Многоканальное устройство для измерения амплитудно-фазового распределения поля фазированной антенной решетки

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) (И 51)4 С 01 К 29 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР И АВТОРСКОМУ С ЕТЕЛЫ,:ТВУ(56) ТИИс. 357,АвтоВ 84263 1 396 67 (088 83, т 67, р ское свидетельство СССР) кл, С 01 К 29/10, 1982 ОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДНО-ФАЗОВОГО РАСАЗИРОВАННОЙ АНТЕН мещены зонд-кол(54) МНОГОКАНАЛЬИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ НОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение ным измерениям. повышение точнос тудно-фазового рфазированной антУстр-во содержит усилитель 2 мощн нера, на которой относится к антенель изобретения -и измерения амплиспределения полянной решетки (ФАР).генератор 1 СВЧ,сти, каретку 4 скалиматор 5 и блок СВЧ 6, а также подвижный СВЧ-тракт 7 связи, СВЧ-блокраспределения 8, блок управления 9и блок обработки 10 промежуточной инизкой частоты. В устр-ве осуществля-.ется формирование сигнала опорногоканала и формирование измерительногосигнала, поступающего на испытуемуюФАР 3. Для устранения амплитуднойнестабильности коэф. передачи тракта 7, играющей паразитную роль, используется система автоматической регулировки усиления (АРУ) в блокеСВЧ 6. Для этого смесь измерительного сигнала и сигнала АРУ одновременнопроходит тракт регулируемого усилителя блока СВЧ б, а затем сигнал АРУотфильтровывается, После уравниваниякоэф. передачи и фазовых сдвигов измерительных каналов в каждом иэ этихканалов выделяются уровни, пропорциональные значениям квадратурных компонент векторов поля СВЧ в раскрывеФАР 3. 1 ил.14Изобретение относится к антенным измерениям и может использоваться для измерения параметров ФАР в ближней зоне на автоматизированных стендах.Цель изобретения " повышение точности измерений.На .чертеже представлена структурная электрическая блок-схема многоканального устройства для измерения амплитудно-фазового распределения ,(АФР) поля фазированной антенной решетки (ФАР).Многоканальное устройство для измерения амплитудно-фазового распределения поля ФАР содержит СВЧ- генератор 1, усилитель 2 мощности, испытуемую ФАР 3, каретку сканера 4, зонд-коллиматор 5, СВЧ-блок б, подвижный СВЧ-тракт 7 связи, СВЧ-блок 8 распределения, блок 9 управления, блок 10 обработки промежуточной и низкой частоты, первый направленный ответвитель 11, второй направленный ответвитель 12, первый вентиль 13, первый смеситель 14, первый ПЧ-усилитель 15, второй смеситель 16, первый двухразрядный Фазовращатель 17, второй ПЧ-усилитель 18, второй вентиль 19, первый регулируемый ПЧ-усилитель 20, первый детектор 21 АРУ, первый делитель 22 частоты на 2, первый ферритовый циркулятор 23, первый СВЧ- сумматор 24, первый квадратичный детектор 25, одноразрядный Фазовращатель 26, СВЧ-переключатель 27, управляемый фазовращатель 28 на 90 , третий вентиль 29, второй квадратичный детектор 30, второй СВЧ-сумматор 31, второй регулируемый ПЧ-усилитель 32, ПЧ-сумматор 33, третий направленный ответвитель 34, первый полосовой фильтр 35, четвертый вентиль 36, второй детектор. 37 АРУ, второй двухраз,рядный фазовращатель 38, второй поло- совой фильтр 39 пятый вентиль 40 амплитудный модулятор 41 диодную секцию 42, шестой вентиль 43, второй Ферритовый циркулятор 44, подмодулятор 45, делитель 46 частоты на ш, второй делитель 47 частоты на 2, де" литель 48 частоты на р, логический коммутатор 49, делитель 50 частоты на 9, третий делитель 51 частоты на2, делитель 52 частоты на 1, ПЧ-коммутатор 53, и подстраиваемых ПЧ-усилителей 54, подстраиваемые ПЧ-Фазовращатели 55,фазовращатель 56 на 90, 74563 4 ИЯ,з 1 п и - С +Ц,( )1 Е ф 1/п где 6,= Г/2, 6,= Г/4 - индексы Фа зовых манипуляций при переключениидискретов соответственно 180 и 90-го,й,/2 Т й,/4 - частоты переключения,Конкретно частоты переключенияфазовых сдвигов при частоте подмодулятора, представляющего собой кварцевый генератор 20 МГц, и коэффициенте деления ш = 60, могут составлять соответственно 90-го333,33 кГц и 180-го 166,66 кГц,5 10 15 20 первый детектор 57, второй детектор 58, первый фильтр 59 нижних частот, второй Фильтр 60 нижних частот, первый усилитель 61 постоянного тока (УПТ), второй УПТ 62, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 63, второй АЦП 64, делитель 65 частоты на К.Устройство работает следующим образом.В начале рассмотрим формирование сигнала опорного канала. Сигнал от СВЧ-генератора 1 проходит через усилитель мощности, второй направленный ответвитель 12, третий направленный ответвитель 34, второй ферритовый циркулятор 44, первый Ферритовый циркулятор 23, второй вентиль 19, диодную секцию 42, третий вентиль 29 на выходе которого СВЧ-сигнал опорного канала имеет вид П,(е) -.ЧК,созГю,с + ц,(сН.,(1) где Ч- амплитуда сигнала; со,/2 Р - частота сигнала генератора СВЧ; Ко Ч- временные амплитудная и фазовая нестабильности, появившиеся вследствие деформаций подвижного СВЧ-тракта 7 связи при перемещении каретки сканера 4- время.Далее сигнал (1) подвергается двойной фазовой манипуляции с помощью первого двухразрядного Фазовращателя 17, переключающего дискреты Фазовых сдвигов 0-180, 0-90 о с частотами сигналов, поступающих с делителя 46 частоты на ш и второго делителя 47 частоты на 2:.(5): Сигнал вида (2), пройдя четвертый вентиль Збтретий направленный ответвитель 11, в обратном направлении поступает на вход ферритового циркулятора 23, проходит подвижный СВЧ- тракт 7 связи, ферритовый циркулятор 44, на другом выходе которого он приобретает вид П(С) = Ч К 2 (С)сояв,С + - + 4 1+6,: 7 1/пя 1 пп - с+352 20Квадрат амплитудной нестабильности и удвоенная фазовая нестабильность , в выражении (3) соответствуют двукратному прохождению сигнала через подвижный СВЧ-тракт связи в прямом 25 и обратном направлениях.На другой вход СВЧ-сумматора 31 ,поступает сигнал с направленного ответвителя 34, прошедший вентиль 40, двухразрядный управляемый СВЧ-фазовращатель 38, вентиль 43 и так же подвергнутый двойной фазовой манипуляции с теми же индексами, но с другими модулирующими частотами, поступающими с выхода делителя 48 частоты на р и выхода третьего делителя 51 на 2: Ц 4(С) Чосово с + + + где Й /2 и - частота сигнала, поступающего с выхода делителя частоты на ре Я2 50Конкретно частота впри р = 722 оможет составлять 277,77 кГц,4 й138,88 кГц. На выходе СВЧ-,сумматора 31 выделя 55 ется сумма сигналовП(с) = П з(с) + 04(с) а на выходе квадратичного детектора 30 сигнал становится пропорционален 1 П,(с) .Регулируемый ПЧ-усилитель 32 своей селективной нагрузкой выделяет сигЯ 2нал с частотойв /2.2 КСигнал на выходе регулируемого ПЧ-усилителя 32, настроенного наЯ, -572частоту ---- /2 У принимает вид:2- я Б (С) -Ч К 2 (С) соя 2 д ( (С) соя( -- ) Со Я,-Я- Ч К 2 (С) яп 2 3(С) вз.п( -- -) С = о о 2 ГЯ -й 2 Ч К 2 (С) сояС + 2( (С) о 2 оС выхода регулируемого ПЧ-усилителя 32 сигнал поступает на детектор АРУ который вырабатывает уровень, пропорциональный 1/К(с), заставляя таким образом усилитель 32 менять свой коэффициент усиления, поддерживая постоянной амплитуду выходного сигнала П (с) = Ч соя ( -- )с+2 (с) . (7)о В данном случае частота сигнала (7) равна 27,77 кГц. Далее сигнал (7) переносится на частоту, равную суммарной частоте от взаимодействия сигналов с частотами 27,77 и 138,88 кГц, т.е. равную 166,66 кГц. Второй раз с помощью смесителей 16 и ПЧ-усилителя 18 сигнал переносится на частоту, равную разностнсй частоте от взаимодействия сигналов, 166,66 и 111,11 кГц, т,е. равную 55,55 кГц. На другой вход смесителя подается сигнал с делителя 52 частоты на 1 (1 = 180). Таким образом на выходе второго УПЧ 18 сигнал можно записать в виде: й, - Я.П (С) = Ч соя( -- -2)С+2 ц(С)а во Сигнал на выходе делителя 22 частоты можно представить в следующем виде: Частота сигнала (9) в данном случае равна 27,77 кГц, при этом видно, что в нем присутствует только фазо-10(е с -т- Т,чаются на вход другого управляемогодискретного СВЧ-фазовращателя, имеющего тоже один фазовый дискрет 45 (0-90 ). На входе данного управляемого дискретного СВЧ-фазовращателяс учетом того, что СВЧ-переключательработает в такт с подачей управляющих (модулирующих) сигналов на одно О разрядные фазовращатели 26, сигналможно представить в виде:1, Яс -, 1 1,К "о Ягде" частота переключения дис крета, цоступающая с выхода логичес 1Кого коммутатора 49, Т = - , Р - частота переключения выходов модулирующих сигналов с логического коммутатора 49.Сигналы вида (10) с помощью СВЧ- переключателя 27 поочередно подклю 4 Ч, ККсови," - 9О (й) щ Т 2 Тсссас(С(с 4 1 . г7 к" К сова й +- +9 -. - вп к е с 1+ со о к о 1-1 (" 1)- . - ( (Т вая нестабильность подвижного опор" сдвигов сигналов измерительных кана- ного СВЧ-тракта связи. лов, цд - фазовые сдвиги сигнахРассмотрим формирование измери- лов, определяемые фазовым распределетельного сигнала, поступающего с нием поля ФАР,- номер измеритель- направленного ответвителя 12 на ис-ного канала. следуемую ФАР 3, принимающегося зон- В управляемых одноразрядных фазодом-коллиматором 5, на входах управ- вращателях 26 используется только ,ляемых дискретных СВЧ-фазовращателей один 180"-й дискрет переключения факоторого его можно представить в зового сдвига. Управляющие сигналы виде: на фазовращатели подаются с выходовлогического коммутатора, осуществля- О, (С) 7 К,К"совИ,С.+1+ , ющего поочередное подключение сигнала с делителя частоты на 2 на входы каждого управляемого СВЧ-фазовращате- О, (Т)7 КК сов ы,+(р + ц,(9) ля. Управление коммутацией модулирующего сигнала осуществляется сигнагде К К - начальные константы за- лом с делителя 50 частоты на Ч туханий сигналов измерительных ка- (ц = 400). Таким образом, на выходах налов; КК- коэффициенты затуха Управляемых дискретных СВЧ-фазоврания сигналов измерительных каналов щателей сигналы можно записать вначальные константы фазовых следующем виде: о4 1., Я ЧК Ксов ы С + - + 9 - .- в 1.п К - й ц1 КоКсов 14 о + х 1011474563 На выходе управляемого фазовращаотеля 28 на 90 сигнал опишется выражениеми у 4 1 42 4 1 Ко х 2 4 17 КК: Л,Угх 1. й(13) д, Тс(Т. Та(им образом, сигнал вида (12) оказывается подвергнут фактически такой же двойной фазовой манипуляции. Отличия сигнала вида (12) от сигнала вида (4) за(лючаются фактически в том, что сигнал (12) подвергнут дополнительной одновременно амплитудной ифазовой манипуляции с частотой (нив(ой частотой), поступающей с делителя частоты на Ч и формирующей много(анальную последовательную структуру измерительного сигнала.,формула (12) также по(азывает, что глубина (или индексы) амплитудно-фазовой манипуляции измерительного сигнала по нив(ой модулирующей частоте зависит от Для того, чтобы избавиться в выражении (13) от коэфФициента К (й),т.е. от амплитудной нестабильностикоэффициента передачи подвижного СВЧтракта 7 связи, играющей паразитнуюроль, предназначена система автомати 50чес(ой регулировки усиления (АРУ),состоящая из амплитудного модулятора 41, второго полосового фильтра39, ПЧ-сумматора 33, первого полосового фильтра 35 и дете(тора 21 АРУ.С диодной секции 42 выделяется уровень, пропорциональный 1/Ко(г),Этот уровень с помощью амплитудного коэффициентов затухания и фазовыхсдвигов, определяемых АФР поля ФАР,а та(же от констант затуханий и на"чальных фазовых сдвигов СВЧ-тра(товизмерительных (аналов. Последние источни(и модуляции измерительного сигнала необходимо устранить, что далеебудет произведено по ПЧ измерительныхсигналов,Учитывая только частотную (омпох 1,лненту, содержащую 24, котораязатем будет выделена регулируемымПЧ-усилителем 20, сигнал на выходеквадратичного детектора 25 опишетсявыражением модулятора. 41 и полосового фильтрапревращается в синусоидальный сигнал частоты 100 (Гц.и с(ладываетсяс измерительным сигналом (4) вПЧ-сумматоре 33. Причем на управляющий вход амплитудного модулятора поступает сигнал с выхода делителячастоты на К (К = 200). Смесь измерительного сигнала и сигнала АРУодновременно проходит тракт регулируемого ПЧ-усилителя 20, затем сигнал АРУ (.100 (Гц) отфильтровываетсяпервым полосовым фильтром 35, обратно превращается в уровень, пропор(т с а ееЕеееееее-- +о 2 1-1О.й 4 -т-Т циональный 1/КИ) с помощью детектора 21 АРУ и заставляет регулируемый ПЧ-усилитель 20 менять свой коэффициент передачи поддерживая ампФ5 поступает на вход ПЧ-коммутатора 53блока 10 ПЧ и НЧ обработки. ПЧ-коммутатор 53 осуществляет обратное преобразование по отношению к СВЧ-переключателю 27,т.е; он осуПолоса пропускания подстраиваемых И"-усилителей 54 рассчитана лишь на возможное изменение (скорость изменения) измеряемых параметров Кии не захватывает спектральные сосктавляющне частоты Р. Поэтому на вы ходах подстранваемых усилителейПЧ-сигналы будут иметь непрерывный вид аеееееееее(16)ц(е) Ч к,кеее 1-" в -е+ ц - и-а) 55а Перемещением каретки сканера 4каждый измерительный зонд коллималитуду выходного сигнала, не зависящую от величины Кр(1)Таким образом, сигнал вида ществляет временное разделение измерительных.каналов по промежуточнойчастоте и управляется той же частотой, что и СВЧ-переключатель 27.Сигналы на выходах ПЧ-коммутаторазапишутся следующим образом: тора 5 выводится в одну точку раскрыва апертуры ФАР, где можно считать одинаковыми Ки ц" измерительных каналов, Регулировкой коэффициента усиления усилителей 54 и подстройкой ПЧ-фазовращателей 55 добиваются одинаковости амплитуд фазировки сигналов измерительных каналов. Для достижения высокой точности калибровки можно провести несколько итераций в различных точкахраскрыва апертуры ФАР. В качествеиндикаторного устройства для калибровки можно использовать осциллограф и вольтметр. Таким образом, после уравнивания коэффициентов передачи и фазовых сдвигов измерительных каналов сигналы на выходах подстраиваемых ПЧ-фа 1474563 12В= Кзп ц. (18) А = Ксоз Ч; Эти уровни преобразуются к цифровому виду с помощью АЦП 63 и 64 и поступают для дальнейшей обработки в ЭВМ. Формула изобретения ЗО Многоканальное устройство для измерения амплитудно-фазового распределения поля фазированной антенной ре 35 шетки, содержащее испытуемую фазированную антенную решетку (ФАР), подвижный СВЧ-тракт связи, последовательно соединенные генератор СВЧ и усилитель мощности, сканер, на карет О ке которого размещены зонд-коллиматор, состоящий из измерительных зондов и СВЧ-переключателя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения амплитудно фазового распределения поля ФАР, в него введены подключенные к выходу каждого из измерительных зондов одноразрядные фазовращатели, выходы которых присоединены к соответствую 50 щим входам СВЧ-переключателя, управляемый фазовращатель на 90 , присоединенный к выходу СВЧ-переключателя, блок СВЧ, содержащий последовательно соединенные первый вентиль, первый СВЧ-сумматор, первый квадратичный детектор, сумматор промежуточной частоты, первый регулируемый усилитель ПЧ, первый полосовой фильтр и первый 1 ОДалее сигналы (18) подвергаются фазовому детектированию с помощью фазовых детекторов 57 и 58, на упорные выходы которых поступают сигналы вида (9), повернутые относительно друг друга на 90 с помошью фазовращателя 56. После ФНЧ 59 и 60, УПТ 61 и 62 в каждом измерительном канале можно выделить уровни, пропорциональные значениям квадратурных компонент векторов поля СВЧ в раскрыве ФАР детектор ЛРУ, выходкоторого подключен к управляющему входу первого регулируемого усилителя ПЧ, последовательно соединенные первый ферритовыйциркулятор, второй вентиль, диоднаясекция, третий вентиль, первый двухразрядный фазовращатель, четвертыйвентиль и первый направленный ответ"витель, первый выход которого соединен с вторым входом первого СВЧсумматора, второй выход с вторымвходом первого ферритового циркулятора, последовательно соединенныеамплитудный модулятор и второй полосовой фильтр, выход которого подключен к второму входу сумматора промежуточной частоты, первый вход амплитудного модулятора подключен к ПЧи входу диодной секции, блок СВЧ распределения, содержащий последовательно соединенные второй направленныйответвитель, третий направленный ответвитель, второй ферритовый циркулятор, второй СВЧ-сумматор, второйквадратичный детектор, второй регулируемый усилитель ПЧ, первый смеситель, первый усилитель ПЧ, второйсмеситель, второй усилитель ПЧ и первый делитель частоты на два, последовательно соединенные пятый вентиль, вход которого подключен к второму выходу третьего направленногоответвителя, второй двухраэрядныйфазовращатель и шестой вентиль, выход которого подключен к второму входу второго СВЧ-сумматора, а такжевторой детектор ЛРУ, включенный между выходом второго регулируемого усилителя ПЧ и его управляющим входом,блок управления, содержаший последовательно соединенныЕ подмодулятор,делитель частоты на ш и второй дееелитель частоты на два, последовательно соединенные делитель частоты на р,третий делитель частоты на два илогический коммутатор а также делители частоты на 1, Ч и 1, причем входы делителей частоты на р, Е и 1соединены с выходом подмодулятора,а делитель частоты на 2 включен между выходом делителя частоты на р иуправляющим входом логического коммутатора, блок ПЧ и НЧ обработки, содержащий ПЧ коммутатор, п последовательно соединенных подстраиваемыхусилителей. ПЧ, ПЧ фазовращателей,выход каждого из которых присоединенк входам соответствующих 1- и1474563 13 Составитель В.Рабинович Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай Редактор Н.Тупица Заказ 1888/42 Тираж 711 ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 2-го п детекторов, выходы которыхприсоединены к последовательно соединенным соответствующим первому ивторому Фильтрам низкой частотыфНЧ), первому и второму усилителямпостоянного тока и первому и второмуаналого-цифровым преобразователямсоответственно, а также фазовращатель на 90 , гетеродинный вход второго детектора соединен с выходомФазовращателя на 90 , гетеродинныйвход первого детектора соединен свыходом первого делителя частоты на2, входы подстраиваемых усилителейПЧ соединены с выходами ПЧ коммутатора, при этом выход усилителя мощности подключен к входу второго направленного ответвителя, гетеродинныевходы первого и второго смесителейподключены соответственно к выходамтретьего делителя частоты на два ицелителя частоты на 1, 180- и 90 градусные входы второго двухразрядного фаэовращателя подключены соответственно к выходам делителей частоты на р и третьего делителя частоты на 2, выход первого делителя частоты на два подключен к входу фазовращателя на 90", второй выход второго направленного ответвителя соединен с входом испытуемой фАР, второйвыход первого ферритового циркулятора и второй выход второго ферритового циркулятора соединены черезподвижный СВЧ-тракт связи, сигнальный и управляющий входы ПЧ коммутатора соединены соответственно с выходомпервого регулируемого усилителя ПЧ ивыходом делителя частоты на Ч, выход делителя частоты на 1 подключенк второму входу амплитудного модулятора, 180- и 90-градусные входы первого двухразрядного фаэовращателяподключены соответственно к выходамделителя частоты на ш и второго делителя частоты на 2, управляющие входы одноразрядных фазовращателей эон"да-коллиматора подключены к выходамлогического коммутатора, управляющие входы СВЧ-переключателя и управо 25 ляемого фазовращателя на 90 .подключены соответственно к выходам делителя частоты на Ч и делителя частотына р.