Устройство измерения распределения поля фазированной антенной решетки

(72) Л, А, Летунов,тов, О. М, Оболоник М 46С. С. Старовойи С, А. ЦыпленОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМФ СВИДЕТЕЛЬСТВ ков (53) 621,317:621396,67(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР М 815680, кл. 0 01 В 19/10, 1981,Летунов Л. А. и др, Уменьщение амплитудно-фазовых искажений подвижного СВЧ-тракта при измерениях поля антенны, - Измерительная техника, 1984, М 9, с, 55-56. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повьппение точности измерений. Устройство содержит испытуемую фазированную антенную решетку (ФАР) 1, подвижный СВЧ-тракт 2, блок СВЧ 3, сканер с выносным Г 1 ЯО 1 ДЩ 757 блоком СВЧ 4, блок 5 промежуточной и низкой частоты. Блок СВЧ 3 содержит генератор СВЧ 6, усилитель мощности 7, направленные ответвители (НО) 8 и 9, управляемый дискретный СВЧ-фазовращатель (УДФ) 10, циркулятор 11, СВЧ-сумматор 12 и квадратичный детектор 13. Выносной блок СВЧ 4 состоит из измерительного зонда 14, циркуля- тора 15, УДФ 16 и 17, НО 18, линейного детектора 19, СВЧ-сумматора 2 Д и квадратичного детектора 21. Блок 5 содержит подмодулятор 22, делитель частоты (ДЧ) 23 на с, ДЧ 24 на р, ДЧ 25 на с, ДЧ 25-28, 32 на два, управляемые усилители 29 и 45, детекторы 30 и 46, Фазовращатель 31 на 90, фазовые детекторы 33 и 38, фильтры 34 и 39 низкой частоты, АЦП 35 и 40, смеситель 36, усилитель 37 промежу- С точной частоты, амплитудный модулятор 41, сумматор 42, полосовые Фильтры 43 и 44. 1 ил, 1 15977Изобретение отиссится к радиотехиике, в частности к антенной технике,и может быть использовано для измерения амп;".иудно-фазового распределе 5ния (АФР) поля фазированных антенныхрешеток (ФАР).Целью изобретения является повыше"ние точности измерений,На чертеже приведена структурная 10электрическая схема устройства дляизмерения распределения поля ФАР.Устройство измерения распределения поля ФАР содержит испытуемую ФАР1, подвижный СВЧ-тракт 2, блок СВЧ 153, сканер с выносным блоком СВЧ 4,блок 5 промежуточной и низкой частоты (ПЧ и НЧ), блок СВЧ 3 содержитгенератор СВЧ 6, усилитель 7 мощности первый направленный ответвитель 20(НО ) 8, третий направленный о тв етвитель 9, первый управляемый дискретный СВЧ-фаэовращатель (УДФ) 10, первыи циркулятор 11, первыи СВЧ сумматор 12 и первый квадратичный детектор 13, выносной блок СВЧ 4 включаетизмерительный зонд 14, второй циркулятор 15, третий УДФ 16, второй УДФ17, второй НО 18, линейный детектор19, второй СВЧ сумматор 20 и второй 30квадратичный детектор 21, блок 5включает подмодулятор 22,делитель 23.густоты нас,целитель 24 частотына р,делитель 25 частоты на 1 первый,второй и третий делители 26-28 часто ты на два, первый управляемый усилитель 29, первый детектор 30, фазовращатель 31 на 90 , четвертый делитель32 частоты на цва, первый фазовыйдетектор 33, первый фильтр 34 низкой 0ч стоты (ФНЧ), пег)выи аналого-цифрово," преобразователь (АЦП; 35, смесит:ль Зб, усилитель 37 промежуточнойчастоты (Л 1" 1, ., Второй фазовый детектор 38, второй ФНЧ 39, второй АЦП 40,45амплитудный модулятор 41, сумматорпервый полосовой фильтр 43, втоой полосовой ьильтр 44, второй управляемый усилитель 45, второй детек-тор 46,50 Устройство для измерения распределения поля ФАР работает следующим об.- разом,Сигнал от генератора СВЧ 6 усили 55 "ается усилителем 7 мощности и через НО 8 и 9, циркулятор 11, подвижный СВЧ-тракт 2 поступает на вход циркулятора 15 в виде(2) где Д,/2- и й,/2/2- частоты переключения соответственнопервого и второго фазовыхсдвигов, поступающие с делителя 24 частоты на Р иделителя 27 частоты надва.Конкретно эти частоты при частоте подмодулятора 22, представляющего собой кварцевый генератор частотыМГц могут составлять при р = 6 соответственно 1 бб и 83 кГц.Сигнал (2), пройдя НО 18, циркулятор 17, СВЧ-тракт 2, циркулятор 11 в обратном направлении поступает на вход СВЧ-сумматора 12.(3) Квадрат амплитудной нес".асильности и удвоенная фазовая нестабильность в выражении (3) соответствуют двукратному прохождению сигнала СВЧ(:,( - (1, К )(. с(,1(:7( где 1 - амплитуда сигнала;(ности, появившиеся вследствие деформаций подвижно "го СВЧ-тракта 2;- время,11 ройдя циркулятор 15, сигнал (1) подвергается двойной фаэовой манипуляции с различными частотами с помощью УДФ 17. УДФ 17, так же как и фазовращатели 10 и 16, имеет два управляемых дискрета фазовых сдвигов, коммутирующих фазу соответственно 0-90 и 0-180 , что соответствует индексам фазовых манипуляций 8, = /4 и В/2. Учитывая данные индексы фазовой манипуляции, сигнал на выходе УДФ 17 можно записать в следующем виде:через подвижный СВЧ-тракт 2 в прямом и обратном 2:аправлении.На другой вход СВЧ-сумматора 12 поступает сигнал с НО 9, так же под - вергнутый двойной фазовой манипуляции с помощью УДФ 10, но с другими модулирующими частотами, поступающими с выхода делителя 23 частоты 8 на с и делителя 26 частоты на два(С)=(. соэ (,7 С + - + - +Д - х4 4о1, 4 1 . Ях- я 2 п К к 2 С 9 -- я 2 п К - С,где 0 /2(1 - частота, которая прис=10 конкретно может составлять 100 кГц.20На выходе СВЧ-сумматора 12 выделяется сумма сигналовЦ,(С) = 1,(С) + 0,(С),а на выходе квадратичного детектора13 сигнал становится пропорционален/Ц,(С )О(С) =О + 14 Ко (т) + 212 А,К,(С)х4Х СОЯ 2 Д,(С) +Вк 5 - Ь 1 П И Й,1 + ЗОеЛп1 . О. 4 14 - . у к=ц 5.,4 1 й 22 2 й 1 2Ос - кт- яЫ к - 1. (5)кс О,6 Управляемый усилитель 29 своеи селективной нагрузкой выделяет сиг/2нял с частотой Сигнал на выходе управляемого усилителя 29, настроенного на частоту 2/2 Я, имеет вид 2 11 К (С) соя 2 6С) соя х- 1)ко(С) я 1 п 2 щ(С)яп х2 2 5 О1. Ко(С) соя С+(7) 55С выхода управляемого усилителя 29 сигнал поступает на детектор 30, который вырабатывает пропорциональный уровень, заставляя таким образом управляемый усилитель 29 менять свойкоэффициент усиления, поддерживаяпостоянной амплитуду выходного сиг( ) 137 соя ()С+2 ьц (С ), ( 8 ) Делитель 32 частоты на два реализуется на базе триггера Шмидта и триггера 155 серии, Его выходной сиг-нал, не учитывая высшие гармоники, образовавшиеся при преобразовании синусоидального сигнала в сигнал типа "меайдр", а учитываячто при делении частоты делится так же и индекс фазовой модуляции, в данном случае сигнал на выходе делителя 32 частоты преобразуется к виду 1) (С)=1 соя ()С+Ьср,(С) . (9) Теперь рассмотрим прохождение сигнала по измерительному каналу, включающему направленный ответвитель 8 блока СВЧ, ФАР 1, подвижный измеритель зонд 14 и УДФ 16. Здесь, т.е, на входе СВЧ-сумматора 20, сигнал можно записать в следующем виде:1.1 (С) - 11 К соя(И,С + 9+6, -- , х(10) где 0 /2 х - частота сигнала, поступазющего с делителя 26 частоты на два;К ц) - соответственно затуханиех хи фазовый сдвиг, вносимые исследуемой ФАР 1,Осуществив преобразования сигналов (1) и (10) в СВЧ-сумматоре 20 и квадратичном детекторе 21, аналогичные преобразованиям сигналов (3) и (4) в сумматоре 12 и квадратичном детекторе 13, запишем сигнал на выходе управляемого усилителя 45, на 17, - й.строенного на частоту 2 /2 Т)Ц(С) =Ц, К К (С) соя ( ) С++и,-ю,) (11) Сигнал (11) поступает на вход сумматора 42, на другой вход которого поступает сигнал с амплитудного модулятора 41, который управляется часто 1359757той делителя 23 частоты на с. Этотсигнал необходим для устранения влияния амплитудной нестабильности подвижного СВЧ-тракта 2 на амплитудуизмерительного сигнала, т.е. устранения н выражении (11) коэффициентаКо,). Достигается это с помощью линейного детектора 19 амплитудногомодулятора 41,полосового фильтра 44,детектора 46 и управляемого усилителя 45. Выделенный линейным детектором 19 уровень, пропорциональныйК (С), превращается в переменную составляющую, затем вьделяется полосоньм фильтром 44, детектируется детектором АРУ 46, заставляющим менятькоэффициент усиления управляемогоусилителя 45 пропорционально 1/К (1),поддерживая таким образом амплитудувыходного сигнала, независящую отамплитудной нестабильности К (в),Сигнал измерительного канала, выделенный полосовым фильтром 43, настроЯ,-Л,енным на частоту /2принимает вид П, - БК соя ( )+-(14) К н 1 п ц) ; К"он Ч ,Таким образом, выходные сигналыустройства не содержат амплитудные Таким образом, на входы смесителя36 поступают сигналы (9) и (12). Продукт взаимодействия сигналов, с учетом только разностной частотной составляющей, ньделенной усилителем 37,й,-йнастроенным на частоту(1 з)Сигнал вина (13) т(оступает на входы фазовых детекторов 33 и 38, Опорным сигналом для фазовых детекторонслужит сигнал с делителя 25 частотына с 1. При фазовом сдвиге опорных сигналов относительно друг друга, равном 90 , достигающемся с помощью фаозовращателя 31 на 90, на выходе фазовых детекторов с помощью фильтров34 и .39 низких частот можно вьделитьуровни, пропорциональные квадратурнымсоставляющим вектора измеряемого сигналаи фазовые нестабильности поднижногоСВЧ-тракта связи, а значит и не тебуют дополнительных косвенных расчетон н ЭВМ, экономя машинное времяобработки, чем выгодно отличаетсяот прототипа. Формула изобретенияУстройство измерения распределения поля фазированной антенной решетки (ФАР), содержащее первый циркулятор, первый СВЧ-сумматор, последовательно соединенные генератор СВЧ,усилитель, мощности и первый направленный ответвитегь, подвижный измери 15 тельный зонд, нторой циркулятор ивторой направленный ответвитель,амплитудный подмодулятор, смеситель,о20 фазовращатель на 90 , первый и второйполосовые фильтры, последовательносоединенные первый фазовый детектор,первый фильтр нижних частот (ФНЧ),первый аналого-цифровой преобразова тель (АЦД), последовательно соединен-ные второй фазовый детектор, второйФНЧ, второй АЦП, причем второе плечопервого циркулятора и первое плечовторого циркулятора соединены черезподвижный СВЧ-тракт, о т л и ч а юд е е с я тем, что с целью повь.шения точности измерений, введены последовательно соединенны третий направленный ответвнтель и первый управляемый дискретный СВЧ-фаэонращатель, выход которого соединен с первым нходом первого СВЧ-сумматора,а такжепервый квадратичный детектор,вход которого соединен с выходом первого СВЧ-сумматора, причем вход третьего направленногоотнетнителя соединен с вторым в.(ходом первого направленного ответни;еля, а второй выход - с первым плечомпервого циркулятора, третье плечо которого соединено с вторым входом первого СВЧ-сумматора второй вь)ход первого направленного отнетвителя ягляется выходом для подсоединения испытуемой ФАР, введены линейный детектор, второй управляемый дискретныйСВЧ-фазонращатель, включенный междувторым плечом второго циркулятора ивходом второго направленного отнетвителя последовательно соединенные 55третий управляемый дискретный СВЧ-фазовращатель, второй СВЧ-сумматор ивторой квадратичный детектор, причемвход третьего управляемого дискрет135915/ Составитель В. РабиновичРедактор Т, Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор Н, Король Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Г 1 осква, Ж, Раушская наб д. 4/5Заказ 1235 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ного фазовращателя соединен с выхо-. дом измерительного зонда, первый выход второго направленного ответвителя соединен с вторым входом второ 5 го СВЧ-сумматора, второй выход - с третьим плечом второго циркулятора и входом линейного детектора, введены усилитель промежуточной частоты (ПЧ), делитель частоты на о, после довательна соединенные делитель частоты на с, выход которого соединен с первым управляющим входом первого управляемого дискретного СВЧ-фаэовращателя, первый делитель частоты на два, выход которого соединен с вторым управляющим входом первого управляемого дискретного СВЧ-фазовращателя и первым управляющим входом третьего управляемого дискретного СВЧ- фазовращателя, и второй делитель частоты на два, выход которого соединен с вторым управляющим входом третьего управляемого дискретного СВЧ-фазовращателя, последовательно соединенные делитель частоты на р, выход которого соединен с первым управляющим входом второго управляемого дискретного СВЧ-фазовращателя, и третий делитель частоты на два, соединенный выходом с вторым управляющим входом второго управляемого дискретного СВЧ-фазовращателя, последовательно соединенные управляемый усилитель промежуточной частоты (ПЧ), вход которого соединен с выходам пернога квадратичного детектора, а выход через введенный первый детектор - с его управляющим входом, и четвертый делитель частоты на два, выход которого соединен с первым входом смесителя, последовательно соединенные амплитудный модулятор, соединенный входом с выходом линейного детектора, а управляющим вхоДом - с выходом делителя частоты на с, сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго квадратичного детектора, и второй управляемый усилитель ПЧ, выход которого подсоединен к входам первого и второго полосовых фильтров, причем выход второго полосового фильтра соединен с управляющим входом второго управляемого усилителя ПЧ через введенный второй детектор, а выход первого полосового фильтра соединен с вторым входом смесителя, усилитель ПЧ включен между выходом смесителя и входами первого и второго фазовых детекторов, входы делителей частоты на с, р, о соединены с выходом подмодулятора, выход делителя частоты на о соединен с гетеродинным входом второго фазового детектора и с гетеродинным входом первого фазового детектора через фазовращаотель на 90