Устройство для измерения амлитудно-фазового распределения поля антенны

Устройство для измерения амлитудно-фазового распределения поля антенны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения - повышение точности при измерении амплитудно-фазового распределения (АФР) эллиптически поляризованного поля антенны. Устройство для измерения АФР поля антенны включает СВЧ-1 генератор, выход которого подключен к входу исследуемой антенны 2, последовательно соединенные зонд 3, поляризационно-фазовый модулятор 4, поляризационный фильтр 5 и смеситель 6, выход которого подключен к первым входам первого 7, второго 8, третьего 9 и четвертого 10 синхронных детекторов, вторые входы которых подсоединены к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока формирования управляющих сигналов (БФУС) 11 соответственно, пятый выход которого подключен к второму входу поляризационно-фазового модулятора 4, второй вход смесителя 6 подсоединен к выходу СВЧ-1 генератора, выходы синхронных детекторов подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 12 регистрации. БФУС 11 содержит модулирующий генератор, первый, второй и третий преобразователи синусоидального напряжения в прямоугольное, первый и второй квадраторы и перемножитель сигналов. Повышение точности измерений достигается за счет исключения погрешностей разделения волн с ортогональными поляризациями, погрешности суммирования и погрешности амплифазометра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4426243/24-09 (22) 16,05.88 (46) 30.08.90. Бюл. В 32 (71) Гомельский государственный университет (72) С.Л.Соловцов, Т.Г.Крот и С.В.Кокошинский (53) 621.317:621.396.67 (088.8) (56) Хачачрян О.С. и др. Антенные измерения. Тезисы докладов, ВКАИ-З, Ереван, 1984, с. 367.

Авторское свидетельство СССР

Р 1255949, кл. С 01 R 29/10, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ

АНТЕННЫ (57) Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения — повьппение точности при измерении амплитудно-фазового-распределения (АФР) эллиптически поляризованного поля антенны. Устройство.для измерения АФР поля антенны включает

СВЧ-генератор 1, выход которого под" ключен к входу исследуемой антенны 2, последовательно соединенные зонд 3, поляризационно-фазовый модулятор 4, „„SU„„1589222 (51)5 G01R2 0

2 поляриэационный фильтр 5 и смеситель 6, выход которого подключен к первым входам первого 7, второго 8, третьего 9 и четвертого 10 синхронных детекторов, вторые входы которых подсоединены к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока формирования управляющих сигналов (БФУС) 1! соответственно, пятый выход которого подключен к второму входу поляриэационно-фазового модулятора 4, второй вход. смесителя 6 подсоединен к выходу СВЧ-генератора

1, выходы синхронных детекторов подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 12 регистрации. БФУС 11 содержит модулирующий генератор, первый, второй и третий преобразователи синусоидального напряжения в прямо- С, угольное, первый и второй квадрато\ ры и перемножитель сигналов. Повышение точности измерений достигается эа счет исключения погрешностей разделения волн с ортогональными поляризациями, погрешности суммирования и (,ф погрешности амплифаэометра. t э.п. CO ф-лы, 3 ил. К) 1589222

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при измерении амплитуднофазового распределения (АФР) поля антенны.

Цель изобретения - повышение точности при измерении амплитудно-фазового распределения эллиптически поляризованного поля антенны. 10

На фиг.1 приведена структурная влектрическая схема устройства для измерения АФР поля антенны на фиг.2— структурная электрическая схема блока .формирования управляющих сигналов; 15

-на фиг.3 — - графики зависимостей опорных напряжений от времени.

Устройство для измерения АФР поля антенны включает генератор СВЧ 1, ablход которого подключен к входу ис следуемой антенны 2, последовательно соединенные зонд 3, поляризационнофаэовый модулятор 4, поляриэационный фильтр 5 и смеситель 6, выход которого подключен к первым входам пер- 25 вого 7, второго 8, третьего 9 и четвертого 10 синхронных детекторов, вторые входы которых подсоединены к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока 11 формирования управляющих сигналов соответственно, пятый выход которого подключен к второму входу поляриэационно-фазового модулятора 4. Второй вход смесителя 6 подсоединен к выходу генератора СВЧ 1

Выходы синхронных детектаров 7-10 .. подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 12 регистрации.

Поляризационно-фазовый модулятор

4 представляет собой фарадеевский вращатель поляризации с управляющей обмоткой, а поляризационный фильтр 5— плавный переход с круглого волновода на прямоугольный с симметрично уста- 45 новленной параллельно широкой стенке тонкой поглощающей пластиной.

Смеситель 6 представляет собой сумматор СВЧ-мощности с подключенным к его выходу СВЧ-детектором.

Блок 11 формирования управляющих сигналов (БФУС) (фиг.2) включает последовательно соединенные модулирующий генератор 13 и первый преобразователь 14 синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является третьим выходом БФУС 11, последовательно соединенные первый квадратор 15, вход которого подключен к выходу модулирующего генератора 13, и второй преобразователь 16 синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является первым выходом БФУС 11, последовательно соединенные второй квадратор

17, вход которого подключен к выходу первого квадратора 15, и третий преобразователь 18 синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является втор .. выходом Ч+

БФУС 11, перемножитель 19 сигналов, первый и второй входы которого подключены к выходу первого 14 и второго 16 преобразователей синусоидального напряжения в прямоугольное, Устройство для измерения АФР поля антенны работает следующим образом.

СВЧ-сигнал, подводимый с выхода

СВЧ-.генератора 1 на вход исследуемой антенны 2, измеряется и принимается зондом 3, который представляет собой открытый конец круглого волновода или конический рупор, и преобразуется им в направляемые волны типа Н„ ..В общем случае поле в круглом волноводе имеет эллиптическую поляризацию, соответствующую поляризации падающего поля, и может бытьпредставлено в виде суммы двух волн с ортогональными поляризациями и комплексными амплитудами а и а . Иэмех няют угол поворота плоскости поляризации ортогональных компонент направляемых волн типа Н по гармони11 ческому закону. с частотой Я и фазу этих компонент с частотой 2 Я с помощью поляриэационно-фазового модулятора 4.

Работа ноляризационно-фазового модулятора основана на эффекте Фарадея — вращение плоскости поляризации в продольно намагниченном феррите.

Поляризационно-фазовый модулятор 4 представляет собой отрезок круглого волновода с управляющей обмоткой, ток в которой создает продольное магнитное поле, с установленным вдоль его оси ферритовым стержнем. В поляризационно-Фазовом модуляторе 4 амплитуды ортогональных волн преобразуются следующим образом: а (а„соз +а, sing) е (1) аЧ=(-а„sin g+a cos g )" e

Ч I где $ = () - угол поворота плоскости поляризации под воэ30 где V — постоянная составляющая сиг- г нала на выходе детектора при 3 ф

a„=-Оиач=0; д

Vo - крутизна детекторной харак- . с теристики в рабочей точке, которая определяется ампли- л тудой а опорного сигнала, 4р п а„= 1а„(; ау= 1а, х ц) — фазы ортогональных составля- н

rt y ющих принятого зондом 3 сиг- с нала относительно опорного. с

Выражение (2) получено путем раз- -45 в ложения в степенной ряд функции, описывающей детекторную характеристику, при а», а, << а. Для слабо намагниченного феррита имеет место линейная зависимость угла поворота плоскости,50 . поляризации от величины подмагничивающего поля и квадратичная зависимость угла сдвига фаз . Поэтому подавая синусоидальный управляющий сигнал с частотой Я. на обмотку поляризационно-фазового модулятора 4 с пятого выхода блока 11 формирования управляющих сигналов, получим сле дующее:

G, (t) =sign(cos 25 t);

G (t)=sign(cos Щt), G>(t)=sign(sing t), G () =,() С,(), где

5 158922 действием управляющего сигнала, подаваемого на обмотку модулятора 4;

g =g(t) — соответствующий фазовый сдвиг.

Из формулы (1) видно, что информация об искомых комплексных амплитудах а» и а содержится в каждой из компонент а и a>, и поэтому для дальнейшей обработки достаточно исполь/ зовать одну иэ них, например а . Выделение вертикальной ортогональной

Р компоненты с амплитудой а произвоМ дится с помощью поляризационного 15 фильтра 5, который может быть выполнен, например, в виде плавного перехода с круглого волновода на прямоугольный с симметрично установленной параллельно широкой стенке тонкой по- 20 глощающей пластиной. Беспрепятственное прохождение волны а и поглощен

Х ние волны а ч обеспечиваются тем, что поглощающая пластина лежит в плоскости YOZ. 25

Складывая сигнал а„с опорным, поступающим с выхода СВЧ-генератора, и детектируя суммарный сигнал в смесителе 6, получают низкочастотное напряжение

U (t) = Vo+2a ja„cosycos (+ ) +

+а„sinycos(tg + ) (2) 2 6

y(t) = (sin Я t, (3) () sin p t =. р(1-cos 2 Sent), где a и р — индексы поляризационно и фазовой модуляций.

Так как фаэовые измерения атно сительны, то подставляя (3) в (2) и переобоэначив y = (p ч+ б, можно

xч кч записать

U(t)7 2 а чр (а „cos(p(sinQ t )к

icos(g„- pcos2Qt)+a< sin(a(sinAt) к

i cos ((p„-pcos2$lt)g . (4)

Используя тригонометрические тождества, преобразуют (4) к виду и()=Ч, +га, (Я,(t)+S,(t)+S,(t)+

+8 (t)g, (5), где

S (t) az cos tp cos(g sinkt) i

J, х cos (p cos2gt);

Я () =а„э1п, соя (с(э дпР ) х s in (р со э2Яс), Бз (t) à÷ os ð sin(a(sinQt)» (6)

xcos(pcos2Qt), S+ (t) =a„sing„sin4f singt)

csin(p cos2Qt) .

Таким образом, в сигнале U(t) содержится информация о всех четырех амплифаэных компонентах электромагнитного поля исследуемой антенны, причем зависимость от времени t слааемых S (t) описывается различными

h ункциями, что дает возможность pasелить соответствующие сигналы по воим каналам.

Преобразование переменной состав" яющей сигнала U(t) в постоянные наряжения осуществляется путем синронного детектирования с опорными апряжениями (фиг. 3), поступающими выходов блока 11 на вторые входы инхронных детекторов 7-10, на перые входы которых поступает сигал U(t):

Г l, Х О;

Х 0

Учитывая свойства четности функцн

S >(t) и G„(t), нетрудно заметить, 1589222

U, = а э1п ; г э1-п-(+ (13) (9)

Ц Q a о (15) (1О) Я а М а М соэ ) э, (11) 35

А U „- arctg „и „

1 или

U А -U4AP U А -U А

4 3 6 что система (6) четвертого порядка распадается на две независимые системы уравнений второго порядка:

U =A, a„cosyк+A a„sing„;

5 г1a„cosЧх+А га с э пУк (7) Пз А в а ч со э ч+А э а в1п фч, где коэффициенты А „ зависят только

:от индексов o(и р модуляции и, следовательно, являются функциями амплитудного модулирующего сигнала.

Системы уравнений (7) и (8) удоб но представить в виде

U) )= „вiinng», = a N,, in(q,);

П, = -„„N„nn(,,);

У4 a> М4 sin(g+ y4) где принято М, 1, у,= О вследствие относительности амплитудно-фазовых измерений. . Вычисление амплитудных компонент двух поляризационных .составляющих поля исследуемой антенны по измеренным напряжениям U производится из и соотношений! а = (.А Us -AsU . г (A4U <-А бааз ) @

) + 1 А4As ASА А4А -АзА< ( (12) где А = М sinу ; A = Мг cosу, з = Nç sin g>, A„= Nq cps gs; Аэ

= М, sing ; А = Nqcosy.

Значенйя а„, „, а,„ q запомич наются в блоке 13 регистрации для дальнейшей обработки.

Константы А,„, n = 1, 2,...,б, определяются в результате калибровки, которая заключается в следующем.

Образцовая антенна с линейной поляризацией поля (в состав устройства не входит) ориентируется на зонд

3 так, чтобы плоскость поляризации падающего поля была повернута на

45 от вертикальной плоскости. При

Ц = Чч = Ц (9) и (1О) принимают вид:

= a И sin(g+ у);

П4 а М4 э п(ч"+ 7 (14) ф

В волноводный тракт измеряемого сигнала включают плавный подстроечный фазовращатель. Регулировкой фазовращателя добиваются„ чтобы U1 = О, что соответствует tp = --О. На выходах синхронных детекторов 7 — 10 измеряют напряжения соответственно:

Uz, = а М э пи", Пзо

U4 = à N4 sing.

Далее с помощью фазовращателя уменьшая фазовый сдвиг, добиваются, чтобы П, = (0 1, что соответствует =. 17/2.

Получают

U4i = а И4 cos у„, По результатам этих измерений находят искомые константы:

А„= Ugg /U„„, А = Up) /U,„, As =— 40 /Цп А4 = Пу/П 1, А5 = 4о /П1; з

Блок 12 формирования управляющих сигналов работает следующим образом. С выхода модулирующего генератора

13 синусоидальный сигнал с частотой

Я поступает на угравляющий вход поляризационно-фазового модулятора 4 и на выходы первого Квадратора 14 и первого преобразователя 1б синусоидального напряжения в прямоугольное, с выхода которого сигнал, описываемый функцией G (t), поступает на управляющий вход третьего синхронного детектора. На выходе первого квадратора присутствует переменная составляющая напряжения, пропорциональная сов 2 At, которая поступает на входы второго квадратора 15 и второго преобразователя 17 синусоидального на9 15892 пряжения в прямоугольное, с выхода которого сигнал, описываемый функцией

С (t) поступает на управляющий вход первого синхронного детектора. С выхода второго квадратора 15 переменная составляющая напряжения, пропорциональная соз 4ЯЕ, подается на вход третьего преобразователя 18 синусо— идального напряжения в прямоугольное, с выхода которого сигнал, описываемый функцией G z(t), поступает на. управляющий вход второго синхронного детектора. С выходов первого 16 и второго 17 преобразователей синусоидального напряжения в прямоугольное сигналы, пропорциональные C>(t) и

0 (С), поступают на входы перемножителя 19 сигналбв, с выхода которого сигнал, пропорциональный функции 2О

Г,.(t)- Ñ (t) = С (t), поступает на управляющий вход четвертого синхронного. детектора.

Использование изобретения обеспечивает повышение точности изме- 25 рений за счет исключения погрешностей разделения волн с ортогональными поляризациями, погрешности суммирования и погрешности амплифазометра.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения поля антенны, включающее генератор СВЧ, выход которого подключен к входу иссле- дуемой антенны, зонд, установленный с возможностью перемещения в раскрыве исследуемой антенны, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, выходы которых подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам блока регистрации соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при измерении амплитудно-фазового распределения эллиптически поляризованного поля антенн, введены по следовательно соединенные поляри22 10 зационно-фазовый модулятор, вход которого подключен к выходу зонда, поляризационный фильтр и смеситель, вы» ход которого подсоединен к первым входам первого, второго, третьего и четвертого синхронных детекторов, вторые входы которых подсоединены к пер . вому, второму, третьему и четвертому выходам введенного блока формирования управляющих сигналов соответственно, пятый выход которого подключен к второму входу поляризационно-фазового модулятора, а второй вход смесителя подсоединен к выходу генератора СВЧ.

2. Устройство по п.1, о т л ич а.ю щ е е с я тем, что блок формирования управляющих сигналов включает последовательно соединенные модулирующий генератор и первый преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является третьим выходом блока формирования управляющих сигналов, последовательно соединенные квадратор, вход которого подключен к выходу модулирующего генератора, и второй преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является первым выходом блока формирования управляющих сигналов, последовательно соединенные второй квадратор, вход которого подключен к выходу первого квадратора, и третий преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, выход которого является вторым выходом блока формирования управляющих сигналов, перемножитель сигналов, первый и Вто» рой входы которого подсоединены к выходам первого и второго преобразователей синусоидального напряжения в прямоугольное, а выход его является четвертым выходом блока формирования управляющих сигналов, выход модулирующего генератора является пятым выходом блока формирования управляющих сигналов.

1589222 кУ ФЮ к7

Фиг, Л

Составитель П.Савельев.

Редактор A.Лежнина Техред М.Дидык . Корректор Л.Пилипенко

Заказ 2539 Тираж 558 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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