Устройство для измерения диаграммы направленности антенны Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к области антенных измерений, в частности к стендовой аппаратуре для антенных измерений.

Изобретение может быть использовано для отработки антенных устройств при авто- матическом измерении диаграмм направленности антенн, а также у автоматизированных измерительных комплексах, предназначенных для измерения затухания 5 волноводных трактах (например, при калибровке волноводов, ответвителей и

ДР-).

Таким образом, целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения диаграммы направленности антенны в широком диапазоне частот.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюры напряжений.

Предлагаемое устройство для измере- ния диаграммы направленности антенны содержит СВЧ генератор 1, выход которого соединен с вспомогательной антенной 2, а модулирующий вход подключен к выходу модулятора 3.

Поворотный стол 4, предназначен для крепления исследуемой антенны 5. Выход исследуемой антенны 5 соединен с последовательно включенными аттенюатором 6, электрически управляемым аттенюатором 7, СВЧ детектором 8 и усилителем 9. Выход усилителя 9 соединен с первыми входами компараторов верхнего 10 и нижнего 11 уровней, вторые входы которых соединены с выходом источника опорных напряжений

12. Выходы компараторов 10 и 11 соединены одновременносо входами изменения направления счета реверсивного счетчика 13 и входами логической схемы ИЛИ 14. Выход логической схемы ИЛИ 14 подключен к пер- вому входу логической схемы И 15, второй вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов 16, а выход соединен со счетным входом реверсивного счетчика

13. Первый выход блока управления и обра- ботки 17 подключен к входу поворотного стенда 4, выход которого подсоединен к первому входу блока управления и обработки 17. Выход ЦАП 18 соединен со входом управления электрически управляемого ат- тенюатора 7, а вход подключен к выходу реверсивного счетчика 13.

Устройство для измерения диаграммы направленности антенны работает следующим образом.

Перед началом измерений производится калибровка установки, для этого антенны 2 и 5 ориентируют по максимуму сигнала в направлении друг на друга. Генератор СВЧ 1 вырабатывает СВЧ сигнала, модулируемый модулятором 3, аттенюатором 6 устанавливают затухание 0 дБ. Высокочастотный сигнал с выхода исследуемой антенны 5 через аттенюатор 6, электрически управляемый аттенюатор 7, поступает на СВЧ детектор 8. Сигнал с выхода СВЧ детектора 8 усиливается усилителем 9 и поступает на первые входы компараторов верхнего 10 и нижнего 11 уровней, где происходит его сравнение с опорными сигналами, поступающими на вторые входы вышеуказанных компараторов 10 и 11. Уровень опорного сигнала, поступающего на второй вход компаратора верхнего уровня 10 больше уровня опорного сигнала, поступающего на второй вход компаратора нижнего уровня 11 на величину Гистерезиса. При превышении сигнала с выхода усилителя 9 уровня опорного сигнала, поступающего на второй вход компаратора верхнего уровня 10 на его выходе формируется сигнал логической единицы, переводящий реверсивный счетчик 13 в режим наращивания кодов разрядов. Если уровень сигнала с выхода усилителя 9 меньше уровня опорного сигнала, поступающего на второй вход компаратора нижнего уровня 11, на его выходе формируется сигнал логической единицы. При этом реверсивный счетчик 13 переводится в режим уменьшения кодов разрядов.

Если уровень сигнала с выхода усилителя 9 попадает в зону, ограниченную Гистерезисом, на выходах компараторов 10 и 11 присутствуют сигналы логического нуля.

Сигналы логических уровней с выхода компараторов верхнего 10 и нижнего 11 уровней поступают также и на входы логической схемы ИЛИ 14. В случае наличия уровня логической единицы на выходе одного из компараторов 10 или 11, на выходе логической схемы ИЛИ 14 появляется уровень логической единицы, который разрешает прохождение счетных импульсов с генератора счетных импульсов 16 через логическую схему И 15 на счетный вход реверсивного счетчика 13, который в этом случае начинает счет счетных импульсов в сторону уменьшения или увеличения кода.

Если на выходах компараторов 10 и 11 появляются уровни логического нуля, на выходе логической схемы ИЛИ 14 формируется уровень логического нуля, поступающего на вход логической схемы И 15 и прерывающий прохождение импульсов с выхода генератора счетных импульсов 16 на счетный вход реверсивного счетчика 13, который в этом случае прекращает счет счетных импульсов.

Таким образом, компараторы верхнего 10 и нижнего 11 уровней формируют на своих выходах код, который в зависимости от уровня сигнала, поступающего с выхода усилителя 9, управляет направлением счета реверсивного счетчика 13 или запрещает его работу, код с выхода реверсивного счетчика после преобразования в цифроанало- говом преобразователе 18 поступает на управляющий вход электрически управляемого аттенюатора 7, который в зависимости от уровня сигнала управления вносит большее или меньшее ослабление сигнала СВЧ, тем самым замыкая автоматическую цепочку, поддерживающую на входе СВЧ детектора 8, а, следовательно, и на выходе усилителя 9 уровень постоянного сигнала. Так как на входе СВЧ детектора 8 поддерживается постоянный уровень СВЧ сигнала, то, следовательно, в процессе работы используется постоянно только одна рабочая точка рабочей характеристики СВЧ детектора, поэтому на точность измерения или калибровки параметры СВЧ детектора влияния не оказывают.

Необходимость использования гистерезиса видна из следующего примера.

В случае наличия на входе антенны 5 постоянного уровня СВЧ сигнала, без использования гистерезиса реверсивный счетчик 13 обязан постоянно производить счет импульсов в сторону увеличения или уменьшения кода, так как на выходе компараторов нет комбинации кодов, прерывающих поступление импульсов с генератора счетных импульсов 16 на счетный вход реверсивного счетчика 13.

Ввиду инерционности электрически управляемого аттенюатора 7 и усилителя 9 реверсивный счетчик 13 будет производить переключение направления счета с временной задержкой. В результате на выходе ЦАП 18 будет напряжение, показанное на фиг.2, размах которого соответствует изменению на выходе реверсивного счетчика 6-7 разрядов. Для получения пригодного усредненного значения кодов необходимо считать при помощи ЦВМ, входящей в состав блока управления и обработки, 80-100 показаний счетчика, а это существенные временные затраты. В случае использования гистерезиса, когда уровень сигнала с выхода усилителя 9 попадает в зону, ограниченную гистерезисом, реверсивный счетчик 13 прекращает счет, что позволяет снять для дальнейших расчетов только одно его показание. Область гистерезиса может быть выбрана соответствующей 2-3 разрядам реверсивного счетчика, что не оказывает существенного влияния на точность измерений.

Код с выхода реверсивного счетчика 13 поступает на обработку в блок управления и обработки 17.

Аттенюатором 6 устанавливают следуюидее значение затухания, оно выбирается в зависимости от линейности характеристик аттенюатора 6 и электрически управляемого аттенюатора 7. Если следующим калибруется, например, значениеЗ дБ, то коды ревер0 сивного счетчика 13, соответствующие затуханиям в промежутке от 0 до ЗдБ, рассчитывается ЦВМ методом интерполяции.

Дальнейшую калибровку производят аналогичным образом путем занесения в

5 ЦВМ блока управления и обработки кодов с выхода реверсивного счетчика 13 при установке на аттенюаторе 6 последующих калибровочных значений.

При необходимости измерения диаг0 раммы направленности антенны на нескольких частотах, калибровку производят на каждой частоте аналогичным образом.

В режиме измерения на аттенюаторе 6 устанавливается затухание ОдБ. Включают

5 генератор СВЧ 1 и модулятор 3. Работа устройства происходит также как и в режиме калибровки. На выходе усилителя 9 автоматически поддерживается постоянный уровень сигнала. С выхода реверсивного

0 счетчика 13 снимается кодовая информация, а с выхода поворотного устройства 4 информация об угловых положениях исследуемой антенны 5, поступающая на блок управления и обработки 17.

5 Таким образом, устройство обладает повышенным быстродействием за счет работы реверсивного счетчика 13 в режиме реверса, при котором изменение уровня сигнала на выходе усилителя 9 отрабатыва0 ется счетчиком 13 минимальным количеством счетных импульсов.

Повышение точности измерения достигается за счет использования одной точки рабочей характеристики СВЧ детектора (па5 раметры СВЧ детектора практически не оказывают влияния на результаты измерения), а также за счет использования метода интерполяции при расчете значений затухания между двумя откалиброванн ыми

0 значениями затухания. При этом точность измерения зависит от разрядности ЦАП 18. величины гистерезиса и максимального затухания, которое может вносить электрически управляемый аттенюатор 7.

5 Сокращение времени калибровки производится за счет исключения необходимости калибровать каждое значение затухания, так как, откалибровав контрольные точки, промежуточные получат расчетом на ЦВМ методом интерполяции.

Сокращение объема обработки информации происходит за счет привлечения ЦВМ, необходимая информация в которую заводится при помощи регистров чтения и которая проводит необходимые вычисления по заложенной программе.

По данному техническому решению на предприятии изготовлен макет и опробован в действии. При калибровке значений затухания через 3 дБ измеренные промежуточ- ный значения затухания совпадали со значениями затухания, контролируемыми калибровочным аттенюатором, до сотых долей дБ. В макете использованы усилитель селективный У2-8, цифроаналоговый преоб- разователь 572ПА 1, электрически управляемый аттенюатор с максимальным затуханием 30 дБ.

Формула изобретения Устройство для измерения диаграммы направленности антенны, включающее СВЧ-генератор, выход которого подключен к входу вспомогательной антенны, а модулирующий вход - к выходу модулятора, по- воротный стенд для размещения исследуемой антенны, последовательно соединенные аттенюатор, управляемый аттенюатор, детектор и усилитель, генератор счетных импульсов, цифроаналоговый пре- образователь, выход которого подключен к входу управления управляемого аттенюатора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены компараторы верхнего и нижнего уровней, источник опорного напряжения, реверсивный счетчик, элементы И и ИЛИ и блок управления и обработки, первый выход которого подключен к входу поворотного стенда, выход которого подсоединен к первому входу блока управления и обработки, вход управляемого аттенюатора является входом для подключения выхода исследуемой антенны, первый вход компараторов верхнего и нижнего уровней подсоединен к выходу усилителя, второй вход компаратора нижнего уровня подключен к первому выходу источника опорного напряжения, второй вход компаратора верхнего уровня подсоединен к второму выходу источника опорного напряжения, выход компаратора верхнего уровня подключен к входу прямого счета реверсивного счетчика и первому входу элемента ИЛИ, выход компаратора нижнего уровня подсоединен к входу обратного счета реверсивного счетчика и второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента И, к второму входу которого подсоединен выход генератора счетных импульсов, выход элемента И подключен к счетному входу реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя и к второму входу блока управления и обработки.

Использование: антенные измерения, в частности стендовая аппаратура для антенных измерений. Сущность изобретения: устройство содержит СВЧ-генератор 1, выход которого соединен с вспомогательной антенной 2, а модулирующий вход подключен к выходу модулятора 3, поворотный стол 4 предназначен для крепления исследуемой антенны 5, выход исследуемой антенны 5 соединен с последовательно включенным аттенюатором 6, электрически управляемым аттенюатором 7, СВЧ-детектором 8 и усилителем 9, выход усилителя 9 соединен с первыми входами компараторов верхнего 10 и нижнего 11 уровней, вторые входы соединены с выходом источника опорных напряжений 12. Выходы компараторов верхнего 10 и нижнего 11 уровней соединены одновременно со входами изменения направления счета реверсивного счетчика 13 и входами схемы ИЛИ 14. Выход логической схемы ИЛИ подключен к первому входу схемы И 15. второй вход которой соединен с выходом генератора счетных импульсов 16, а выход соединен со счетным входом реверсивного счетчика 13. Первый выход блока управления и обработки 17 подключен к входу поворотного стола 4. выход которого подсоединен к первому входу блока управления и обработки 17. Выход реверсивного счетчика соединен со входом ЦАП 18. выход которого соединен со входом управления электрически управляемого аттенюатора 17.2 ил. (Л С