Устройство фазирования пространственно разнесенных свч генераторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5 Н 03 1 7/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕ ОМСТВО СССР НОЕ дСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) В.С.З (56) Родж радиоас предназн рального ГИИЭР,922/09.93, Б 1 ол, (Ф 8тральный научно-исследовательтитут "Комета"аксер и др. Радиотелескоп Канадской трофизической обсерватории, аченный для спектроскопии нейтводорода методом суперсинтеза. - т, 61, М 9, 1973, с. 173 - 178;,2 (54) УСТРОЙСТВО. ФАЗИРОВАНИЯ ПРО.- СТРАНСТВЕННО-РАЗНЕСЕННЫХ СВЧГЕН ЕРАТОРОВ 57) Использование: радиотехника, различныее радиотехнические устройства. Сущность изобретения.: устройство фазировайия пространственноразнесенных СВЧ-генераторов содержит СВЧ-генераторы 1 - З,.смесители, 4- 7, фазовые детекторы 8, 9, циркуляторы 10, 11, высокочастотный генератор 12., регенеративный делйтель частоты на два 13, управ/ 1(6) ляемый фазовращатель 14, коаксиальную линию связи 15 и делители частоты с четным коэффициентом деления 16, 17. В устройстве обеспечивается устранение неоднозначПредлагаемое устройство относится крадиотехнике и может использоваться длясинфазного гетеродинирования в радиопеленгаторах, радиоинтерферометрах, в системах разнесенного приема, а также втехнике измерения параметров протяженных четырехполосников.Целью изобретения является исключение неоднозначности установившегося значения разности фаз между ведущим иведомым СВЧ-генераторами при включении и расширение диапазона рабочих частот,На фиг, 1 показана структурная схемапредлагаемого устройства, Оно содержитведущий и ведомый СВЧ-генераторы 1 и 2,вспомогательный СВЧ-генератор 3, первый,второй, третий и четвертый смесители 4, 5,6 и 7 соответственно, первый и второй фазовые детекторы 8 и 9, первый и второйциркуляторы 10 и 11, высокочастотный генератор 12, регенеративный делитель 13 частоты на два, управляемый фазовращатель14, коаксиальная линия 15 связи и делители16 и 17 частоты с четным коэффициентомделения. На рис, 2 приведен пример зависимости потерь в коаксиальном кабеле отчастоты сигнала.Устройство работает следующим образом.Ведущий СВЧ-генератор 1 формируетколебания с частотой в 1 и начальнойфазой ра 1, используемые, например, в качестве гетеродинных в приемной станции, базирующейся в пункте А, где размещается ився аппаратура, изобракенная на фиг. 1 слева от коаксиальной линии связи, После деления частоты этого генератора в четноечисло раз, т.е, в 2 п раз, где п - целое число,фаза этого сигнала с учетом неопределенности начального состояния делителя 16 может быть записана следующим образом,где М = 0,1,2 п.1 - целое число. Частота и фаза сигнала вспомогательного СВЧ-генератора 3 в результате работы первого кольности установившегося значения разностифаз между ведущим и ведомым СВЧ-генераторами при включении и расширении диапазона рабочих частот. 2 ил,ца фазовой автоподстройки частоты, содержащего, помимо этого генератора, смеситель 4 и фазовый детектор 8 и выполняющего функции сумматора частот, 5 равны соответственно,10 ф =ф +О, (3) где О- фаза сигнала частоты вг, поступающего на опорный вход фазового детектора 8. После прохождения кабельной линии 15 15 связи в пункте Б на вход смесителя 7 попадает сигнал с частотой (2), но с фазой ф = ф 2 - взг = 1 + 0 - ( - + вг) г, (4)в 12 п20где г - время распространения сигнала по кабельной линии 15 связи. Частота и фаза сигнала ведомого СВЧ-генератора определяется работой второго кольца фазовой ав топодстройки частоты, выполняющегофункцию частотного сдвига вниз и содержащего помимо этого генератора смеситель 7, второй фазовый детектор 9 и,делитель частоты 17. На выходе делителя 17 по аналогии 30 с (1) можно записать выражения для фазысигнала 35где срог - искомое значение фазы ведомого генератора, устанавливающееся в результате работы устройства, а = 0,12 п- целое число. Второе слагаемое в (5) учитывает не определенность начального состояния этого делителя 17 частоты. При этом фаза сигнала частоты вг, поступающего на опорный вход фазового детектора 9 после прохождения коаксиэльной линии 15 связи 45 где уо - начальная фаза сигнала высокочастотного генератора 12, С учетом работы1798920 второго кольца фазовой автоподстройки частоты частота ведомого СВЧ-генератора устанавливается равной в 1, а фаза сигнала (5)устанавливается равной Й =Й фо 9 +0 - ( - +м 2) г - р +И 12 и т.е. зависит от фазы 0 опорного сигнала первого фазового детектора 8.Во втором смесителе 5, работающем как смеситель биений, выделяется частота, равная разности частот его входных СВЧ- сигналов, т,е. й. В смесителе 6, работающем на суммирование частот, выделяется частота 2 в 2, а начальная фаза этого колебания равна сумме начальных фаз входных сигналов этого смесителя. После деления частоты на два в делителе 13 происходит вновь возврат к частоте в 2 с начальной фазой, равной полусумме начальных фаз входных сигналов смесителя 6, плюс неопределенность (Ол ), вызванная неопределенностью начального состояния делителя 13 частоты на два, Заметим, что делитель 13 выполнен регенеративным с тем, чтобы аппаратура пункта А заработала сразу после включения аппаратуры. В случае же использования делителя частоты счетчикового типа периодический сигнал на его выходе после включения отсутствовал бы, что могло бы привести к неправильной работе всего устройства из-за произвольности начальной частоты несинхронизированного вспомогательного СВЧ-генератора 3.Таким образом, для О можно записать О = -- фз + р) + (О, 7 г) + ф, (8)1сотгде 1 ф = ф --- фаза сигнала с выхода2 иделителя 17 частоты после прохождения коаксиальной линии связи 15 в обратном направлении, ф - сдвиг фазы, вводимый управляемым фазовращателем 14, Подставляя сюда выражение (3), находимО=-Г +О+ - . +Р,)+1 О 11 Т2 2 п= - +Ро+(О т)+Мо.2 и Подставляя это выражение в формулу- дъ - = ф + (О, д) +(1 О) 10 Используя теперь формулы (5) и (1), находим установившееся значение фазы ведомого генератора 2 у)ог =2 и ф - 2 л =2 и 1 +15 + (0,2 и тг) - 2 л+ 2 и 1/о ==.а 1+2 л+(0,2 кп) - 2 л +2 пфцелократное 2 к20 (11)т,е. с точностью до целократного 2 1 т фаза сигнала ведомого СВЧ-генератора отслеживает поворот фазы ф, вводимый управляемым Фазовращателем 14 и, в частности, 25 при нулевом колебания ведущего и ведомого СВЧ-генератора 1 и 2 совпадают по фазе.Таким образом, благодаря отсутствиюдисперсии в коаксиальной линии 15 связи, в. предлагаемом устройстве выделяется на бег фазы СВЧ-сигнала е ней и, будучи перенесен на частоту в 2, вводится с "упреждением", т,е, с обратнь;м знаком в транслируемый сигнал со стороны ведущего СВЧ-генератора 1, расположенного в пуйкте АПри этом точно компенсируется набег фазы в линии 15, что делает устройство фазирования инвариантным по отношению к длине этой линии и ее вариациям. Это важнейшее свойство прототипа сохраняется в.40. предлагаемом у"тройстве.В отличие от прототипа неоднозначность фазы на выходах делителей частоты 13, 16, и 17 характеризуемая целыми числами и, М исоответственно, как видно из 45 формулы (11), не сказывается на взаимнойфазировке ведущего и ведомого СВЧ-генераторов 1 и 2, что непосредственно связано с использованием новых элементов - делителей 16 и 17 частоты на четное число. Их наличие позволяет также расширить возможности реализации устройства по диапазону частот СВЧ-генераторов 1 и 2 за счет увеличения их частоты в 2 и раз без изменения частот транслируемых по линии 15 сигналов или дает возможность увеличить длину коаксиальной линии связи 15, сохра-.няя потери в ней на приемлемом уровне за счет понижения частот транслируемых СВЧ- сигналов. 8 последнем случае, если изобре 1798920тение использовано в радиоинтерферомет. ре, может быть существенно увеличено базовое расстояние между его антеннами исоответственно увеличено угловое разрешение радиоинтерферометра. Появлениеэтих возможностей связано стем, что погонные потери передаваемого сигнала в линии15, реализуемой в данном случае в видекоаксиального кабеля, сильно возрастают сростом частоты этого сигнала, а полные потери экспоненциально нарастают с увеличением длины линии,Пример зависимости погонных потерьот частоты дпя коаксиального кабеля с полувоздушным диэлектриком типа РК 75 приведен на фиг. 2,Если частоты транслируемых колебаний равны или близки к частотам ведущегои ведомого генераторов, как это имеет место в прототипе, то выбор рабочего диапазона частот и типа кабеля позволяетреализовать устройство-прототип до длин,при которых потери не превышают 50 дБ, Впредлагаемом устройстве частоты ведущегои ведомого СВЧ-генераторов могут быть сохранены такими же, как и в прототипе, аснижение частот транслируемых сигналовза счет использования делителей 16 и 17частоты позволяет реализовать фазирование СВЧ-генераторов на расстоянии приблизительно во столько же раз большем,во сколько эти делители делят частотуСВЧ-сигналов, В другом крайнем варианте реализации при сохранении длины коаксиальной линии связи рабочая частотаСВЧ-генераторов может быть увеличена востолько же раз. Возможно и комбинированное.варьирование длиной линии связи и частотой фазируемых генераторов 1 и 2,Отметим некоторые особенности выполнения устройства, Частота высокочастотного генератора 12 должна выбиратьсяиз следующих соображений, Во избежаниесрыва синхронизации в кольцах фазовой ав-,топодстройки частоты она должна быть хотябы в несколько раз больше 1/2 п доли воз. можного собственного ухода частоты подстраиваемых генераторов 2 и 3 из-за всехдестабилизирующих факторов, В то же время с ростом этой частоты возрастает вкладнестабильностей и погрешностей изготовления элементов схемь 1 устройства, работающих на частотах в 2 и 2 а, в погрешностьфазирования, поскольку, как это видно изсхемы устройства, они эквивалентны по характеру проявления сдвигу фазы, вносимому управляемым фазовращателем 14,Оптимальной следует считать частоту в интервале 110 МГц, Кратность деления час 20 25 более высокими погонными потерями, чем в рабочей кабельной линии, и провести настройку с помощью фазометрической аппаратуры в одном помещении. После этого настроенные элементы устройства устанавливаются на свои штатные места в пунктах АиБ,Формула изобретения Устройство фаэирования пространственно-разнесенных СВЧ-генераторов, со 30 держащее ведущий СВЧ-генератор,соединенные в кольцо первый смеситель, первый фазовый детектор и вспомогательный СВЧ-генератор, последовательно соединенные второй смеситель, гретий 35 смеситель, регенеративный делитель частоты на два и управляемый фазовращатель, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора, первый циркулятор, первое и третье плечи которого под 40 ключены соответственно к выходу вспомогательного СВЧ-генератора и другому входу второго смесителя, высокочастотный генератор, подключенный к другому входу третьего смесителя, второй циркуля 45 тор, коаксиальную линию связи, исключенную между вторым плечом первого циркулятора и высокочастотным генератором и первым плечом второго циркулятора, последовательно соединенные четвертый 50 смеситель, один вход которого подключен к второму плечу второго циркулятора, второй фазовый детектор, другой вход которого подключен к первому плечу второго циркулятора, и ведомый СВЧ-генератор, о т л и -55 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью устранениянеоднозначности установившегося значения разности фаз между ведущим и ведомь 1 м СВЧ-генераторами при включении и расширения диапазона рабочих частот,тоты 2 п в делителях 16 и 17 не следует выбирать более 610, поскольку при этом также возрастает вклад погрешностей, вносимых вышеуказанными элементами.5 Оптимальной следует считать кратность деления частоты в делителях 16 и 17 равной 2, 4 или 6, Отметим, что, как и в прототипе, Статические фаэовые сдвиги, имеющие место вне коаксиальной линии 15 связи, и не 10 учитывающиеся в проведенном выше анализе; могут быть скомпенсированы начальной установкой управляемого фазовращателя 14 при стендовой отработке и наладке аппаратуры, При этом нет необхо. димости испольэовать полномасштабнуюкабельную линию, поскольку ее длина, не влияет на статическую погрешность фазирования, Можно использовать небольшую бухту дешевого и более короткого кабеля с1798920 10 дО Составитель В,ЗаксТехред М,Моргента орректор А.Моты едакт оляда Тираж Подписноенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 каз 780 ВНИИП дарстве водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 между выходом ведущего СВЧ генератора и другим входом первого смесителя включен второй делитель частоты, между выходом ведомого СВЧ-генератора и другим входом четвертого смесителя включен второй делитель частоты, причем первый и второй дели-тели частоты выполнены с равнымичетными коэффициентами деления,