Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения поля антенны

 

Использование: в технике антенных измерений для измерения параметов фазированных антенных решеток на автоматизированных стендах, Сущность изобретения: повышение точности измерения достигается тем, что устройство содержит последовательно соединенные генератор СВЧ 1, первый направленный ответвитель (НО) 2 и первый циркулятор 3, второе плечо к-рого является выходом для подключения исследуемой антенны 4, последовательно соединенные и установленные на механизме перемещения 21 зонд 5, второй циркулятор 6 и однополосный модулятор 7, второй вход к-рого подключен к выходу первого подмодулятора 8, а выход - к третьему плечу второго циркулятора 6, последовательно соединенные второй генератор СВЧ 8, второй НО 10, СВЧ-сумматор 11, квадратичный детектор 12, первый УПЧ 13, второй смеситель 14, второй УПЧ 15 и амплифазометр 16, второй вход к-рого подключен к вьиоду первого смесителя 17, первый вход к-poic подсоединен к выходу первого подмодулятора 8, а второй - к выходу второго подмодулятора 20, последовательно соединенные смеситель СВЧ, вход к-рого подключен к второму выходу второго НО 1-0, второй вход к-рого подсоединен к второму выходу первого НО 2, и однополосный ВЧ-модулятор 19, второй вход к-рого подключен к выходу второго подмодулятора 20, а выход - к второму входу второго смесителя 14 Второй вход второго сумматора СВЧ 11 подключен к третьему плечу первого циркулятора. Цель достигается подавлением паразитных частот . 1 ил. Ё VI XI О О 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 29/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ц C)

О

l QQ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4871731/09 (22) 02.10.90 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (71) Минский радиотехнический институт (72) В. Б, Кирильчук, В. И. Мордачев и Г. П. Турук (56) Авторское свидетельство СССР № 1146611, кл, G 01 R 29/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1241162, кл. G 01 R 29/10, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛЯ АНТЕННЫ (57) Использование: в технике антенных измерений для измерения параметов фазированных антенных решеток на автоматизированных стендах, Сущность изобретения: повышение точности измерения достигается тем, что устройство содержит последовательно соединенные генератор СВЧ 1, первый направленный ответвитель (НО) 2 и первый циркулятор 3, второе плечо к-рого является выходом для подключения исследуемой антенны 4, последовательно соединенные и установленные на механизме

„„5U„„1770918 А1 перемещения 21 зонд 5, второй циркулятор

6 и однополосный модулятор 7, второй вход к-рого подключен к выходу первого подмодулятора 8, а выход — к третьему плечу второго циркулятора 6, последовательно соединенные второй генератор СВЧ 8, второй НО 10, СВЧ-сумматор 11, квадратичный детектор 12, первый УПЧ 13, второй смеситель 14, второй УПЧ 15 и амплифазпметр 16, второй вход к-рого подключен к выходу первого смесителя 17, первый вход к-pol с подсоединен к выходу первого подмодулятора

8, а второй — к выходу второго подмодулятора 20, последовательно соединенные смеситель CBЧ, вход к-рого подключен к второму выходу второго НО 10, второй вход к-рого подсоединен к второму выходу первого НО 2, и однополосный ВЧ-модулятор

19, второй вход к-рого подключен к выходу второго подмодулятора 20, а выход — к второму входу второго смесителя 14 Второи вход второго сумматора СВЧ 11 подключен к третьему плечу первого циркулятора. Цель достигается подавлением паразитных частот, 1 ил, 1770918

20

Изобретение относится к антенным измерениям, в частности к технике измерения параметров апертурных антенн и фазированных антенных решеток на автоматизированных стендах.

Известно устройство для измерения поля в раскрыве антенны, использующее модулирующий рассеивающий зонд для формирования. информационного сигнала, IJ содержащий однополюсныи модулятор и осуществляющий "сдвиг" частотьi отраженного сигнала.

Недостатком устройства является невысокая точность измерения вследствие малого подавления паразитной частоты в спектре отраженного сигнала, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для измерения амплитуд и фаз излучения элементов фазированной антенной решетки, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, направленный ответвитель, первый циркулятор, исследуемую фазированную антенную решетку (исследуемую антенну), последовательно соединенные зонд, второй циркулятор, однополосный СВЧ-модулятор, а также первый подмодулятор, второй подмодулятор, первый смеситель, а также .последовательно соединенные

СВЧ-сумматор, первый квадратичный детектор, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), а также механизм перемещения (сканер).

Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения вследствие недостаточного подавления параэитной частоты в спектре принятого отраженного сигнала, осуществляемое двумя однополосными СВЧ-модуляторами, а также высокого уровня шума в измерительном канале, обусловленном шумами квадратичного детектора, Целью изобретения является повышение точности измерения посредством более полного подавления паразитной составляющей в спектре информационного сигнала, а также уменьшения влияния шумов в измерительном канале.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитуднофазового распределения поля антенны, включающее последовательно соединенные первый генератор СВЧ. первый направленный ответвитель и первый циркулятор, второе плечо которого является выходом для подключе»>я входа исследуемой антенны, последовательно соединенные СВЧсумматор, первый вход которого подключен к третьему плечу первого циркулятора, квадратичный детектор и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные зонд, второй циркулятор и однополосный СВЧ-модулятор, выход которого подключен к третьему плечу второго циркулятора, первый смеситель, амплифазометр, первый и второй подмодуляторы, выходы которых подключены к первому и второму входам первого смесителя соответственно, выход которого подсоединен к опорному входу амплифазометра, а зонд, второй циркулятор и первый однополосный модулятор размещены на механизме перемещения, дополнительно введены последовательно соединенные второй генератор

СВЧ и второй направленный ответвитель, выход основного плеча которого подключен к второму входу СВЧ-сумматора, а вход вспомогательного плеча второго направленного ответвителя подключен к второму выходу первого направленного ответвителя. последовательно соединенные второй смеситель, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя промежуточной частоты, и второй усилитель промежуточной частоты, выход которого подсоединен к измерительному входу амплифазометра, последовательно соединенные смеситель СВЧ, вход которого подключен к выходу вспомогательного плеча второго направленного ответвителя и однополосный высокочастотный модулятор, выход которого подсоединен к второму входу второго смесителя, а модулирующий вход однополосного высокочастотного модулятора подключен к выходу второго подмодулятора.

Введение второго генератора СВЧ позволило получить дополнительное, по сравнению с прототипом, подавление паразитной частоты (второй боковой частоты модулированного сигнала) на высокой первой промежуточной частоте, используя селективные свойства первого усилителя промежуточной частоты. Однопслосный

СВЧ-модулятор и однополосный ВЧ-модулятор осуществляют функции подавления паразитной частоты, идентичные функциям двух однополосных СВЧ-модуляторов в прототипе. Применение первой высокой промежуточной частоты позволяет уменьшить влияние собственных шумов квадратичного детектора {СВЧ-смесителя) на его выходной сигнал, что, в конечном итоге, веде1 к увеличению отношения сигнала к шуму нэ выходе первого усилителя промежуточной частоты.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения амплитудно-фазового распределения поля антенны, 1770918

Устройство содержит последовательно соединенные первый генератор СВЧ 1, первый направленный ответвитель 2, первый циркулятор 3, исследуемую антенну 4, а также последовательно соединенные зонд 5, второй циркулятор 6, однополосный СВЧмодулятор 7, выход которого соединен с третьим плечом второго циркулятора 6, первый подмодулятор 8, второй генератор СВЧ

9, второй направленный ответвитель 10, последовательно соединенные СВЧ-сумматор

11, квадратичный детектор 12, первый УПЧ

13, второй смеситель 14, второй УПЧ 15, а также амплифазометр 16, первый смеситель

17, смеситель СВЧ 18, однополосный ВЧмодулятор 19, второй подмодулятор 20, механизм перемещения (сканер) 21, причем первый вход СВЧ-сумматора 11 соединен с третьим плечом первого циркулятора 3, выход второго генератора СВЧ 9 соединен с основным входом второго направленного ответвителя 10, выход которого соединен со вторым плечом СВЧ-сумматора 11, выход вспомогательного плеча первого направленного ответвителя 2 соединен со входом вспомогательного плеча второго направленного ответвителя 10, выход которого подключен ко входу смесителя СВЧ 18, выход которого соединен с первым входом однополосного ВЧ-модулятора 19, ко второму входу которого подключен выход второго подмодулятора 20, причем выход однополосного ВЧ-модулятора соединен со вторым входом второго смесителя 14, выход второго УПЧ 15 подключен к измерительному входу амплифазометра 16, выход первого подмодулятора 8 соединен с модулирующим входом однополосного

СВЧ-модулятора 7 и с первым входом первого смесителя 17. второй вход которого соединен с выходом второго подмодулятора

20, а выход подключен к опорному входу амплифазометра 16, а зонд 5, второй циркулятор 6, однополосный СВЧ-модулятор 7 механически связаны с механизмом перемещения 21, Устройство работает следующим образом.

Сигнал на выходе генератора СВЧ 1 единичной амплитуды сов(ии t+ p1), где в1 — несущая частота, p1 — начальная фаза, т — время. Сигнал (1), пройдя первый циркулятор 3 и исследуемую антенну 4. создаст поле в точке расположения зонда, которое записывается в виде

KxCOS (В1 т+ p1 + р,), (2) где Kx, px — коэффициенты, характеризующие амплитуду и фазовый сдвиг данной точки поля, где расположен зонд 5, Поле (2) регистрируется зондом 5, сиг5 нал с выхода которого, пройдя второй циркулятор 6, поступает на однополосный

СВЧ-модулятор 7, где производится фактически смещение частоты измеряемого сигнала на частоте Q1 подмодулятора 8, 10 Сигнал на выходе однополосного СВЧмодулятора 7 описывается формулой

Kx1 COS (СО11 + Q1t + P1 + Px) +

+ К)Сл1cos (в1т+p1 +px) +

+ Кх1(Сп2СОЗ ((1 — Q1) t+P1 +Px), (3) где Kx1 — коэффициент, характеризующий амплитуду смещенной (боковой) частоты;

Сп1, Cn2 — КОЭффИЦИЕНтЫ, ХаРаКтЕРИЗУющие степень подавления несущего колебания промежуточной частоты и второй боковой частоты.

Сигнал (3) с выхода однополосного СВЧмодулятора 7, пройдя второй циркулятор 6 в обратном направлении, излучается зондом 5 и часть его принимается исследуемой антенной 4 и, пройдя первый циркулятор 3 в обратном направлении, поступает на вход сумматора 11, где его можно описать выражением а1 (t) = к1 cos ((в1 + Q1) t + p1 +

+ 2 px) + K»1cos (в1с + p1 + 2 px) +

+ Kx1 /Cn2COS ((в1 — Q1) t + p1 — 2 px) . (4)

40 На второй вход СВЧ сумматора 1". через направленный ответвитель 10 поступает гетеродинный сигнал второго генератора СВЧ 9.

a2(t) = А cos(в2с + @), (5)

45 где А, с02, p2 — соответственно амплитуда, частота и начальная фаза второго генератора.

С выхода сумматора сигнал поступает на вход квадратичного детектора 1:!, на выходе которого выделяется модулированный сигнал первой промежуточной частоты ( в,> = й)1 — в2), усиливается, при этом с учетом селективных свойств первого УПЧ 13 на выходе последнего будет иметь вид:

К1 соз ((впр + Q1) t + p1 + p2 + 2р,) +

+ Kx1 " Сп1Сп1 OOS (Obpl + Pl P2 — 2Px) +

+ Kx1 Сп2Сп2 СOS (((Опр Я1) t +

1 где СП1, Cn2 — коэффициенты, характеризующие степень подавления несущего колебания промежуточной частоты и второй боковой частоты первым УПЧ 13. Этот сигнал подается на вход второго смесителя 14. 5

Часть сигнала генератора СВЧ 1 и часть сигнала генератора СВЧ 9 подаются на вход смесителя СВЧ 18, на выходе последнего образуется опорный сигнал высокой промежуточной частоты 10

Со сов (и npl + p1

ВЧ-модулятора 19, где производится сме- 15 щение промежуточной частоты опорного сигнала на частоту Q второго подмодулятора 20. Сигнал на выходе однополосного

ВЧ-модулятора 19 имеет вид

C p с о $ ((мп р + + ) l + p) iф2) л

Со Сп1 cos (й прт + p1 p2) +

+ Со /Сп2 соз (Жар Q) т + p) — pz), (8) где Сп|, Сл — коэффициенты, характеризующие степень подавления несущего и второго бокового паразитного колебаний, Сигнал (8) поступает на второй вход смеси- 30 теля 14.

На выходе смесителя 14 выделяется сигнал с частотой (Q — Q ) и усиливается, при этом с учетом селективных свойств УПЧ

15 сигнал на выходе последнего можно за- 35 писать в виде

Со (Kx1 cos ((й — Q)) I + 2 фх) +

+ Кх1 /Сп2 Сп2 Сп2 со$ ((A Q1) t — 2 p<)) 40 (9)

Второй член в (9) является остатком второй боковой частоты, отвечающим за величину погрешности измерения, 45

Механизм перемещения 21 перемещает зонд 5, циркулятор 6. однополюсный

СВ Ч-модулятор, Эффективность предложенного устройства, как видно из (9), по ср-вн-нию с 50 прототипом повышается за счет дополнительного подавления паразитной боковой частоты в измерительном канале, а также за счет применения высокой. промежуточной частоты алр, что обеспечивает малое влия- 55 ние собственных шумов квадратичного детектора на его выходной сигнал.

Применение второго генератора СВЧ; однополосного СВЧ-модулятора в измерительном канале, однополосного ВЧ-модулятора в опорном канале, фильтрации паразитной частоты селективным УПЧ позволяет реализовать более совершенный однополосный модулятор, характеризующийся подавлением Сп2, Сп2, Cn2 . Если подавление паразитных составляющих достигает 10 дБ в каждом из узлов (однополосном СВЧ-модуляторе, однополосном ВЧ-модуляторе, селективном УПЧ), то это характеризует подавление паразитных каналов в предлагаемом устройстве на 30 дБ, что соответствует погрешностям по фазе порядка 2 . по амплигуде порядка 3%.

Эффективность данного устройства повышается также за счет того, что основная селекция проводится не в диапазоне СВЧ, а в диапазоне ВЧ (селективным УПЧ и однополосным ВЧ-модулятором), где подавление паразитных каналов может быть обеспечено на уровне 30 дБ и более в каждом из них, что позволяет говорить о суммарном подавлении паразитного канала на б0 — 70 дБ и выше.

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитуднофазового распределения поля антенны, включающее последовательно соединенные первый генератор СВЧ, первый направленный ответвитель и первый циркулятор, второе плечо которого является выходом для подключения входа исследуемой антенны, последовательно соединенные СВЧсумматор, первый вход которого подключен к третьему плечу первого циркулятора. квадратичный детектор и первый усилитель промежуточной частоты, последовательнс соединенные зонд, второй циркулятор и однополосный СВЧ-модулятор. выход которого подключен к третьему плечу зторогс циркулятора, первый смеситель. амплифазометр, первый и второй подмодуляторы. выходы которых подключены к первому v второму входам первого смесителя соответственно, выход которого подсоединен к первому входу амплифазометра, а зонд, второй циркулятор и первый однополосный моду. лятор размещены на механизме перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельк повышения точности. дополнительно введе ны последовательно соединенные второй генератор СВЧ и второй направленный от ветвитель, выход основного плеча которог( подключен к второму входу СВЧ-сумматора а вход вспомогательного плеча второго на. правленного ответвителя подключен к вто рому выходу первого направленногс ответвителя, последовательно соединен ные второй смеситель, первый вход которо

1770918

10

20

30

40

Составитель В.Кирильчук

Техред М,Моргентал Корректор М.Петрова

Редактор О,Стенина

Заказ 3741 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

ro подключен к выходу первого усилителя промежуточной частоты, и второй усилитель промежуточной частоты, выход которого подсоединен к измерительному входу амплифазометра, последовательно соединенные смеситель CBЧ, вход которого подключен к выходу вспомогательного плеча второго направленного ответвителя, и однополосный высокочастотный модулятор, выход которого подсоединен к второму входу второго смесителя, а модулирующий вход

5 однополосного высокочастотного модулятора подключен к выходу второго подмодулятора.