Устройство для измерения амлитудно-фазового распределения поля антенны

Изобретение относится к техникеантенных измерений и может быть ис"пользовано при измерении амплитудноФазового распределения (АФР) поляантенны,Цель изобретения - повышение точности при измерении амплитудно-фазового распределения эллиптически поляризованного поля антенны. 10На фиг.1 приведена структурнаяьэлектрическая схема устройствадляизмерения АФР поля антенны на фиг.2 -структурная электрическая схема блокаформирования управляющих сигналов; 15на фиг.З - графики зависимостей опорных напряжений от времени.Устройство для измерения АФР поляантенны включает генератор СВЧ 1, выход которого подключен к входу исследуемой антенны 2, последовательносоединенные зонд 3, поляризационнофаэовый модулятор 4, поляриэационный Фильтр 5 и смеситель 6, выход которого подключен к первым входам первого 7, второго 8, третьего 9 и четвертого 10 синхронных детекторов,вторые входы которых подсоединены кпервому, второму, третьему и четвертому выходам блока 11 Формированияуправляющих сигналов соответственно,пятый выход которого подключен к второму входу поляриэационно-Фазовогомодулятора 4. Второй вход смесителя 6подсоединен к выходу генератора СВЧ 1Выходы синхронных детектаров 7-10подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 12 регистрации.Поляризационно-фазовый модулятор4 представляет собой Фарадеевскийвращатель поляризации с управляющейобмоткой, а поляризационный фильтр 5 -плавный переход с круглого волноводана прямоугольный с симметрично установленной параллельно широкой стенкетонкой поглощающей пластиной,Смеситель 6 представляет собойсумматор СВЧ-мощности с подключеннымк его выходу СВЧ-детектором.50Блок 11 Формирования управляющихсигналов (БФУС) (фиг.2) включает последовательно соединенные модулирующий генератор 13 и первый преобразователь 14 синусоидального напряженияв прямоугольное, выход которого является третьим выходом БФУС 11, последовательно соединенные первыйквадратор 15, вход которого подключен к выходу модулирующего генератора 13, и второй преобразователь 16 синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является первым выходом БФУС 11, последовательно соединенные второй квадратор 17, вход которого подключен к выходу первого квадратора 15, и третий преобразователь 18 синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является вторц. выходом Я+ БФУС 11, перемножитель 19 сигналов, первый и второй входы которого подключены к выходу первого 14 и второго 16 преобразователей синусоидального напряжения в прямоугольное,Устройство для измерения АФР поля антенны работает следующим образом.СВЧ-сигнал, подводимый с выхода СВЧ-.генератора 1 на вход исследуемой антенны 2, измеряется и принимается зондом 3, который представляет собой открытый конец круглого волновода или конический рупор, и преобразуется им в направляемые волны типа НВ общем случае поле в круглом волноводе имеет эллиптическую поляризацию, соответствующую поляризации падающего поля, и может быть представлено в виде суммы двух волн с ортогональными поляризациями и комплексными амплитудами а и ау. ИэмеХняют угол поворота плоскости поляризации ортогональных компонент наи авляемых волн типа Н по гармони- Р11ческому закону. с частотой Я и Фазу этих компонент с частотой 2.Й с помощью поляриэационно-фазового модулятора 4.Работа ноляризационно-фазового модулятора основана на эффекте фарадея - вращение плоскости поляризации в продольно намагниченном феррите. Поляризационно-Фазовый модулятор 4 представляет собой отрезок круглого волновода с управляющей обмоткой, ток в которой создает продольное магнитное поле, с установленным вдоль его оси ферритовым стержнем. В поляризационно-Фазовом модуляторе 4 амплитуды ортогональных волн преобразуются следующим образом:а (а соз у+а, з 1 п у ) е(1)аЧ=(-ази +а соз)" еЧ где=(О - угол поворота плоскостиполяризации под воэ30 где Ч - постоянная составляющая сиг- гнала на выходе детектора при 3 фа= О и а = О; дЧр " крутизна детекторной харак- . стеристики в рабочей точке,которая определяется ампли- лтудой а опорного сигнала, 40 па= 1 а; ау= 1 ахх( ц) - фазы ортогональных составля- нХ ующих принятого зондом 3 сиг- снала относительно опорного. сВыражение (2) получено путем раз вложения в степенной ряд функции, опи- . нсывающей детекторную характеристику,при а, а (а. Для слабо намагниченного феррита имеет место линейнаязависимость угла поворота плоскости ,50. поляризацииот величины подмагничивающего поля и квадратичная зависимость угла сдвига фаз . Поэтомуподавая сииусоидальный управляющийсигнал с частотой Я. на обмотку поляризационно-фазового модулятора 4 спятого выхода блока 11 Формированияуправляющих сигналов, получим сле дующее: С, (С) =вз.п(соя 2 Я);С(й)=в 1 яп(соя ЩС);Сз(й)=я 8 п(ядпЯ С), С (с)=С,(Е) С (С),где 5 158922действием управляющегосигнала, подаваемого наобмотку модулятора 4;=(1) - соответствующий фазовыйсдвиг.Из формулы (1) видно, что информация об искомых комплексных амплитудах а и а содержится в каждой иэ компонент а и а 1, и поэтому для дальнейшей обработки достаточно исполь/Ю зовать одну иэ них, например а. Выделение вертикальной ортогональнойхгкомпоненты с амплитудой а произвоМдится с помощью поляриэационного 15 фильтра 5, который может быть выполнен, например, в виде плавного перехода с круглого волновода на прямоугольный с симметрично установленной параллельно широкой стенке тонкой по глощающей пластиной. Беспрепятственное прохождение волны а и поглощеуЮХние волны аобеспечиваются тем, что поглощающая пластина лежит в плоскости УОЕ. 25 1 ФСкладывая сигнал ас опорным, поступающим с выхода СВЧ-генератора, и детектируя суммарный сигнал в смесителе 6, получают низкочастотное напряжениеП(С) =Ч +2 а Часояусоя(+)+(е),. впад с = Р(1-соя 2 йс),где я и р - индексы поляризационнои фазовой модуляций,Так как фаэовые измерения атносительны, то подставляя (3) в (2) ипереобоэначив у = (р + ф, можноХМ Кзаписать Б(т) Чф 2 а Ч а сояЫя.пЯ С )к хсоя(ц- рсов 2 ЯС)+а в 1 п(в 1 пй 1) к ксоя(р-рсов 2 йе)1 . (4)Используя тригонометрические тождества, преобразуют (4) к виду0 = Ч, +2 а 1/, 8,И)+8(с)+8 э(е)+ +8 (с) 3, (5),где8 1(С) ахсовсоя(с( я 1 пй) к,хсов(рсоя 2 ЯС);8 =ах в 1 п соя(св 1 пЯ:) хх в 1 п (р со я 2 Яй),8 э (с) =а, сов(р вдп(о(япЯ)х (6)хсоя(рсоя 2 ЯС) ,8+ (С) =азю.пвпЯ впаяй) хя 1 п(я соя 2 й) .Таким образом, в сигнале 0(й) содержится информация о всех четырехамплифаэных компонентах электромагнитного поля исследуемой антенны,причем зависимость от времени й слааемых 8 (е) описывается различнымиункциями, что дает возможность разелить соответствующие сигналы повоим каналам.Преобразование переменной состав"яющей сигнала 11(С) в постоянные наряжения осуществляется путем синронного детектирования с опорнымиапряжениями (фиг, 3), поступающимивыходов блока 11 на вторые входыинхронных детекторов 7-10, на перые входы которых поступает сигал 0(С): Г 1, Х)О;в 1 яп(Х)Учитывая свойства четности функцн 8 (С) и С(г), нетрудно заметить, 1589222что система (б) четвертого порядка распадается на две независимые системы уравнений второго порядка:ц =Аах совУ+"2 а в 1" % " =А 2 а совЧ+А 22 ак впУк(7) Цз Авар совч+Аза вЫЦц Аа 1. сов 1 +А а в 1 пр где коэффициенты Азависят только от индексови р модуляции и, следовательно, являются функциями амплитудного модулирующего сигнала.Системы уравнений (7) и (8) удобно представить в виде. Вычисление амплитудных компонент двух поляризационных составляющих поля исследуемой антенны по измеренным напряжениям ц производится изсоотношенийф А 1 ц(12) Ц А -Ц А3 6 где А= М вжу; А = М 2 сову 2, А з = М вЫ, А = М сову; Ав = М, эапц; А = М сов р,.Значенйя а ,а,запоминаются в блоке 13 регистрации для дальнейшей обработки.Константы А и = 1, 2б, определяются в результате калибровки, которая заключается в следующем.Образцовая антенна с линейной поляризацией поля (в состав устройства не входит) ориентируется на зонд 3 так, чтобы плоскость поляризации падающего поля была повернута на(14)Ф 4В волноводный тракт измеряемогосигнала включают плавный подстроечный Фазовращатель, Регулировкой фазовращателя добиваются чтобы Ц 1 = О,что соответствует= О. На выходахсинхронных детекторов 7 - 10 измеряютнапряжения соответственно: ц =О о ф 20 Ц 2 о = а М вп у 2", Цзо = а М в 1 п; Ц = а М в 1 ау.(15) 25 . Далее с помощью фазовращателяуменьшая фазовый сдвиг, добиваются, чтобы Ц, = 1 Ц,1 , что соответствует = Г/2.Получают ц = а и а М 2 аМ с Ц 4.1 = а М сов у,По результатам этих измерений находят искомые константы: -" ци И 11, А 2 = цю М А =.цз ц 1 А 5 0 о П 1 4 О А =ц /ц (17)Блок 12 формирования управляющих сигналов работаетследующим образом,С выхода модулирующего генератора 13 синусоидальный сигнал с частотой Я поступает на угравляющий вход поляризационно-фазового модулятора 4 и на выходы первого Квадратора 14 и первого преобразователя 1 б синусоидального напряжения в прямоугольное, с выхода которого сигнал, описываемый Функцией С (с), поступает на управляющий вход третьего синхронного детектора. На выходе первого квадратора присутствует переменная составляющая напряжения, пропорциональная сов 2 йй, которая поступает на входы второго квадратора 15 и второго преобразователя 17 синусоидального на9 15892 пряжения в прямоугольное, с выхода которого сигнал, описываемый функцией С (й), поступает на управляющий вход первого синхронного детектора. Свыхода второго квадратора 15 переменная составляющая напряжения, пропорцио" нальная соз 4 ЯЕ, подается на вход третьего преобразователя 18 синусо - идального напряжения в прямоугольное, с выхода которого сигнал, описываемый функцией С ф 1), поступает на управляющий вход второго синхронного детектора, С выходов первого 16 и второго 17 преобразователей синусоидального напряжения в прямоугольное сигналы, пропорциональные С(с) и С,И), поступают на входы перемножителя 19 сигналов, с выхода которого сигнал, пропорциональный функции 2 О Г,.(С) С (й) = С (С), поступает на управляющий вход четвертого синхронного. детектора.Использование изобретения обеспечивает повышение точности изме рений за счет исключения погрешностей разделения волн с ортогональными поляризациями, погрешности суммирования и погрешности амплифазометра.30 Формула изобретения1. Устройство для измерения амплитудно-Фазового распределения поля антенны, включающее генератор СВЧ, выход которого подключен к входу иссле+ дуемой антенны, зонд, установленный с возможностью перемещения в раскрыве исследуемой антенны, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, выходы которых подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам блока регистрации соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности при измерении амплитудно-Фазового распределения эллиптически поляризованного поля антенн, введены последовательно соединенные поляри 22 10зационно-Фазовый модулятор, вход которого подключен к выходу зонда, поляризационный фильтр и смеситель, выход которого подсоединен к первымвходам первого, второго, третьего ичетвертого синхронных детекторов, вто.рые входы которых подсоединены к пер .вому, второму, третьему и четвертомувыходам введенного блока формированияуправляющих сигналов соответственно,пятый выход которого подключен к второму входу поляризационно-фазовогомодулятора, а второй вход смесителяподсоединен к выходу генератора СВЧ.2. Устройство по п.1, о т л ич а.ю щ е е с я тем, что блок формирования управляющих сигналов включает последовательно соединенные модулирующий генератор и первый преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которогоявляется третьим выходом блока Формирования управляющих сигналов, последовательно соединенные квадратор,вход которого подключен к выходу модулирующего генератора, и второйпреобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является первым выходом блокаформирования управляющих сигналов,последовательно соединенные второйквадратор, вход которого подключен квыходу первого квадратора, и третийпреобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является вторым выходом блокаформирования управляющих сигналов,перемножитель сигналов, первый и второй входы которого подсоединены к выходам первого и второго преобразователей синусоидального напряжения впрямоугольное, а выход его являетсячетвертым выходом блока формированияуправляющих сигналов, выход модулирующего генератора является пятым выходом блока Формирования управляющих сигналов,Пилипенко еда ГКНТ ытия 4/5 Пат ательский комби оиэводствен Заказ 2539 Тираж 558 ПодпиВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб Ужгород, ул, Гагарина, 101