Устройство для измерения параметров фар

.Ы 17568 О 01 В 29 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССРс ф. :,"1";,ИЗОБРЕТ ТЕЛЬСТВУ ОПИСАН У 2(21) 4835863/09 (57) Изобретение относится к технике антен- (22) 12,04,90 ных измерений и может быть использовано (46)23.08.92. Бюл. %31 .: в составе комплексадляизмерения пара- (71) Гомельское конструкторское бюро метров ФАР со строчно-столбцевым управ"Луч"лением с помощью неподвижного "зонда. 72) Л.А.Летунов, Г.Ю.Мосолов и О.М.Оболо-. Цель изобретения - повышение точности. ник : , Для этого устройство содержит три делите- (56) Авторское свидетельство СССР : . ля частоты на р, о, г, смеситель, фазовраща- %.1453339, кл. 6 01 В 29/10, 1987.: тель на 900, усилитель промйкуточнойАвторское свидетельство СССРчастоты, два СинхронЯХХдетектора и два М 1497589, кл, 6 01 В 29/10, 1987, . фильтра нижних частот. Коэффициенты де- (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПА- ления делителей частоты связаны приве- РАМЕТРОВ ФАР денным соотношением. 2 ил. Изобретение относится к технике ан-" . Недостатками известного устройства тенных измерений и может быть использо-являются существенйь 1 е "ошибки измеревано в составе комплекса для измеРенйя ния,-связанные с тем,что искомый сигнал параметров ФАР со строчно-столбцевым определяется как разность между сигналом управлением с помощью неподвижногб строки и столбца, модулированных одно- зонда, . ,:временно, исигналами отстроки и столбца,модулированных раздельно, причем зтиИзвестноустройство для измерения ам-"сигналы значительно превосхбдят искомый плитуд и фаз излучения элементов ФАР, со-,: сигнал по амплитуде. Кроме того, время иэдержащее генератор СВЧ-колебаний; . мерения большое, что связано с необходинаправленный ответвитель, генератор пря- . мостью испольэовать три полосовых моугольных импульсов, измеряемую ФА Р о фильтра, имеющих поласу пропускания не- дискретно-управляемыми фазовращателя-сколько герц.ми, три коммутатора, счетчик, двухразряд-" Наиболее близким потехнической сущный фаэовращатель, делитель частоты на К ности к предлагаемому изобретению являдва делителя частоты на 2, делитель частоты - етсяустройство для измерения параметров на с, неподвижный зонд, вентиль, СВЧ-сум- .ФАР со строчно-столбцевым управлением, матор; квадратичный детектор, фазовраща- . содержащее генератор СВЧ, направленный .тель на 900, три полосовых фильтра, два ответвитель, генератор прямоугольных имдифференциальных усилителя, два фазовых пульсов, измеряемую ФАР с дискретно упдетектора, два фильтра низкой частоты.равляемыми фазовращателями из составаизмеряемой ФАР, делитель частоты на 2, йеподвижный зонд, измеритель разности фаз и ослаблений, фаэовращатель на 90, заградительный фильтр, фазовый манипулятор, усилитель промежуточной частоты, 5 измерители уровня и разности фаз.Недостатком известнага устройства является то, что на вход фазового манипулятора; осуществляющего перемножение измерительного сигнала с сигналом генера тора прямоугольных импульсов (манипуляция синхронно . с манипуляцией измеряемого элемента), поступает измерительный сигнал, представляющий собой суперпоэицию фазаманипулированных 15 сигналов строки, столбца и измеряемого элемента, на пересечении которых он находится, При этом частота манипуляции строки и элемента совпадают, а фаза сдвинута на 90. Если погрешность перемножения фазового манипулятора составляет 1 то ввиду того, что в случае синфазного суммирования уровень сигнала от строки для больших ФАР может превышать уровень сигнала от элемента в 100 раз и более, погрешность измерения полезного сигнала от элемента ФАР может достигать величин 100 О и более, Уменьшение этой погреиности связано с необходимостью предварительной расфаэиравки ФАР па строке в направление на неподвикный зонд, чта ве 30 дет к существенному увеличению времениизмерений,Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени цикла измерений ФАР со строчно-столбцевым 35управлением;. Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для измерения параметровФАР со строчна-сталбцевь 1 м управлением;состоящее из генератора СБЧ, направленнога ответвителя, генератора прямоугольных импульсов, измеряемой ФАР сдискретно управляемыми фаэовращателями из состава измеряемой ФАР, неподвижного зонда, измерителя разности фаз и 45ослаблений, причем выход генератора СБЧчерез один выход направленного ответвителя соединен с входом ФАР, а через второй-"с опорным входом измерителя разностифаз и ослаблений, измерительный вход каторого соединен с выходом неподвижногозонда, введены три делителя частоты на р,ц и г, два балансных смесителя, фазовращатель на 90, два паласовых фильтра, двасинхронных детектора и два фильтра нижнйх частот, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входамиделителей частоты на р, ц и г, выход делителя частоты на р соединен с входом управления ФАР па строкам, выход делителя частоты на ц соединен с входом управления ФАРпо столбцам, выход делителя частоты на гсоединен с вторым входом первого синхроннога детектора и вторым входом второгосинхронного детектора, выход измерительный измерителя разности фаз и ослабленийсоединен с первыми входами первого и второго балансных смесителей, вторые входыкоторь 1 х соединены с опорным выходом измерителя разности фаз и ослаблений, второго баланснаго смесителя непосредственно,а первого балансного.смесителя через фаэовращатель на 90. выход первого балансного смесителя соединен с входом первогополосового фильтра, выход которого соединен с первым входом первого синхронногодетектора, выход первого синхронного детектора соединен с входом первого ФНЧ,выход второго балансного смесителя соединен с входом второго полосового фильтра,вьхад которого соединен с первым входомвторого синхронного детектора, выход второго синхронного детектора соединен с входам второго ФНЧ,На фиг.1 приведена структурная схемапредлагаемого устройства; на фиг,2- графики ега работы.Устройство для измерения параметровФАР са строчна-столбцевым управлениемсодержит генератор 1 СВЧ, направленныйатветвитель 2, генератор 3 прямоугольныхимпульсов, измеряемую ФАР 4 с дискретноуправляемыми фаэовращателями 5 из состава измеряемой ФАР, делитель 6 частотына р, делитель 7 частоты на ц, делитель 8частоты на г, причем коэффициенты деления1 1 1р, ц и г связаны соотношением - =. --- ,ц Рнеподвижный зонд 9, измеритель 10 разно- .сти фаэ и ослаблений, первый балансныйсмеситель 11, фазовращатель 12 на 90, второй балансный смеситель 13, первый паласовой фильтр 14, настроенный на частоту7;г - , где т -- частота генератора прямой йИГЛ Г гКугольных импульсов 3, второй паласовоййфильтр 15; настроенный на частотупервый синхронный детектор 16, второйсинхронный детектор 17, первый ФНЧ 18,второй ФНЧ 19.В части реализации; генератор СВЧ 1 -стандартный например Г 4-80, Г 4-81), направленный ответвитель 2 - стандартный,генератор 3 прямоугольных импульсов -кварцевый генератор; делитель 6-8 частоты- построены на базе интервального таймераКР 58 ОВИ 53, неподвижный зонд 9 - рупорная антенна, измеритель 10 разности фаэ и1756838 20 35 50 ослаблен и й - станда ртн ый (например, ФК-20 - 26), балансные смесители 11, 13 реализованы на стандартных микросхемах 284 КН 1 А, фазовращатель 12 - фазосдвигающая ЕС-цепочка, полосовые фильтры 14, 15 - реализованы наС-звеньях, синхронные детекторы 16, 17 - стандартные микросхемы 284 КН 1 А, ФНЧ 18,19 - фильтры нижних частот реализованы на последовательно соединенных ( С-звеньях.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 СВЧ, работающий на чаС- тате - , возбуждает исследуемую антенйЪ2 лную решетку 4. На расстоянии пОрядка размеров ФАР расположен неподвижный зонд 9, соединенный с измерительным входом стандартного измерителя разности фаз и ослаблений, на опорный вход которого поступает опорный сигнал от генератора СВЧ 1. На вход управления строки, на которой находится измеряемый элемент, поступает сигнал управления, представляющий , собой меандр с частотой переключенийа а- =-от делителя 6 частоты на р, где- - частота генератора 3 прямоугольных 2 лимпульсов. При этом, если задействуется дискрет л фазовращателя, то осуществляется фазовая модуляция СВЧ-сигнала с йн.- дексом модуляции к /2, если задействуется .дискрет й /2 фазовращателя - индекс модуляции л /4 и т.д. На вход управления столбца, на котором находится измеряемый элемент, поступает сигнал управления - меа" аандр с частотой=-- от делителя 7 частоты на с 1, Если отношение частот сигнале лов управления столбца и строки ц= выражается простой неделимой рациональной дробью, то спектр сйгнала . манипуляции элемента, общего для строки и столбца, содержит компоненты на разносl к Ястной частоте ЛО= й - Р = - , При этомГследует заметить, что спектры фазоманипулированных сигналов от строки и столбца не имеют составляющих йа разностной частоте, если Нийд выбрать из условия ЬЙЙ иЬЙ(Я, Как будет показано ниже, на основании измерений спектральной составляющей сигнала от элемента ФАР на разйостной частоте при разлйчнцх видах фазовой манипуляции можно полностью определить параметры каналов ФАР и АФР ФАР для различных фазовых состояний каналов, по которому определяются ос 6результате на выходах балансных смесите- выделяют составляющие сигнала на разногде -- несущая частота генератора СВЧ 1,Йо2 лЗависимости амплитуды А 1) и фазы 0(1) сигнала т(т) от времени определяются сигнана измерительный вход стандартного измерителя 10 разности фаз и ослаблений, используемого в качестве переносчика опорного и измерйтельного сигналов на 10 промежуточную частоту измерителя Гор, затем балансные смесйтели 11 и 13 производят перемножение измерительного сигнала и опорного, причем для балансного смесителя 11 опорный сигнал сдвинут на 90, В лей присутствуют сигналы, пропорциональные квадратурным составляющим измерительного сигнала, перенесенного на низкую частоту. Полосовые фильтры 14 и 15 Лйстной частоте - - , которые детектируются синхронными детекторами 16 и 17 и через фильтры 18 и 19 низких частот, которые отсигналов, поступают на выход схемы. На выходе ФНЧ 18 и 19 присутствуют сигналы, постоянное напряжение которых пропорционально з 1 п- и сов-компонентам лированного сигнала выбранного элементаИо+ АЙФАР на частоте, Эти сигналы далее постуйают на цифровые вольтметры и нейшую обработку.Определим спектр фазоманипулированного сигнала элемента; находящегося на пересечении строки; фазовращатели кото рой манипулированы по фазе меандром с. частотой следования импульсовй й- =-- и столбца; фазовращатели которого манипулированы по фазе меандром с 45 частотой следования импульсова" ау- =-- . Для этого необходимо определить прямое преобразование Фурье фазоманипулированного сигнала измеряемого элемента, который можно представить в виде г(с) =у(т) сово,с+в( =ф(а) ссваь д(й)1 лМ) =: дсоь 0(с) сов в (с)-Ф(с) ВЬ бЩ зл аьс.,(1) 55р . 3 йй+ п) а,-а,1 Я К еО: оо 4=-иа5иЛ В "(ь)1 офПй+ГПЯ) Из всей суммь необходимо выбрать толъко те слагаемые, которые дают вклад на частоЛИ, 10 теи И+ т =ЛИ, (15) Отсюда; используя выражение - -2 получим ..:1,5и = -1 -- (а - 1). (16)рЦСуммирование в (14) ведется только по цвлым п и п 1, поэтому очевидно, что уравнению (16) удовлетворяют только те из них, кото рые определяются выражениями.в=1+оК,и = -1 - рК, К = О, + 1, +2, (17) Следовательно, для спектральной составляющей сигнала 1(1) на частоте 25 (во+ ЛИ)/2 дополучимГи=и,+ьа 1 (о, а, арф ьи-и,-ьа 1+1о",-а" 15 рф и+ и,+ьа, Загдеьо , -а р К соь -", р Ь).саь -"Ь 1Р,рр 1 чц35Для коэффициента экспоненциального ряда Фурье функции 1(1) на частоте о =ц.10+ЛИ получим1.. 40Еа,в; - - - (а 1 - ао) Я(р,ц). (20)гВеличина 3(р,ц) является функцией толькО частот управляющих сигналов манипуляцйи строки и столбца, задаваемых делителями 6 4 и 7 на р и на о соответственно и является пост 6 янной для постоянных коэффициентов деления делителей.На основании измерений гармоники фазоманипулированного сигнала отьйзмц ряемого элемента ФАР на раэностной:частоте (20) для различных видов манипуляций можно определить комплексные коэффициенты передачи каналов ФАР.Для определения коэффициента передачи выбрайного канала (элемента). ФАР: для различных состояний фазовращателя необходимо произвести пять измерений гармоники Рследующих манипуляций: Строка Столбец1. 0 в 10-1802. 45-225 0-1803, 90 - 270 0-180:, (21)4. 0-45 0-905. 180-225 0- 90Обозначим измеренйые.значения величины Р роответсгвенньо(О) 45-125)(ЯО (0-45) (180-л 51 (О-ь 801 (Оо)(оо) 1 (о-о 1 (о-чоГЕсли строка и столбец манипулаиарьуются дискретом л фазовращателей и при этом все остальные дискреты отклюЧены (первая манипуляция), то для комплексных амплитуд а 1 и ао получим=о180 )ао=р,ЕФгде Аое - комплексная амплитуда ВоЛны навходе неподвижного зонда при выключенных дискретах фазовращателя;К 1 аое фо - комплексный коэффициент передачи дискрета " л фазовращателя, характеризующий измейеение комплексной амплитуды волны на входе неподвижного зонда при включении дискрета йфазовращател.;Тогда на основайии выражения (20) можно записать(О-ЕО) г о . Л 180Если строка и столбец манйпулируютсядискретом ж фазовращателей и при этомдискрет л /4 постоянйовключен управляющим сигналом по стрбке(вторая манипуляция), то для комплексных амплитуд а 1 и аополучим:ВЛо 3 Ц 45 К 1 Ч 180,С=, оЕ45 .180, ).,р Е 1 ь 1 о )( 1 45Сьо о45.21Фкгде К 45 е - комплексный коэффициент передачи дискрета й /4 фазовращателя, характеризующий изменение комплекснойамплитуды волны навходе неподавижногозонда при включении дискрета. ж /4. Тогдаь(45-М 51 5( Д р 1%о И 45/ Явоитд 30 тПо известномурасстоянию от элемен-, . н тов ФАР да неподвижного зонда определя- - в ются амплитуды возбуждения каналов ФАР у для различных состояний фазовращателей, с И исходя из .этого рассчитываются основ в ные параметры ФАР. сПостроенйе предлагаемого устройства з для измерения параметров ФАР со строчно столбцевым управлением лишено недостат- т ков,"ирисущих известному устройству, 40 г ввйду того, что здесь решена задача частот- и ного разделения фазоманипулированных е сигналов строки, столбца и элемента, на пе-: н ресечейии которых он находится, Интересу- н ющий сигйал от измеряемого элемента 45 т выделяется из остальных сигналов при по- в мощи полосовых фильтров 14 и 15, настро- с енных на разностную частоту (частотуЬЙ и сигнала от измеряемого элемента). При 50 л этом точность измерения определяется величиной подавления частотных составляющих вне полосы пропускания полосовых Используя ту же схему рассуждений длядругих коэффициентов передач, получим(8 о (о) о-чо) ,Используя вычисленное значение Кеое и 10выражение (23), получимо-во)(о-во)А,еЙР Ъ) (КоЕ -(15На основании определений (22) и (24)получим выражение для комплексных амплитуд волйы на входе зонда при различныхсостояниях фазовращателя:20Ю 9,:А,е Кфьер))( р9 о о чо: э- д о,) Яво. , 251 ао= ОЕ 8 оЕео -Д е ,К е ф 5,) е(фчоС(435 оЕ 45 ЧО Л,фильтров 14 и 15. Коэффициент подавления может достигать величин порядка 110-120 дБ, что вполне достаточно для того, чтобы погрешность измерения была не хуже 1- 2 О. Дополнительно также отпадает необходимость в предварительной расфаэировке ФАР, что приводит к уменьшению времени измерений;Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность и уменьшить время цикла измерений ФАР со строчно-столбцевым управлением.Формула изобретения Устройство для измерения параметров ФАР, включающее последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный отнетвитель, первый выход которого является выходом для подключения входа исследуемой ФАР, последовательно соединенные неподвижный зонд, вентиль, смеситель, усилитель промежуточной частоты; первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, выход которого является первым выходом устройства, последовательно соединенные второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, и второй фильтр нижних частот, выход которого является вторым выходом устройства, последоваельно соединекные генератор прямоугольых импульсов и делитель частоты на р, ыход которого подключен к первому входу правления исследуемой ФАР, делитель чатоты на г, вход которого подсоединен к ыходу генератора прямоугольных импульов, а выход - к второму входу первого фаового детектора и через фаэовращатель на О - к второму входу второго фазового деектора, делитель частоты на ц, вход котороо подключен к выходу генератора рямоугольных импульсов; о тл и ч а ю ще с я тем, что, с целью обеспечения возможости измерения параметров ФАР со строчо-столбцевым управлением и повышения очности, второй выход направленного отетвителя подключен к второму входу сме- .ителя, выход делителя частоты на ц одсоединен к второму входу управления АР, а коэффициенты деления делитеей частоты должны удовлетворять усло 1 1 1,ию - = - ;4 г, рг,р1756838 1 (В) - с 11 гфе ЕЛЕВ 1 Я ПО ССРОКа игиал управления элемент Составитель .Редактор Е,Папп Техред М.Моргентал Корректор О.Кр цова ав Заказ 3086Тираж " Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035 Москва ЖРауаская наб 4/Б Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101