Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения в раскрыве свч-антенны

 

Изобретение относится к антенным измерениям, проводимым апертурно зондовым методом. Цель изобретения - повышение точности фазовых измерений путем уменьшения фазовых погрешностей подвижного тракта, а также увеличение развязки и чувствительности . Сигнал от СВЧ-генератора I через разветвитель 3 волн поступает на СВЧ-антенну 2, принимается зондом A ii через разветви гель 6 волн, квадратичный детектор 7 СВЧ, подвижный тракт 8, источник 19 смещения и усилитель 9 НЧ поступает на цифровой запоминающий осциллограф 18 Детектор 7 установлен вместе с зондом 4 и разветвителем 6 на механизме 5 перемещения , при этом по подвижным трактам 8 и 15 передаются информационные сигналы НЧ. Генератор 11 НЧ настроен на частоту, длина акустической волны которой равна длине волны электромагнитного колебания. При этом в раскрыве СВЧ-антенны 2 одновременно с электромагнитными волнами возбуждаются акустические волны. Поскольку частота акустических колебаний много меньше частоты электромагнитных колебаний, фазовые погрешности подвижного тракта 8, 15 на этой частоте много меньше фазовой погрешности на СВЧ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. У (Л м«ь О ьа & & CD &.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС ТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 R 19/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2 1) 46 209 1 3,/09 (22) 14 ° 11 ° 89 (46) 07,02 91. Бюл М 5 (72).С М,Никулин, lO ° H,Серяков, В.С,Романчев и P.И.Шабанов (53) 621,317 ° 041(088 ° 8) (56) ГОСТ 8 ° 309 78.

Бахрах Л,Д,, Курочкин А.Н. Голография в микроволновой технике.

М,; Советское радио, 1979, с 145-160, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В

РАСКРЫВЕ СВЧ АНТЕННЫ (57) Изобретение относится к антенным измерениям, проводимым апертур» но зондовым методом. Цель изобретения повышение точности фазовых измерений путем уменьшения фазовых погрешностей подвижного тракта, а также увеличение развязки и чувстви» тельности Сигнал от СВЧ-генератора

1 через разветвитель 3 волн поступа„,Я0„„1626169 А 1

2 ет на СВЧ-антенну 2, принимается зондом 4 Ji через разветвитель 6 волн, квадратичнь и детектор 7 СВЧ, подвижный тракт 8, источник 19 смещения и усилитель 9 НЧ поступает на цифровой запоминающий осциллограф 18. Детектор 7 установлен вместе с зондом 4 и разветвителем 6 на механизме 5 перемещен я, при этом по подшпкным трактам 8 н 15 передаются инфор ьационные сигналы НЧ, Генератор 11 iiЧ настроен на частоту, длина акустической волны которой равна длине волны электромагнитного колебания. При этом в раскрыве СВЧ-антенны 2 одновременно с электромагнитными волнами возбуждаются акустические волны. Поскольку частота акустических колебаний много меньше частоты электромагнитных колебаний, фазовые погрещнос» ти подвижного тракта 8, 15 на этой частоте много меньше фазовой погреш» ности на СВЧ. l з ° и. ф лы, 3 ил °

1626169

Изобретение относится к сверхвысокочастотным (СВЧ) антеннам, в частности к антенным измерениям, про» водимым в раскрыве апертурно-зондо» вым методом, основанным на возбужде

5 иии в раскрыве электромагнитных волн, измерении в дискретных точках раскрыва амплитуды электромагнитных волн и последующем расчете диаграм мы направленности в дальней зоне, Целью изобретения является ловы шение точности фазовых измерений пу» тем уменьшения фазовых погрешностей подвижного тракта ° 15

На фиг 1 представлено устройство для измерения амплитудно-фазового распределении в раскрыве СВЧ-антен ны; на фиг,2 - разветвитель волн, сечение; на фиг ° 3 то же, общий вид.

Устройство для измерения ампли тудно фазового распределения (АФР) в раскрыве СВЧ-антенны содержит СВЧгенератор 1, СВЧ антенну 2, первый 25 разветвитель 3 волн, зонд 4, меха низм 5 перемещения, второй раэветви тель 6 волн, СВЧ-квадратичный детек тор 7, подвижный тракт 8, первый уси литель 9 низкой частоты, блок 10 управления и регистрации, генератор 11 низкой частоты, делитель 12, первый

13 и вторсй 14 электроакустические преобразователи, дополнительный под» вижный тракт 15, второй усилитель 16 низкой частоты, фильтр 17, цифровой запоминающий осциллограф 18, источ ник 19 смещения, металлическую пластину 20, радиопрозрачную пленку 21, вход 22 акустических и электромаг 40 нитных волн, выход 23 акустической волны, выход 24 электромагнитной волны 24 и волноводные фланцы 25 °

Устройство работает следующим об, разом. 45

Сигнал от СВЧ-генератора 1 посту пает на СВ 1-антенну 2 через первый разветвитель 3 волн, далее принимает ся зондом 4, установленным на меха» низме 5, и через второй разветвитель

6 волн, детектор 7, подвижный тракт

8, источник 19, первый усилитель 9 подается на второй вход осциллографа

l8, от которого результаты измерения передаются в блок 10 ° Детектор 7 устанавливается вместе с зондом 4 и вто рым разветвителем 6 волн на механизме 5 так, что при проведении измере» ний по подвижным трактам 8 и 15 пере дается только ниэкочастотиый информа» ционный сигнал Генератор 1) настроен на частоту, обеспечивающую такую же длину волны у акустических волн, как у электромагнитных волн ° Сигнал с генератора 11 через делитель 12 по» ступает на СВЧ генератор 1 для моду ляции, кроме того, через делитель 12, дополнительный подвижный тракт 15, второй электроакустический преобра» зователь 14, второй разветвитель 6 волн низкочастотный сигнал поступает на зонд 4, возбуждающий акустическое поле в раскрыве СВЧ антенны 2, кото» рое принимается СВЧ антенной 2, и через первый разветвитель 3 волн, первый электроакустический преобразователь 13, второй усилитель 16, фильтр 17 сигнал поступает на первый (измерительный )вход осциллографа

18, на третий (синхрониэирующий) вход которого через делитель 12 по ступает опорный сигнал от генератора II °

Блок 10 связан с механизмом 5, обеспечивающим перемещение зонда 4 в раскрыве исследуемой СВЧ антенны

2 ° В дискретных точках раскрыва про исходит одновременное измерение амплитуды электромагнитного поля и фазы акустического поля с. помощью ос» циллографа 18, результаты измерений с которого поступают в блок 10 °

В качестве СВЧ генератора 1, первого усилителя 9, генератора 11, вто» рого усилителя 16, осциллографа 18 используются стандартные измеритель» ные приборы, например осциллограф типа С9»8, генератор Г4-142,Г4-141, усилитель У4 28, второй усилитель

У2 8, генератор ГЗ 118, Таким образом, в раскрыве СВЧ» антенны одновременно с электромагнит ными волнами дополнительно возбужда" ют акустические волны, которые совпадают с длиной волны электромагнит» ных волн, Так как скорость распрост ранения электромагнитных волн, рав ная скорости света С Зх!0 м/с, примерно в миллион раз больше скорос» ти распространения акустических волн, равной, например, скорости звука

Ч 3 J м/с в воздухе, то для полу чения одинаковой длины волны частота колебаний акустических волн F должна быть примерно в миллион раэ меньше частоты колебаний электромагнитных волн f.

162616

Например, если измерения СВ+.антенны проводятся на частоте f l00 Гц, то длина волны электромагнитных волн составляет ф, С/f 0 003:м.

Для получения такой же длины волны акустических волн 11 9, в воздухе частота колебаний акустических волн должна быть F Ч/ Q< 340 м/с/

/0,003 м 113 кГц, t0

При одновременном возбуждении в раскрыве СВЧ антенны электромагнитных и акустических волн одной и той же длины волны в дискретных точках раскрыва измерения производят одновременно, причем амплитуду измеряют у электромагнитного поля, а фазу у акустического, Это допустимо, так как в предположениях геометрической оптики одинакова физическая модель 20 диаграммы направленности широкоапертурной антенны, полученной на акустических и электромагнитных волнах той же длины волны

При проведении измерений амплитуд» 2 но»фазового распределения в раскрыве широкоапертурных антенн основную фазовую погрешность, как правило, вносит подвижный тракт, передаюший

СВЧ-сигнал от дискретных точек, где 30 производятся измерения, к измери» тельному прибору. В данном случае при проведении измерений в дискретных .точках раскрыва разделяют акус» тические и электромагнитные волны.

Так как фазу измеряют у акустических, а не у электромагнитных волн, на час» тоте колебаний акустических волн F, которая примерно в миллион раз меньше частоты f, то фазовые погрешнос gp ти подвижного тракта на этой часготе

F существенно меньше в сравнении с фаэовой погрешностью подвижного трак та на сверхвысокой частоте ° Послед няя погрешность фактически является основной погрешностью и, как npaw ло, ограничивает принципиальную воз можнрсть проведения фазовых измере» ний в рскрыве антенн в субмиллимет» ровом диапазоне волн На низкой час gp тоте F в сравнении со сверхвысокой частотой f не только уменьшаются фа зовые погрешности передачи сигнала по подвижному тракту, но и также становится точнее измерительная ап» паратура, например фаэометр

В качестве зонда 4 может исполь» зоваться рупорный облучатель или от крытый конец волновода, Ультразвуко

9 6 вой сигнал, принимаемый зондом 4, из за распределения энергии ультра» звуковых волн по всему раскрыву испытуемой СВЧ антенны 2, отражений от переходов и стыков в трактах, зату хания в среде распространения, рассеяния, потерь преобразования ослаб» ляется в несколько тысяч .раз по сравнению с сигналом опорного канала Для увеличения динамического диапазона и уменьшения погрешности измерения иээа разности уровней сигналов на вхо дах осциллографа 18 в измерительный тракт включен второй усилитель 16 °

Сигнал с второго электроакустического преобразователя 14 составляет едини цы милливольт, что соизмеримо с уровнем шумов и помех, которые попадают. в измерительный тракт из-за вибраций механизма 5 и паводок от сети и электр родвигателей Для уменьшения помех в тракт между вторым усилителем низкой частоты и осциллографом 18 включен полосовой фильтр .17, ограничивающий спектр частот, усиленных усилителем

16, что также повышает точно"ть измерения фазы, кроме того, приемный пер вый электроакустический преобразова» тель 13 подключен к неподвижной СВЧ» антенне 2 через первый разветвитель

3 волн. Конструкции первого 3 и вто рого .6 разветвителей волн являются идентичными

Разветвитель 6 (фиг 2 и 3) выпол нен на основе Т образного раэветвле ния волновода типа Е В Т-образном разветвлении волновоца типа Е с фланцами 25 введена металлическая пластина 20, расположенная в середи» не одного иэ симметричных плеч Т-об разного разветвления волновода па» раллельыо узкой стенке, Длина метал» лической пластины 20 должна превышать две длины волны в волноводе, но более четырех длин волн ее делать нецелесообразно °

Электромагнитная волна с входа 22 не проходит на выход 23 акустической волны, т е, в дру1ое симметрич» ное плечо разветвления волновода, иэ эа того, что наличие металличес» кой пластины 20 делает волновод запредельным, Длина пластины 23< l 43, где Я длина волны в волноводе, обеспечивает достаточно большое эа тухание волны, чтобы исключить проса чнвание электромагнитной волны на выход 23 акустической волны

1626169

Скосы под углом 45 у метапличес кой пластины 20 выбираются для согласования и отражения электромагнитных волн из плеча 24 в плечо 22 и наоборот, Здесь также возможно введение ступенек и других согласующих элемен» тов, обеспечивающих прохождение электромагнитной волны из Входа 22 на выход 24 с хорошим согласованием.

Радиопрозрачная пленка 21 полностью перекрывает волновод выхода 24 электромагнитной волны, чем закрывает возможность попадания B него акустических волн с выхода 23, Разветвители 3 и 6 волн могут быть выполнены также на основе Т-образного разветвления волновода типа 1-1 °

Зле. троакустические преобраэова» тели 13 и l4 возбуждают акустические волны в волноводе и представляют со» бой согласованный для акустической во:гны плавный переход, например, в виде конического рупора и акустичес- 25 кого резонатора, в котором, например, с помощью пьезоэлементов возбуж» даются акустические волны

Осциллограф 18 должен быть дву» плечим, так как по одному из входов (второму) идет запись амплитуды СВЧполя, поступаюшей от зонда 4, а по другому (первому) входу идет запись низкочастотного сигнала, несущего ин» фсрмацию о фазе акустических волн, которая извлекается в блоке 10 бла35 годаря наличию синхронизации по третьему входу осциллографа 18 от низкочастотного генератора ll через делитель !? Изменение фазы екустичес 40 кой волны сопровождается изменением положения синусоиды, записанной осциллографом 18, относительно начала развертки, Период синусоиды состав» ляет 360, а соответствуюшче смеще- 45 ния синусоиды в блоке 10 пересчитываются в изменение фазы, Таким образом, низкочастотный фазометр выполнен на базе осциллографа 18, совмест» но с блоком 10. Для электромагнит» ного поля СВЧ-антенна 2 используется как передающая антенна, а для акусти» ческого поля как приемная антенна

Это создает конструктивные преиму» щества при реализации процесса изме»

55 рений амплитудно-фазового распреде ления за счет использования волноводных соединительных трактов только для соединения двух элементов схемы: первого разветвителя 3 волн с СВЧгенератором I СВЧ-антенной 2, первыми акустическими преобразователями

13 и второго разветвителя 6 волн с зондом 4, вторым акустическим преобразователем 14 и детекторомг7

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить фазовые погрешности подвижного тракта, что повышает точность измерений (в известном устройстве при проведении измерений в милли метровом и субмиллиметровом диапазо» не волн погреши .сть фазовых измере» ний является определяющей и превыша» ет погрешности других элементов устройства) .

Формул аизобретения.I» Устройство для измерения амп литудно фазового распределения в раскрыве СВЧ антенны, содержащее

СВЧ генератор, зонд, подвижный тракт, механизм перемещения, соединенный с блоком управления и регистрацин, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью повьш ения точности фазовых изме» рений путем уменьшения фазовых по» грешно стей подвижного тракта, исследуемая СВЧ"антенна подключена к вве» денному первому оазветвителю волн, выход которого через введенные последовательно соединенные первый электроакустический преобразователь, второй усилитель низкой частоты и фильтр соединен с первым входом вве» денного цифрового запоминающего ос» циллографа, а вход первого разветви теля волн через сверхвысокочастотный генератор соединен с первым вы ходом введенного делителя, при этом зонд подключен к введенному второму разветвителю волн, выход которого через последовательно соединенные введенный источник смещения детек» тора и введенный первый усилитель низкой частоты соединен с вторым входом цифрового запоминающего осциллографа, а вход второго развет» вителя волн через последовательно соединенные введенный второй электроакустический преобразователь, до полни.ельный подвижный тракт и второй выход делителя соединен с выхо дом введенного генератора низкой частоты, третий выход делителя под» ключен к третьему входу цифрового за поминающего осциллографа, соединен

9 1626169 ного с блоком управления и регистра- разветвления волновода типа Е, с меции, причем на механизме перемеще- таллической пластиной в форме паралния установлен зонд, второй электро лелограмма, длинные стенки которого акустический преобразователь, второй размещены по серединам широких сте-.

5 разветвитель волн и сверхвысоко нок .волновода одного из симметричных частотный квадратичный детектор, плеч и выполнены дпиной 1, причем

4Я 1. ) 2%, гдето длина волны в

2 ° Устройство по п,1, о т л и прямоугольном волноводе, а короткие ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 10 стенки пластины наклонены под углом увеличения развязки и чувствительнос» 45 в сторону несимметричного плеча, ти, первый и второй разветвители перекрытого введенной радиопрозрачволн выполнены на основе Т-образного ной пленкой, 20 22

Рог.2 гз го

Составитель . М Кромнн

Техред И.Дидык Корректор М,Кучерявая

Редактор ИГорная

Заказ 275 Тиращ 414 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,, Москва, й-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Уагород, ул. Гагарина, 101