого подключен к второму входу введенного блока деления, первый вход которого подключен к выходу блока извлечения корня квадратного, третий вход - к первому выходу элемента задержки, а выход - к первому входу блока умножения, второй выход частотомера подсоединен к входу элемента задержки, второму входу блока извлечения корня квадратного и к входу введенного второго электронного ключа, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к входу ждущего мультивибратора, и выходу которого подключен управляющий вход первого электронного ключа, управляющий вход второго электронного ключа подсоединен к выходу RS-триггера, R-вход которого подключен к второму выходу двоичного счетчика, а S-вход - к выходу генератора одиночного импульса, управляющийемого полосового фильтра подсоединен к

вход частотомера подключен к выходу ин-выходу цифроаналогового преобразоватевертора, а управляющий вход перестрэива-ля.

9иг, /