Способ фазирования и устранения неоднозначности фазирования свч-трактов

(57) Использование: изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к фазированию и устранению неоднозначности фазирования СВЧ-трактов распределителей СВЧ- мощности, Сущность изобретения заключается в подаче перестраиваемого по частоте сигнала на входы фазируемых СВЧ- трактов, регистрации выходных сигналов СВЧ-трактов и регулировке их длины. при этом выходные сигналы фазируемых СВЧ- трактов суммируют и регистрируют разность частот, соответствующих соседним экстремумам огибающего суммарного сигнала, максимальное значение которой соответствует фазировке СВЧ-трактов,1тельский инститА,Расплетинаорженков и А,В. иш 02 ЕЭ 1.405. льство ССС Е А СВЧ- и устания мощИзоб техники, ранению СВЧ-трак ности,ометрической дли можно в силу огра в радиосистемеИзвестен также спСВЧ- трактов, основанн но-перестраиваемого с мый и опорные кан частотных характеристи туемых каналов по сра определении электриче рической Ьразнодли ны канала не всегда возниченного доступа к нему особ фазир й на подаче гнала на и алы, измек каждого и нению с оп ской Л Ф и ностей СВЧ ования частот- пытуерении з испы орным, Ф еомет-) - тра к- ,0 ф тов.При этом способе измстатные характеристики (Фределяют разницу электрич= ф 1 Ф 2, где Ф 1 - значенидлины на прямой, наиболеев среднеквадратическом смчастоте диапазона н. Ф 2 -верхней частоте диапазонаскую разнодлинность вычисле: оча оп Ф= Коы неи на че- муГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ФАЗИРОВАНИЯ И УСТРНИЯ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ФАЗИРНИЯ СВЧ-ТРАКТОВ етение относится к области частности к фазированию неоднозначности фазиро тов распределителей СВЧИзвестно, что распределители СВЧ- мощности, используемые в ФАР, должны удовлетворять техническим требованиям на равенство электрических длин каналов (электрической длиной канала называется произведение геометрической длины на коэффициент распространения СВЧ- сигнала в канале В = 2 д/А, где 7 г= 3,14 - константа, А- длина волны в канале), т.е. быть сфазированными.Фазирование СВЧ- трактов можно производить путем измерения геометрических длин, однако этот способ не дает желаемой точности, поскольку не учитывает наличия неоднородностеи в каналах и не учитывает особенностей элементов, распо."оженных в каналах. Кроме этого прямое измерение гееряют фаз ЧХ) каналов,еских длин Л е электричес близкой к Ф ысле, на ниж аналогичо 1 геометри ляют по форЛ 1 -1 в - 1 н 2 лгде Я - рабочая длина волны в свободном пространстве;1 орабочая частота; 5 у - коэффициент изменения длины волны в канале (например, в прямоугольном волноводе с ши окой стенкой О и волной Н 1 о-У = 1 - (Л/2 а ), в сверхразмерном волноводе круглого сечения с волной Но 1 - у =1), (смнапример, Г.Г.Бубнов и др. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР, МРадио и связь, 1988, с. 100).Данный способ реализуется, например, с помощью фазометра, имеющего в своем составе генератор качающейся частоты, делитель 1:2, измеритель разности фаз (см., например, -ехническое описание фазометра РФКЕЭ 1.405,013 ТО).Выравнивание электрических длин ка налов, т.е. их фазирование.в диапазоне частот при таком способе сводится к настройке (подбору) регулируемых линий задержки в каналах так, чтобы обеспечить минимальный наклон вышеупомянутой пря мой, наиболее близкой в среднеквадратическом смысле к измеряемой ФЧХ, Для фазирования на рабочей частоте обеспечивают совпадение значений ФЧХ разных канало.в на этой частоте, В качестве регулируемых линий задержки могут использоватьсяя настроечнье фазовращатели (например, поршневые или тромбонные), сменные вставки (звенья линии передачи различной длины) и т.п.35К недостаткам этого способа следует отнести ограниченную точность измерения разности фаз Л Ф, а также сложность, а в ряде случаев и невозможность организации опорного канала, соизмеряемого по поте рям с измеренным каналом, что требуется в техническом описании на фаэометр.Точность данного способа зависит от точности определения частоты и точности определения фазы, Определение фазы яв ляется сложной технической задачей, связанной с разработкой и созданием . измерителей разности фаз, решенной в настоящее время по частоте до средней части миллиметрового диапазона с точностью порядка 3 - 50.. Наиболее близким техническим решением является способ фазирования, реализованный в устройстве для фазирования СВЧ- трактов, содержащее последователь но соединенные генератор качающейся частоты и делитель, последовательно соединенные амплитудный детектор и селективный усилитель. а также генератор частоты модуляции, подключенный к управляющим входам модулирующих отражателей. соединенных с выходом каждого из фаэируемых СВЧ-трактов, и осциллографический индикатор, вход развертки которого подсоединен к управляющему выходу генератора качающейся частоты, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности, вход каждого СВЧ-тракта подключен к соответствующему выходу делителя через введенные последовательно соединенные зону и отрезок линии передачи, введены и - 1 амплитудных детекторов и селективных делителей, и синхронных детекторов, опорный вход каждого из которых соединен с выходом генератора частоты модуляции, сигнальный вход - с выходом соответствующего селективного усилителя, а выход - через каждый из и введенных формирователей коротких импульсов - с соответствующим входом введенного сумматора, выход которого подключен к сигнальному входу осциллографического индикатора, причем выход каждого зонда через амплитудный детектор подсоединен к входу соответствующего селективного усилителя,Достигнутая точность фазирования составляет . 3, что совпадает с точностью фаэирования с помощью фазометра, о чем сказано выше.Целью настоящего изобретения является повышение точности фэзирования,Указанная цель достигается тем, что в способе фазирования и устранения неоднозначности фазирования СВЧ- трактов, заключающемся в подаче перестраиваемого по частоте сигнала на входы фазируемых СВЧ- трактов, регистрации выходных сигналов СВЧ- трактов и регулировке их длины, выходные сигналы фазируемых СВЧ-трактов суммируют и регистрируют разность частот, соответствующих соседним экстремумам огибающей суммарного сигнала, максимальное значение которой соответствует фазировке СВЧ- трактов.Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от указанного прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивает заявляемому решению соответствие критерию "существенн ые отличия".Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представляемого на фиг.1.Сигнал от генератора 1 (с возможностью перестройки по частоте) подается чемы (миним ают при из огиие максим гналы возн на 7 г, т.е../2 ЯЬ Ь Сосед бающей си аргумента ен 5 куда получа Ч;ЛФ=ВЬ Ч 4) рез направленный ответвитель 2 на входделителя СВЧ- мощности 3, имеющего одинвход и К выходов с регулируемыми линиямизадержки 4. Сигнал со второго выхода направленн" го ответвителя подается на частотомер 5 для контроля частоты. Сигналы сдвух выходов делителя 3, например б и 7,поступают на два входа сумматора 8 (вкачестве последнего может. использоваться любой сумма ор 2:1 с одинаковыми коэффициентами передачи по обоим каналам,например, в волноводной. технике двойнойТ-мост, щелевой сумматор и т,д,) на входе)которого подключен регистрирующий прибор 9 - измеритель амплитуды СВЧ- колебаний,Возможна и модификация предложенной схемы измерений (см, фиг.2), заключающаяся в использовании в качествегенератора 1 - генератора качающейся частоты. Между выходом сумматора 8 и входомрегистрирующего прибора 9 вводится амплитудный детектор 10, Выход направленного ответвителя 2 через детектор 10 такжесоединяется с регистрирующим прибором 259, в качестве которого используется измеритель НЧ амплитуды с разверткой по частоте.Пусть геометрическая длина первого канала б(, а второго 7 Е+ Л(, Тогда на частоте1 сигналы на выходе сумматора 8 образуют 30суперпозицию:ГЛ Ч йЕОЯ-Ае Ае:де хх х хлЕРЛЕ Е лЕ+е=Ме гвму т,е, геометрическая разнодлинность испытуемых кангов б и 7 однозначно определяется по разности частот соседних максимумов (минимумов) огибающей суммарного сигнала. В этом случае, если амплитуды в каналах не равны (но одного порядка по величине) и зависят от частоты, характер огибающей сигнала несколько усложняется, В этом случае формула (1) запишется в виде;о ;и (, -.,ю(, Тагстц 1 В 19( Ч 2В - А 2 лИз (5) следует, что огибающая суммарногоСВЧ- сигнала имеет вид ОР) = (А+ В) сов (21 Л т,е. функция имеет тот же период, что СЩ в (2), а при В -х А (б) переходит в (2).Для выравнивания электрических длин в каналах имеются регулируемые линии задержки 4 с переменной длиной (см, фиг.1,2). Суммарный сигнал на выходе сумматора 8 в этом случае запишется в видегдеОЮ.,- ЙЕМОф - " ЕЕехх - ," Е --- Р).2 Г ь(. Е(7)Из (7) видно, что огибающая сигнала зависит от длины регулируемой линии задержки; при изменении происходит сдвиг функции 0 вдоль оси 1 и изменение ее периода, При уменьшении разнодлинности каналов 1 - Ь ( период огибающей неограниченноо увеличивается и при 1= - Л Е. огибающая становится постоянной 6(1) = сопЫ. При выравнивании электрических длин каналов следует добиваться наибольшего периода огибающей (или максимального значения Ь- разности частот двух соседних максимумов), а в том случае, если в поле пропускания каналов наблюдается один50 55 максимум огибающей, следует добиваться наиболее "плоской" вершины максимума. Предлагаемый метод позволяет сфазировать каналы делителя на выбранной частоте и без выравнивания их электрических длин,Фазирование трактов между собой следует производить вначале, настраивая все каналы по отношению к опорному на минимум (т,е, в противофазе), а затем опорный канал подстраивают к любому из настроенных по максимуму (т.е, в фазе), Данная последовательность позволяет добиваться максимальной точности фазирования, т.е, огибающая суммарного сигнала имеет вид сов(х) и точность прямого фазирования по максимумам меньше, чем по минимумам, где крутизна кривой соя(х) максимальна,Например, при рабочем диапазоне фазирования О,ЗГо (1 о - центральная частота диапазона)подстроечный фазовращатель в настраиваемом канале регулируется таким образом, что минимум огибающей совпадает с 1 о, а значения огибающей во всем рабочем диапазоне не превосходит минус 60 дБ от максимального значения. В этом случае разнос частот между соседними минимумами составляет Ь= 3,140,310/0,001 = 0,001= = 10001 о и разность фаз между соседними каналами не превосходит Ь Ф = 360о 0Ь 1. = 0,36 о. Указанная точность фазирования существенно выше, чем в прототипе,Как следует из формулы (4),относительная точность определения геометрической и электрической разнодлинности д ( .) / Ь равна относительной точности определения разности частот д ( Ь т)/ Ь 1 и, следовательно, при использовании генератора с высокой стабильностью частоты и высокоточного цифрового частотомера точность предлагаемого способа выше, чем прототип, поскольку не требуется прямое измерение фазочастотной характеристики, что вносит свою погрешность. Например, при точности измерения частоты с помощью частотомера й 1 (где а = 10 ), погрешность измерения Ьт составит; д(Ь) = а Ь 1 и, следовательно,что превосходит точность измерения Ьвпрототипе,5 10 15 20 25 30 35 Кроме этого следует отметить, что для измерения по способу, указанному в прототипе, в случае протяженных трактов (опорного и измеряемого) необходимо дорабатывать серийный прибор в части уменьшения межблочных соединений, поскольку генераторный выход прибора должен соедин 4 ться с входами каналов, а приемный вход - с выходами, что также не всегда возможно,В качестве примера укажем результаты измерения разнодлинности схемы деления 1:2 с длиной каналов 30 м (несколько тысяч длин волн), выполненных на сверхразмерных волноводах с волной Но 1( у =1), вход и выходы которой расположены в труднодоступных местах, Использование серийного фазометра без доработки невозможно, опорный тракт. для делителя не предусмотрен,Измерения проводились по схеме, представленной на фиг.2(протокол М. 101 от 22,04.89, утвержденный главным инженером объекта монтажа), В качестве генератора 1 использовался генератор качающейся частоты прибора Р 2-65, направленный ответвитель 2 с встроенным детектором - принадлежность прибора Р 2-65; регистрирующий прибор 9 - индикаторный блок прибора Р 2-65 (измеритель КСВН и ослаблений панорамный), Частота контролировалась встроен н ым частотомером (вол номером) прибора Р 2-65, На экране электронно-лучевой трубки прибора 9 наблюдалась картина огибающей сигнала, зафиксированная двух- координатным самописцем (фиг,З),Разность частот соседних максимумов составила 52010 МГц и найденная Ь= = 577 + 11 мм (указанная точность допустима по заданию, что и позволило использовать составные части прибора Р 2-65),Технико-экономическая эффективность использования заявляемого технического решения заключается в использовании более простых, надежных при эксплуатации,особенно в полигонных условияхи дешевых чем в прототипе приборов. Общественно-полезным преимуществом предложенного способа является сокращение сроков измерений, так как отпадает необходимость организации фазостабильного опорного канала, сравнимого по электрической длине и потеряем с измеренными каналами схемы деления ФАР, реализация которого весьма сложна как с конструктивной, так и с радиотехнической точек зрения.774289 Составитель А,АзюкинТехред М,Моргентал Коррект етрова едакт Заказ 3925 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гага Формула изобретения Способ фазирования и устранения неоднозначности фазирования СВЧ-трактов, заключающийся в подаче перестраиваемого по частоте сигнала на входы фазируемых СВЧ-трактов, регистрации выходных каналов СВЧ-трактов и регулировке их длины,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, выходные сигналы фазируемых СВЧ-трактов суммируют и регист.рируют разность частот, соответствующих 5 соседним экстремумам огибающей суммарного сигнала, максимальное значение которой соответствует фазировке СВЧ-трактов,