Устройство для определения амплитудно-фазового распределения поля антенны

.Г ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАН И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Московский энергет институт (72) Д,М.Сазонов и С.Ю(56) 1. Захарьев Л.Н. и ды ния характеристик антенсвязь, 1985, с. 136.2, Авторское сеиде ельство СССР 1 ч. 1223170, кл, 6 01 В 29/10, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ АНТЕННЫ(57) Использование: антенная техника, антенные измерения. Сущность изобретения; устройство содержит СВЧ-генератор 1, выход которого является выходом для подключения исследуемой антенны 2, приемный зонд 3, состоящий из двух идентичных антенн 4 и 5 с управляемым положением плоскости поляризации и встроенными фазовращателем (0,180) град. и коммутатором, шесть делителей мощности 6 - 11, три фазосдвигателя на 90, 180, 270 град. соответственно 12 - 14, четыре сумматора 15 - 18, четыре амплитудных детектора 19-22, блоки вычитания 23 и 24, два блока возведения в квадрат 25 и 26, блок деления 27, блок вычисления функции арктангенс 28, два блокасложения 29 и 30, блок извлечения квадратного корня 31, усилитель 32, запоминающее устройство 33, компаратор 34, блок управления 35, механизм перемещения 36. 2 ил.17864531Изобретение относится к антенной тех- го детектора, выход которого являетсянике и может быть использовано при антен- третьим выходом приемного зонда, посленых измерениях, довательно соединенных фазовращателянаИзвестно устройство для определения 270 О, вход которого подключен к второмуамплитудно-фазового распределения поля 5 выходу третьего делителя мощности, четантенны 11, содержащее испытуемую ан- вертого сумматора и четвертого амплитудтенну, измерительную антенну-зонд, меха- ного детектора, выход которого является нический сканер и подвижный СВЧ-тракт. четвертым выходом приемного зонда, четОднако этб устройство обладает недо- вертого делителя мощности, вход которогостатЬчнойточйостьюопределенйя. 10 подсоединен к выходу второй антенны, аНаиболее близко к предлагаемому уст- первый и второй выходы подсоединень кройство 2, содержащее СВЧ-генератор, входу пятого и шестого делителей мощности направленныйответвитель,апертурнуюан- соответственно, первый и второй выходы тенну, приемный зонд, волноводную сек- пятого делителя мощности подключень к цию, переключатель, фазометрическую 15 второму входу первого и второго сумматосхему, блок вычисленйй, блок управления, ров соответственно, первый и второй выхоподвижный тракт, вращающееся сочлене-дышестого делителя мощности ние, мехайизм перемещения.- . подсоединейы к второму входу третьего иОднако такое устройство обладает йе-четвертого сумматоров соответственно,достаточной точностью определения, свя первая и вторая антенны выполнены с упзанной с наличием Ошибок, возникающих равляемой поляризацией, входы управлеприперемещенйи подвижноготракта,"атак- ния которых являются первым и вторм жепрйизменениивпроцессескайирования входами йриемйого зонда, введены после- разности длин сигнального и опорного трак- довательно соединенные первый блок вычитов и связанной с этим ошибкой из-за час тайия, первый вход которого подключен к тотной нестабильности генератора, Кромепервому выходу приемного зонда, а второй того, оно не позволяет за один цикл измере- вход к его третьему выходу, первый блок ний определить амплитудно-фазовое рас- возведения вквадрат, первый блок сложепределение по двум взаимно ния, блок.извлечения корня квадратноГо, ортогональным п 6 ляризациям.:, . . 30 блок умножения на четыре й блок памяти,Цель. изобретения - пойышение точйо-, " последовательно соединенные второй блоксти и оперативности," " .: :" .вычитания, первый вход которого подкллюСущность изобретенйя заключается в чен к четвертому выходу приемного зонда,том, что в известном устройстве для опреде- а .второй вход - . к его второму выходу;" и ленияамплитудно-фазовогораспределения 35 второй блок возведения в квадрат, выход поля антенны, содержащем СВЧ-генератор, которого подсоединен к второму входу первыход которого является выходом для йод- ваго блока сложения, последовательно соеклюнения входа исследуемой антенны, при- диненные блок деления, первый и второй .емный зонд, блок управления и механизм входы которого подключены к выходам перперемещения, вход которого подключен к 40 вого и второго блоков вычитания соответстпервому выходу блока управления, прием- венно, блок вычисления арктангенса и ный зонд размещен на блоке перемещения второй блок сложения, выход которого поддополнительно приемный зонд выполнен ключен к второму входу блока памяти, треиздвухидентичных антенн, последователь-: тий входкоторого подсоединен к второмуно соединенных йервого делителя мощно входу блока управленйя, компаратор, персти, вход которого подключен к выходу выйи второй входы которого подключень к первой антенны второго делителя мощно- первому и третьему выходам приемного сти,первогосумматораипервогоамплитуд- зонда; а выход - к второму входу второго ного детектора, выход которого является . блока сложения, первый и второй входы .первым выходом зонда, последовательно 50 приемного зонда подсоединены к третьему соединенных фазовращателя на 90, входи четвертому выходам блока управления.которого подключен к второмувыходу вто-На фиг,1 и 2 приведена схема предлаГарого делителя мощности, второго суммато- емого устройства для определения ампли- .ра и второгоамплитудногодетектора, выходтудйо-фазового распределения поля которого является вторым выходом прием антенны.ного зонда, последовательно соединенных . Устройство содержит СВЧ-генератор 1, третьего делителя мощности, вход которого апертурную антенну 2, приемный зонд 3, подключен к второму выходу первого дели-" состоящий из двух антенн 4, 5 с управляетеля мощности, фазоврацателя на 180, мым йоложением плоскости поляризации и третьего сумматора и третьего амплитудно- встроенными фазовращателем (О, 180) град, 1786453и коммутатором; шести делителей мощности 6-11, трех фазовращателей на 90, 180, 270 град, соответственно 12-14, четырех сумматоров 15-18, четырех амплитудных детекторов 19 - 22, два блока вычитания 23 и 24, два блока возведения в квадрат 25 и 26, блок деления 27, блок вычисления функции арктангенс 28, два сумматора 29 и 30, блок извлечения квадратного корня 31, усилитель 32, запоминающее устройство 33, компаратор 34, блок управления 35,механизм перемещения 36.СВЧ-генератор " выходом подключен к входу апертурной антенны 2, приемный зонд выходом подключен к двум параллельным каналам обработки, состоящим из последовательно соединенных блока вычитания 23 и блока возведения в квадрат 24, параллельно подсоединенной к ним цепи из блока деления 27, блока вычисления функции арктангенс 28, первого сумматора, причем выходы каналов соединены с входами второго сумматора, к выходу которого подключен блок извлечения квадратного корня, последовательно соединенный с усилителем, выход которого подключен к первому входу запоминающего устройства, блок деления входами подключен к выходам блоков вычитания, а выходом к входу блока вычисления функции арктангенс, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом компаратора,выход сумматора соединен с вторым входом запоминающего устройства, приемный зонд выполнен состоящим из двух антенн с управляемым положением плоскости поляризации и встроенными фазовращателем и коммутатором, шести делителей мощности, трех фазосдвигателей на 90, 180, 270 град, соответственно, четырех сумматоров и четырех амплитудных детекторов, причем первая и вторая антенны выходом подсоединены ко входупервого и второго делителей мощности соответственно, имеющих по два выхода, каждый из которых соединен соответственно с входами третьего, четвертого, пятого, шестого делителей мощности, причем выходы третьего и четвертого делителей мощности подключены к первым входам первого, второго, третьего, четвертого сумматоров соответственно, первый выход пятого делителя мощности подключен к второму входу первого сумматора, второй выход пятого делителя мощности через фазовращатель на 90 град, подключен ко второму входу второго сумматора, первый выход шестого делителя мощности через фазосдвигатель на 180 град, подключен к второму входу третьего сумматора, второй51015 1-го выхода приемного зонда). Сигналы с50 выходов блоков вычитания 23 и 24 подаются на входы соответствующих блоков возведе 55 20 25 30 35 40 выход шестого делителя через фазосдвигатель на 270 град, подключен к второму входу четвертого сумматора, выходы сумматоров подключены к входам амплитудных детекторов соответственно, выходы которых являются выходами приемного зонда, причем первый и третий выходы приемного зонда подключены к первому и второму входам компаратора, СВЧ-генератор выходом подключен к входу апертурной антенны, механизм перемещения включен между блоком управления и приемным зондом, а блок управления выходами подсоединен также к управляющим входам двух антенн приемного зонда и запоминающего устройства. Устройство работает следующим образом.Сформированные СВЧ-генератором СВЧ-колебания подаются на исследуемую апертурную антенну 2 и излучаются в пространство, Часть излученной мощности улавливается приемным зондом 3, в состав которого входят две антенны с управляемым положением плоскости поляризации и встроенными фазовращателем (О, 180) град. и коммутатором 4 и 5, шесть делителей мощности 6-11, три фазовращателя на 90, 180, 270 град. соответственно 12 - 14, четыре сумматора 15 - 18, четыре амплитудных детектора 19 - 22, выходы которых являются выходами приемного зонда. Перед началом измерений приемный зонд при помощи механизма перемещения Зб устанавливается в исходную точку, а при помощи блока управления 35 обе антенны приемного зонда устанавливаются вположение, соответствующее одноименным поляризациям (в случае использования антенн с управляемым положением плоскости поляризации ЗД (см. фиг,2) это соответствует включению в обеих антеннах одноименных Р-М диодов), Сигналы с первого и третьего, четвертого и второго выходов измерительного зонда (см. фиг.1), подают на входы первого и второго блоков вычитания 23 и 24 соответственно, т,о. на выходе блоков вычитания получают сигналы равные б-оз и Оа-б 2 соответственно б - сигнал с ния в квадрат 25 и 26, э с выходов блоков возведения в квадрат сигналы подаются на входы сумматора 29, С выхода сумматора сигнал поступает через блок извлечения квадратного корня 31 на вход усилителя 32 с коэффициентом усиления, равным 4, С выхода усилителя 32 сигнал, равный произведению амплитуд комплексного вектора поляв точках расположения двух антенн прием- сигналам Ф ( = 1, 2, 3, 4) можно пояснить ного зонда 3 поступает в запоминающее следующим образом, Запишем сигналы, устройство 33, гдезапоминается. Сигналы с полученные при четырех различных индекпервого и третьего выходов приемного эон- саха, в виде: да 3 поступают также на два входа компаратора 34, откуда в случае б 1дз на первый 5 соя (Ф 1 - Ф) вход сумматора 30 подается сигнал, равный д=(х 1+х 2)2=Х 1 +Х 2 +"2(И) нулю, а в случае бзб 1 сигнал, равный эп (Ф 1 - Ф 2) л рад, Сигналы с выходов двух блоков вычитания 23 и 24 подаются также на два вхо- Ф, 1 Ф да блока деления 27. С выхода блока 10 где х 1=Х 1 8, х 2=Х 2 6 - комплекделения 27 сигнал, равный (б 4 - б 2)/(б 1 - сз) сные векторы поля в местах расположения подается на вход блока вычисления функ- двух антенн 4 измерительного зонда 3 соотцииарктангенс 28,свйходакоторогосигнал, ветственно (знак "-" берется при= 2, 3, а подается навторой вход сумматора 30, С нижняя строчка выражения в фигурных выхода сумматора 30 сигнал, равный разно скобках - при= 2, 4). сти фаз комплексного вектора поля в точках Прийимая один из сигналов, например расположения двух антенн приемного эон- х 2 = 1, за опорный, из (1) получим для х 1: да 3, поступает в запоминающее устройствод с )+ д д )33, Затем при помощи механизма перемещенияЭб,упреепяемогобпокомупреепения 20 ср:и суп гуя я + яг; у:1 ЗБ. приемняй еондЗ перемещается относи-: гтг - ит Сгп ням гук гут тельно исследуемой апертурной антенны 2 что и требовалось определить,вдоль линии, соединяющей точки располо- ИскомоеАФР определяется путем выженил двух антенн 4 на величину шага изме-числения по приведенному выше алгоритму рения таким образом, что одна из антенн 25 после перемещения зонда по всей поверх- оказывается в следующей измерительной ности измерений как совокупность выЧисточке, а вторая антенна оказывается в точке ленных значений амплитуд и фаз в каждой расположения пеовой антенны на предыду- измерительной точке, щем шаге, В этом положении повторяютПовышение точности достигается эа описанный выше процесс измерений и т,д, 30 счет двух факторов. Во-первых, при измере- Т.к,в первой точке (исходной) амплитуду и ниях исключается ошибка, связанная с дефазу поля можно выбрать произвольно, то, формацией при сканировании выполняя описанную йроцедуру для всей высокочастотного кабеля, т,к, амплитудные поверхности измерений, удается опреде- детекторы включают в состав приемного лйть амплитудно-фазовое распределение 35 зонда и пеРемтещают вместе с ним, Следополя исследуемой апертурной антенны на . вательно деформируется уже низкочастотвсей поверхности измерений. Если же в ный кабель, что не приводит к каждой точке измерений при помощи блока возникновению фазовой ошибки, а опорно- управления 35 изменить рабочую поля риза- го тракта как такбвого здесь нет, Во-вторых, циЮт антенн пРиемного зонда 3 на оРтого-. 40 исключаетсЯ ошибка, обУсловленнаЯ изменальйую, зто удаегся определигь за один нением в процессе сканирования разйицы цикл измерений АФР по двум взаимно ор- длин сигнального и опорноготрактов, и,святогональным поляризациям, что сокращает занная с этим ошибка иэ-за частотной не- время измерений, Описанную процедуру стабильности генератора СВЧ, Кроме того, можноприменять для любых конфигураций 45 ээ Один цикл измерений удается определить поверхностей измерений, При изменении АФР по двум взаимно ортогональным поляконфигуоации поверхности измерений из- Ризациям, Сокращение временииэмерний меняться будут лишь механизм перемеще- достигается эа счет заменй механических нияки"траектбриядвижения зонда,манипуляций, необходимых для измерения. Входящие в состав устройства функци АФР по двум взаимно ортогональным Поляональные блоки СВЧ могут быть выполнены . Ризациям, электрическим переключением с использованием любойизвестнойтехники Р -- фдиодов в ангтеннах пруемного збнда. (полбскбваая, волноводная, коаксиальная и Фо Рмул а и эо брете н и я т.д,), а низкочастотные блоки, например, на Устройство для определения амплитуд- микросхемах серии К 155. 55 но-фазового распределения поля антенны,Алгоритм определения амплитуды и фа- включающее СВЧ-генератор, выход которозы поля по полученным в каждом простран- гоявляется выходомдля подключения входа ственном положении зонда четырем исследуемой антенны, приемный зонд, выполненный иэ,цвух идентичных антенн, блокуправления и механизм перемещения, вход управления которого подключен к первому выходу блока управления, приемный зонд размещен на блоке перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 5 точности и оперативностиприемный зонд выполнен из дополнительно введенных последовательно соединенных первого делителя мощности, вход которого подключен к выходу первой антенны, второго делителя 10 мощности, первого сумматора и первого амплитудного детектора, выход которого является первым выходом приемного зонда; последовательно соединенных фазоврэщателя на 90 О, вход которого подключен к вы ходу второго делителя мощностй, второго сумматора и второго амплитудного детектора, выход которого является вторым выходом приемного зонда, последовательно соединенных третьего делителя мощности, 20 вход которого подключен к второму выходу первого делителя мощности, фазовращателя на 180 О, третьего сумматора и третьего амплитудного детектора; выхбд которого является третьим выходом приемного зон да, последовательно соединенных фазовращателя на 270, вход которого подключен к второму выходу третьего делителя мощности, четвертого сумматора и четвертого амплитудного детектора, выход которого 30 является четвертым выходом приемного зонда, четвертого делителя мощности, вход которого подсоединен к выходу второй антенны, а первый и второй выходы подсоединены к входам пятого и шестого делителей 35 мощности соответственно, первыйи второй выходы пятого делителя мощности подключены к вторым входам первого и второго сумматоров соответственно, первый и второй выходы шестого делителя мощности подсоединены к вторым входам третьего и четвертого сумматоров соответственно, первая и вторая антенны выполнены с управляемой поляризацией, входы управления которых являются первым и вторым входами приемного зонда, введены последовательно соединенные первый блок вычитания, первый вход которого подключен к первому выходу приемного зонда, а второй вход - к третьему выходу приемного зонда, первый блок возведения в квадрат, первый блок сложения, блок извлечения корня квадратного, блок умножения на четыре и блок памяти, последовательно соединенные второй блок вычитания, первый вход которого подключен к четвертому выходу приемного зонда, э второй вход - к второму выходу приемного зонда, и второй блок возведения в квадрат; выход которого подсоединен к второму входу первого блока сложения, последовательно соединенные блок деления, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания соответственно,блок вычисления арктангенса и второй блок сложения, выход которого пОдключен к второму входу блока памяти, третий вход которого подсоединен к второму выходу блока управления, компаратор, первый и второй входы которого подключены к первому и третьему выходам приемного зонда, а выход - к второму входу втброгоблока сложения, первый и второй выходы приемного зонда подсоединены к третьему и четвертому выходам блока управления,1786453 оставитель С,Борисов хред М,Моргентал Коррек но тельский комбинат "Патент", г. Уа Произвол Редакто Заказ 2ВНИ Тираж ПодписноеПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушскал наб., 4/5