Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

Недостаток известного устройства также заключается в высокой точности измерения параметров высокочастотных сигналов. Действительно,, принципиальной особенностью измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе {в фидерах фазированных антенных решеток, в раскрыве антенны и т.п.) с помощью известных устройств является передача по линии передачи высокочастотного сигнала (измеряемого или опорного) к измерительной схеме. Амплитуднофазовые искажения сигналов в линиях связи являются основной причиной неточности измерения. Так, например, электрическая длина коаксиального кабеля меняться в пределах .10 -10, в то врем-я как для измерения в многоканальной системе с большими электрическими размера2«и необходима стабильность электрической длины порядка 10 . При измерении слабых сигналов искажения высокочастотного сигнала могут возникнуть также из-за-наводок внешнего, поля. При увеличении геометрических размеров многоканальной системы возрастает геометрическая длина линий передачи высокочастотных сигнало.в, что приводит к значительному затуханию 61МПЛИТУДЫ сигнала и сужению динамического диапазона на приемном конце.

Указанные недостатки приводят к снижению точности измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе.

Цель изобретения - повышение точности измерение.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее измеритель амплитудИ ф.аз, выход которого соединен линией передачи с одним входом узла обработки цифровой информации, дополнительно введены измерители амплитуд и фаз, общее число которых зависит от числа каналов измерения и в. которых соединены линиями передачи с другими входами узла обработки цифровой информации, при этом входыкаждого из измерителей амплитуд и фаз подключены к двум соседним каналам.

Кроме того измеритель амплитуд и фаз состоит из трех выпрямителей, аналого-частотного преобразователя и двух блоков сложения, первые входы которых соединены с первым входом измерителя амплитуд и -фаз и входом первого выпрямителя, второй вход певого блока сложения соединен через фаэосдвигаюиий элемент со вторым входом другого блока сложения и вторым входом измерителя амплитуд и фаз, а выходы блоков сложения подклчены ко входам других выпрямителей, ззыходы которых соеди-нены со входами аналого-частотного преобразователя.

При этом преобразователь содержит три компаратора, первые входы которых подключены ко входам аналогочастотного преобразователя, а вторые входы соединены с выходом фильтра низкой частоты, вход которого присоединен к выходу первого цифро-частотного преобразователя, а разрешающие входы других цифро-частотных преобразователей соединены с выходами компараторов, при этом счетные входы цифро-частотных преобразователей присоэдинены к выходу генератора прямоугольных импульсов.

При том узел обработки циЬровой информации состоит из вычислителя, входы которого соединены с выходами блока преобразования цифровых сигналов.

Блок преобразования цифровых сигналов содержит счетчики, счетные входы которых присоединены ко входам блока преобразования цифровых сигналов, а разрешающие входы подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов.

На чертеже представлена схема устройства для измерения амплитуднофазового распределения в многоканальной системе.

Устройство содержит измеритель 1-1-1-п амплитуд и фаз, линии 2-1-2п передачи, узел 3 обработки цифровой информации, каналы 4-1-4-п, выпрямители 5,6,7, аналого-частотный .преобразователь 8,блоки 9 и 10 сложения, фазосдвигающий эл-емент 11,компараторы 12,13,14,фильтр 15 низкой частоты,цифро-частотные преобразователи 16-19,генератор 20 прямоугольных импульсов,вычислитель 21,блок 22 преобразования цифровых сигналов, счетчики 23-1-23-п, генератор 24 прямоугольных импульсов.

Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе работает следующим образом. .

Особенностью измерения амплитуднр-фазового распределенияв каналах 4-1-4-п с помощью предлагаемого устройства является отсутствие линий передачи высокочастотныхсигналов. Измерение амплитуд и фазовых соотношений сигналов в каналах 4-1-4-п производится измерителями l-1-l-n амплитуд и фаз, входы каждого из которых подключены непосредственно к двум соседним исследуемым каналам 4. Таким образом, в результате измерения на выходе каждого измерителя l-1-l-n амплитуд и фаз появляется информация об амплитуде сигнала в канале 4, подключенном к первому., входу измерителя 1 и о фазовом соотношении сигналов в этом канале и соседнем с ним канале.;Эта информация в виде последовательности импульсов, равной длительности, число которых за фиксированный интервал времени пропорционально измеряемым величинам с выходов измерителей l-1-lамплитуд и фаз по линии 2-1-2-п передачи поступает на счетные входы счетчиков 23-1-23-л, на разрешающие входы которых поступает от генератора прямоугольных импульсов 24 импульс, длительность которого соответствует известному временному интервалу. Таким образом, на выходах счетчиков 23-1-23-п появляется информация об измерениях в виде двоичных чисел, которая поступает на входы вычислителя 21. Он осуществляет обработку полученной информации и запись результатов обработанных измерений на различные регистрирующие устройства.

Измеритель 1 амплитуд и фаз работает следующим образом.

В блоках 9 и 10 сложения происходит сложение двух высоко-частотных сигналов, поступающих из двух соседних каналов 4. Высокочастотный сигнал из одного канала 4, а также результирующие сигналы с блоков 9 и 10 сложения преобразуются в постоянные сигналы с помощью выпрямителей 5,6 и затем поступают на входы аналогочастотного преобразователя 8. Преобразователь 8 преобразует эти входные сигналы в последовательностиимпульсов . Рассмотрим работу измерителя амплитуд и фаз 1 более подробно. Высокочастотный сигнал из -канала 4-1 через первый вход измерителя 1 поступает на вход одного-блока выпрямления 5 и на первые входы блоков 9 сложения, на вторые входы которых поступает другой высокочастотный сигнал из соседнего канала 4. Причем на один вход блока 9 сложения этот сигнал поступает с известным фазовым сдвигом, который осуществляется на фазосдвигающем элементе 11. В блоках сложения 9 и 10 осуществляется сложение двух высокочастотных сигналов и результирующие сигналы с блока 9 и 10 сложения поступают на входы двух других выпрямителей б и 7 Каждый выпрямитель преобразует высокочастотный сигнал в постоянный .сигнал равной амплитуды. Эти сигналы поступают на первые входы компараторов 12-14, на вторые входы которых Поступает опорное напряжение с выхода фильтра 15 низкой частоты. Величина опорного напряжения меняется в зависимости от частоты импульсов, поступающих с выхода -первого цифрочастотного преобразователя 16. Частота импульсов всех цифро-частотных преобразователей 16-19 линейно возрастает с поступлением на их счетные входы импульсов от генератора прямоугольных импульсов 20, в соответствии с этим линейно возрастает и величина опорного напряжения. При равенстве амплитуд сигналов с выходов выпрямителей 5-7 и опорного напряжения срабатывает соответствующий компаратор и с его выхода снимается разрешающий сигнал, поступающий на соответствующий вход цифро-члстотного преобразователя. Частота импульсов на выходе данного цифро-частотного преобразователя фиксируется и становится соответствующей амплитуде высокочастотного сигнала, посту0пающего на вход соответствующего выпрямителя. На приемно.м конце линии 2-1-2-п передачи производится подсчет числа импульсов в счетчике 23-1-2-3-п зафиксированный интервал

5 времени, определяемый генератором, т.е. обеспечивается преобразование частоты импульсов в цифровой код, необходимый для ввода в вычислитель 21.

0

Амплитуды измеряемых высокочастотных сигналов в каналах 4-1-4-п, подключенных к первым входам измерителей 1-1-1-п амплитуд и фаз определяются непосредственно в данных измерителях и в счетно-импульсном виде

5 поступают в линии 2-1-2-п передачи, а в блоке 22 преобразования цифровых сигналов лишь преобразуются в цифровой код. Фазовый сдвиг между сигналами в соседних каналах определяет0ся в вычислительном устройстве по измеренным значениям четырех амплитуд А,АП, Ajf A4f связанных следующими уравнениями

+ А/i.

А1

(1)

IA, е

1А,гН

+ ) 1 А (2)

где А и А о - амплитуды сигналов в

0

первом и втором соседних каналах

f-ii l фазы сигналов в первом и втором соседних каналах 4;

йН - фазовый сдвиг сигнала

5 из второго канала 4, который обеспечивается фазосдвигающим элементом 11;

А и А

амплитуды суммарных

0 сигналов на выходах блоков сложения.

Решение уравнений (1) и (2) дает следующие значения разности фаз сиг55налов в каналах 4

,

1 -Ч2- ± arccos (3)

2А А

A -AJJ-A|

(4)

,-(V й) .arccos 2-д-д-

Известный фазовый сдвиги - задается фазосдвигающим элементом 11, благодаря чему вычисления по формуам 3 и 4 в вычислителе 21 позволяют однозначно определить фазовые сдвиги между соседними каналами. Следует обратить внимание на особенности измерения в данном устройстве. ля определения фазовых сдвигов сигналов в соседних каналах 4 используется информация об амплитуде этих сигналов из соседних измерителей амплитуд и фаз l±l , т.е. в одном измерителе 1 .определяется амплитуда ишь одного сигнала. Это позволяет реализовать измеритель 1 в предлагаемом устройстве в виде 10-полюсника. Во вторых, передача сигналов по линиям 2-1-2-п передачи в частотно-импульсном виде обеспечивает высокую помехоустойчивость сигналов и минимальное количество линий передачи. Указанные особенности, которые определяются совокупностью признаков, приведенных в п. формулы изобретения,уточняют и развивают признаки из П.1 и служат достижению единой цели изобретения повышению точности измерения. Подключение измерителей 1 непосредственно к каналам 4- 1-4-П( отсутствие опорного канала и йы,цача результатов измерения в частотно-импульсном виде и их последующая обработка в вычислитель 21 определяют положительный эффект всего устройства в целом.

Применение предлагаемого изобретения позволяет создать систему контроля амплитудно-фазового распределения в многоканальных СВЧ-системах,например, в фидерах фазированных антенных решеток. Пареллельный съем информации, отсутствие линий передачи высокочастотных сигналов и обработка результатов измерения в вычислительном устройстве обеспечивают высокую точность измерения по сравнению с известными устройствами.

Применение предлагаемого устройства позволяет сократить значительное количество времени при настройке и регулировке многоканальных систем, оперативно и автоматически контролировать амплитудно-фазовое распределение и определять неисправности в каналах СВЧ-систем.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения в многоканальной системе, содержащее

измеритель амплитуд и фаз, выход которого соединен линией передачи с одним входом узла обработки цифровой информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности

измерения, в него дополнительно вэ дены измерители амплитуд и фаз, с шее число которых зависит от числа каналов измерения, и выходы которых соединены линиями передачи с другими с входами узла обработки цифровой информации, при этом входы каждого из измерителей амплитуд и фаз подключены к двум соседним каналам.

, 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что измеритель амплитуд и фаз состоит из трех выпрямителей, аналого-частотного преобразователя и двух блоков сложения, первые входы которых со динеJJ c первым входом измерителя ам- 5 1п5иГтуд и фаз и входом первого выпрямителя, второй вход первого блока сложения соединен через фазосдвигающий элемент со вторым входом другого блока сложения и вторым входом измерителя амплитуд и фаз, а выходы блоков сложения подключены ко входам остальных выпрямителей, выходы которых соединены со входами аналого-частотного преобразователя.

3.Устройство по п. 2, о т л ич i ю щ. а е с я тем, что аналого-частотный преобразователь содержит три компаратора, первые входы которых подключены ко входам аналого-частотного преобразователя, а вторые входы соединены с выходом фильтра низкой частоты, вход которого присоединен к выходу первого цифро-частотного преобразователя, при этом разрешающие входы других дифро-частотных преобразователей соединены с выходами компараторов, а счетные входы диФро-частртных преобразователей присоединены к выходу генератора прямоугольных импульсов.

4.Устройство по п.п. 1,2, о тличающееся тем, что узел обработки цифровой информации состоит из блока преобразования сигналов и вычислителя, входы которого соединены с выходами указанного блока.

5.Устройство по п.4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок преобразования цифровых сигналов содержит счетчики, разр ешающие входы которых подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов, а счетные входы ко входам блока преобразования цифровых сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бахрах Л.Д. и др. Голография в микроволновой технике. М., Советское радио , 1979, с. 147,рис.51.

2.Гольдберг И.Е. и др. Комплекс аппаратуры для определения параметров антенн голографическими методаГЛИ.Л., Наука, 1976, с. 56,рис.1,