Устройство для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСИИРЕСПУБЛИН1442940 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬ ВТОРСН(57) Изобретение отн антенных измерений. ния - е во ния а аз и фазир енно сится к технике ель изобретеможности измерелучения эл-товрешетки (ФАР) обеспечени мплитуд и фованной ант ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД И ФАЗ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ со строчно-столбленым управлением с помощью неподвижного зонда. Устр-во содержит г-р 1 СВЧ-колебаний, направленный ответвитель 2, г-р 3 прямоугольных импульсов, измеряемую ФАР с дискретно-управляемыми фазовращате - лями 5,двухразрядный фазовращатель 9, делители1 О, 12 и 14 частоты на 1 с,п и с, делители 11 и 13 частоты на два, непопвижный зонд 15, вентиль 16, СВЧ-сумматор 17, квадратичный детектор ,8, фазовращатель 20 на 90, фазовые детекторы 27 и 28 и фильтры 29 и 30 низкой частоты. Цель достигается введением коммутаторов 6, 8 к 19, счетчика 7,полосовых фильтров 21, 22 и 23; дифференциальных усилителей 24 и 26 и инвертора 25, 1 ил.,+ М,е )р", - ва Ы 1,с +1 е Изабро:.1 не атластсл к техникеантенных измерений и может быть использовано в составе комплекса дляснятия амплитудно-фазового распределения в раскрыне с помощью непад 5вижнаго занда.Цель изобретения - обеспечениевозможности измерения амплитуц и фазизлучения элементов Фазированнойантенной решетки со строчно-столбцовым управлением с помощью неподвижного зонда.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая блок-схема устройствадля измерения амплитуд и Фаэ излучения элементов, фазированной антенной решетки (ФАР) с помощью негодвижнаго зонда.Устройство содержит генератор 1СВЧ-колебаний, направленный о.ветвитель 2, генератор прямоугольных 1 пульсов 3, измеряемую ФАР 4 с диск-.ретно-управляемыми Фазовращателями 5,первый коммутатор б, счетчик 7, вторай коммутатор 8, двухраэрядный фазо вращатель 9, первый делитель 10 частоты на 1 с, первый делитель 11 частоты на два, второй делитель 12 частоты на и, второй делитель 13 частоты 30на два, третий делитель 14 частотына с, неподвижный зонд 15, вентиль 16,СВЧ-сумматор 17, квадратичный детектор 18, третий коммутатор 19, Фазовращатель 20 на 90 , первый паласовой Фильтр 21, второй паласовойФильтр 22, третий паласовой Фильтр 23,первый дифференциальный усилитель 24инвертор 25, второй,цифференциальньйусилитель 26, первый Фазовый детек"тор 27, второй фазовый детектор 28,первый Фильтр 29 низкой частоты,второй Фильтр 30 низкой частоты.Устройство работает следующим образом. 45Генератор 1 СВЧ-колебаний, работающий на частоте Я /1 Х, возбуждаетисследуемую ФАР 4, На расстоянии порядка размеров ФАР 4 расположен неподвижный зонд 15, принимающий сигнал антенной реетки,Ба вход управления ФАР па строкам, соответствующим строке, на которой расположен ива,(т) -Х С-"сов,+111 Е 1м 1 с 1,.) (14 1М:,Ъ,Рх сов 1 ы, + М, + Е т, + 1 6 меряемый элемент, от генераторпрямоугольных импульсов поступаетсигнал управления частотой Р/1 с,где Г - частота сигнала генератора 3прямоугольных импульсов. После нескольких периодов модуляции сигналастроки по Фазе, по сигналу от счетчика 7 происходит переключение всехкоммутаторов 6,8 и 19 и в течениезаданного отрезка времени осуществляется модуляция по фазе сигналастолбца, в котором находится измеряемый элемент с частотой Р/1 с, По сигналу счетчика 7 происходит переключение коммутаторов 6,8 и 19 и в течение того же отрезка времени осуществляется модуляция по фазе сигнала строки и столбца, на пересечении которых находится измеряемый элемент с частотой ГЬ. При этом измеряемый,излучатель излучает сигнал, промодулированный по фазе с частотой 2 РЬ,индекс модуляции Т/2, Первый, второйи третий Фильтры 21-23 имеющие полосу нропускания нескольких герц,не пропускают сигнал, соответствующий Фазсвой модуляции с частотой2 Р/1: и совмещают три сигнала во времени, д с помощью дифференциальных,усилителей 24 и 26 осуществляетсясуммирование первых цвух сигналови из полученной суммь вычитается тре-.тий сигнал, что дает возможнссть цьделить из суммарного сигнала решеткисигнал отдельного излучателя и с помощью двух фазовых детекторов - первого 27 и второго 28 " и Фазовращателя 20 на 90 измерить квадратурныесоставляющие этого сигнала.Сигнал на выходе СВЧ-генератораравен А, совйо гге , - несущая частота сигнала генератора 1 СВЧ-колебаний; А, - амплитуда сигнала генератора 1 СВЧ-колебаний, При первом положении комиутаторов (осуществляется модуляция по Фазе сигнала строки, на которой находится измеряемый элемент) сигнал на пер вом входе СВЧ-сумматора имеет видОбозначим: Ао А,В=- - С В= - -СьСигнал, поступающий на второй вход СВЧ-сумматора 17 подвергается двойной фазовой манипуляции и описывается выражением 8,: )1/2 4 1а = ЭА,(1 + в -=1551 Я )(1сов(ы,Е + (8,+ где Ь, -Р - коэффициент, характеризующий уровень сигнала, ответвляющегося в опорный канал2 Я2 и иНа выходе СВЧ-сумматора сигнал описывается выражением 50 На вьходе квадратичного детектора 18 выделяется сигнал, пропорциональный /а (С) /Выход коммутатора 6 в данный момент времени соединен с входом фильтра 21, настроенного на частоту ( Яв - Я,)/2 Я таким образом, на выходе фильтра 21 сигнал имеет вид; коэффициент передачи и-го (1-го) канала ФАР," фазовый сдвиг и-го (1-го) канала ФАР;расстояние между Фазовыми центрами неподвижного 10 зонда и излучателя п-го (1-го) канала ФАР,количество элементов решетки,количество элементов в 15 строке;индекс паразитной амплитудной манипуляции, вы - званной неидентичностью коэффициентов передачи при Фазных сдвигах - -0/2, К/2 в 1-м канале ФАР;индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах- -71/4, +У/4 в 1-и кана ле ФАР, 30 индекс Фазовой манипуляции при переключении дискретов - О 2, +7/2; индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах -Т/2, +Т/2 Фазовращателем опорного канала, индекс паразитной амплитудной манипуляции, вызванной неидентичностью коэффициентов передачи при фазовых сдвигах -Х/4, +94 фазовращателем опорного каналами точность установки Фазового сдвига 9 фазовращателем 5 опорного каналафточность установки фазового сдвига Офазовращателем 5 опорного канала," В = (/4 - индекс фазовой манипуляции при переключении дискретов -7/4, +, и/4 ф,ВОц - неточность установки фазового сдвига Г/2; ЛО - неточность установки фазового сдвига Я /4частота сигнала генератора 3 прямоугольных импульсов волновое число,длина волныфкоэффициент, характеризующий диаграмму направленности излучателя внаправлении на зонд и диаграмму направленностизонда в направлении наизлучатель,4 " 1+2 тЕт ): .Е - Я 1 п 2 с 3 г4 11-"А 5 тс2 5 где И - количество элементов в столб- По аналогии сигнал на выходе це, ЗО фильтра 22 можно описать выражением м 40,А, Е 4 Ш 2 т 114=т )(ч.+ 1 сг.)соя(Я;й,)е (1 + 1 с; В яЫ (тр,+ 1 сг ) яз.п (ЙеЭтот сигнал поступает через кивер- циального усилителя, на выходе кототор на второй вход первого дифферен- рого имеется сигнал вида40 161 сеа - П А соя(Я -Я,) г", - В соз(ц + 1 с,г ) (1 ++ тп,т;т 214- - яхп(й,т-й,)с х - соя( уе+ 1 сг ) (1-Л 6,2 д 94- -пт, пт -,Е -В.яп(Ц,+ 1 сг )(1-д 6.664 - ,),3 4 Д 2:1 г 1 3121 4При третьем положении коммутато- положен измеряемый элемент коммута 505 ров (осуществляется одновременно мо- татор 6 своим выходом соединен с входуляция по фазе сигнала строки и дом Фильтра 23) сигнал на первом вхостолбца, на пересечении которых рас- де СВЧ-сумматора 17 имеет видМ.И,2 М+11 са (г) = - .Е С-"ся(ы г+тЕ+ 1 с г ) + - 7: С -(1 +гн О Н,14 ф 1+,Ч + К 2,г, + (8,+ 61 7 д Г. - я 1 п 1 сй(В +дЕ ) з Х - яж 21 сйГ+1 т 35 1 С 2;Этот сигнал поступает на первый, вход первого дифференциального усилителя. Полоса пропускания Фильтра 21 (аналогично фильтров 22 и 23) выбирается из условия, чтобы сигнал на входе дифференциального усилителя существовал отрезок времени, соответ ствующий переключению коммутатора 6 в три положения, Поэтому полоса фильтра выбирается порядка нескольких герц, а время существования сигнала на выходе фильтра-миллисекунда, что возможно осуществить на практике,При втором положении коммутаторов (осуществляется модуляция по фазе сигнала столбца, на котором находится измеряемый элемент, коммутатор 19 выходом соединен с входом фильтра 22) сигнал на первом входе СВЧ-сумматора имеет вид+ "е+ есгр+ (6 +д 01 е) можно описать выражением а(г) = - РА соя(Я -Я) с 2 - Ве соя ( + 1 с) (1 + 16 " се 4 м+дсе дЕ + щ щ:) + -Й, соз(ср + с г )(1+ ан 2 дьа 2 ЕД 4 2 Е е Г.вход второго дифференциального усип 1,:" теля 26, на первый вход которого подается сигнал с выхода дифференциального усилителя 24. Так как эти сигналы совмещены во времени, то на вапс 121- де этого усилителя сигнал имеет вид с;+Д 62,ДО+ щ .щ Я 1 4 2 4 А соя(Й -Я,) С.40На выходе фазового детектора 27 а(С) = 4 - - Р;с - соз(, + ес г;)(1 + д 8 дсе 4 +А В; 44+ л 2 щщ 4).д АоВ 1 4 4а (Г) 4 -- 1,1 С; -1 ЗдП (С+ Е," )(1 дс.аз 2 щ 2,щй Ь 1 21 4 д 2 По полученным данным можно рассчитать 1 с;и у. каждого канала ФАР. Величины г, для каждого канала известны и хранятся в памяти ЭВМ. Подавая последовательно сигналы управления на все строки и столбцы измеряемой ФАР,Сигнал на выходе фильтра 23, настроенного на частоту (.Я 2 - й,)/2,При этом сигнал от измеряемого элемента промодулирован по Фазе с л частотой 2 Г/с, индекс модуляции и/2 и на выход Фильтра 23, настроенного 2 на частоту - 2не проходит. Этот сигнал поступает на .второйт.е. выделяется удвоенный сигнал отцельного измеряемого излучателя.После делителя частоты на с Я 2-.Я 1 Рна второй вход фазового2 и с На второй вход Фазового детектора 28 поступает сигнал вида детектора 27 поступает сигнал вида,А ядп(Я 2-Я 1)С,На выходе фазового детектора 28можно измерить амплитудно-фазовое распределение ФАР со строчно-столбцевым управлением с помощью неподвижного зонда. При этом погрешность измерений определяется по формулам10 1442 О 40 дЧ 1= (811 464 + - в,сп )эхп(2 ц.+ 21 г;)4АА;= 2 А,- Е; - (Л 6 дВ+ - ш,. тп,) соя (2 Ч;+ 2 Е г).В; 4 4 Формула изобретения Составитель В.РабиновичТехред Л,Олийнвп Корректор Э.Лончакова Редактор Е.Папп Тираж 772 Подписное ВН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Заказ 6381/43 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Устройство для измерения амплитуд и.фаз излучения элементов фазированной антенной решетки, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний, направленный ответвитель, измеряемую фазированную антенную решетку (ФАР) с дискретно-уп 35 равляемыми фазовращателями, Йервый, второй и третий делители частоты, двухразрядный фазовращатель, первый .и второй делители .частоты на два, последовательно соединенные неподвиж ный зонд, вентиль, СВЧ-сумматор и квадратичный детектор, первый и второй фазовые детекторы, первый и второй фильтры низкой частоты (ФНЧ), причем выход первого фазового детек 25 тора соединен с .входом первого ФНЧ, а ввкод второго фазового детектора с входом второго ФНЧ, второй выход направленнрго ответвителя соединен с входом двухразрядного фазовращателя, выход которого соединен с вторвпч входом СВЧ-сумматора, гетеродинный вход первого фазового детектора сое- . динен с выходом второго делителя частоты, гетеродинный вход второго фа зового детектора соединен с выходом второго делителя частоты через фазовращатель на 90 , выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входами первого, второго и третьего 40 делителей частоты, выход первого делителя частоты соединен с вторым разрядом двухразрядного фазовращателя и через первый делитель частоты на два -с первым разрядом двухразрядного фаэовращателя, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью обеспечения воэможности и измерения амллитуд и фаз излучения ФАР со строчно-столбцевым управлением, в устройство введены первый, второй и третий коммутаторы, первый, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй дифференциальныеусилители, инвертор и счетчик, причем вход первого коммутатора соединен .с выходом квадратичного детектора,а выход - с входами первого, второгои третьего полосовых фильтров, выходпервого полосового фильтра соединенс первым входом первого дифференциального усилителя, выход второго через инвертор - с вторым входом первого дифференциального усилителя,выход первого дифференциального усилителя соединен с первым входом второгодифференциального усилителя, второйвход которого соединен с выходом третьего полосового фильтра, выход - свторыми входами первого и второгофазовых детекторов, первый ввиодтретьего делителя частоты соединенс входами второго и третьего коммутаторов непосредственно, а второйвыход - через второй делитель частоты на два, выход второго. коммутаторасоединен с входом управления ФАР построке, выход третьего коммутатора -с входом управления ФАР по столбцу,входы управления всех коммутаторовсоединены с выходом счетчика, вход которого соединен с выходом третьегоделителя частоты.