Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ В ДАЛЬНЕЙ ЗОНЕ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ В ДАЛЬНЕЙ ЗОНЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ В ДАЛЬНЕЙ ЗОНЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: при измерении диаграммы направленности антенн диапазона СВЧ и КВЧ в дальней зоне. Цель: повышение производительности измерения диаграммы направленности антенн в дальней зоне. Сущность изобретения: использование в предлагаемом устройстве сигнала с линейной частотной модуляцией и новых блоков, обеспечивающих его обработку с подавлением паразитных сигналов, обусловленных переотражениями испытательного сигнала от окружающих предметов и внутренних поверхностей помещения, и частотной автоподстройкой частоты биений в тракте обработки испытательного ЛЧМ-сигнала при изменении положения фазового центра исследуемой антенны в процессе измерений. Положительный эффект: уменьшение трудоемкости процесса измерения диаграммы направленности антенн в дальней зоне. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2082985
Класс(ы) патента: G01R29/10
Номер заявки: 5029120/09
Дата подачи заявки: 24.02.1992
Дата публикации: 27.06.1997
Заявитель(и): Мордачев Владимир Иванович[BY]; Лойка Сергей Леонидович[BY]
Автор(ы): Мордачев Владимир Иванович[BY]; Лойка Сергей Леонидович[BY]
Патентообладатель(и): Минский радиотехнический институт (BY)
Описание изобретения: Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано при измерении диаграмм направленности антенн диапазона СВЧ и КВЧ в дальней зоне.
Известно устройство для измерения диаграммы направленности антенны в дальней зоне, содержащее цепочку из последовательно соединенных СВЧ-генератора, исследуемой антенны, индикаторной антенны, приемника, при этом исследуемая антенна укреплена на поворотном столе [1]
Однако это известное устройство имеет недостаточную точность измерения при наличии отражений сигнала от внутренних поверхностей помещения и элементов конструкции испытательного стенда при контроле диаграммы направленности антенны в дальней зоне.
Известно устройство для измерения диаграммы направленности антенны, содержащее цепочку последовательно соединенных генератора пикосекундных импульсов, исследуемой антенны, приемного зонда и стробоскопического осциллографа, сопряженного с ЭВМ или с микропроцессорным устройством [2]
Однако это известное устройство в связи с резким уменьшением спектрального сигнала с ростом частоты и соответствующим уменьшением отношения сигнал/шум на входе осциллографа не обеспечивает требуемого динамического диапазона измерений на частотах выше 5-10 ГГц.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения диаграммы направленности антенны в дальней зоне, содержащее генератор опорного сигнала, управляемый фазовращатель, измеритель фазы и последовательно соединенные СВЧ генератор частотно-модулированного сигнала, направленный ответвитель, исследуемую антенну, вспомогательную антенну, управляемую линию задержки, супергетеродинный приемник (двухканальный), первый выход которого через последовательно соединенные синхронный (фазовый) детектор и узкополосный усилитель (фильтр) низкой частоты связан с входом измерителя амплитуды, при этом второй выход узкополосного усилителя низкой частоты соединен с входом измерителя фазы, второй выход направленного ответвителя подключен к второму входу супергетеродинного приемника, второй выход супергетеродинного приемника присоединен к первому входу управляемого фазовращетеля, выход управляемого фазовращателя подключен к второму входу синхронного (фазового) детектора, генератор опорного сигнала присоединен выходом к второму входу измерителя фазы и второму входу управляемого фазовращателя [3]
Однако это известное устройство имеет недостаточную производительность измерений при контроле диаграммы направленности антенны в дальней зоне в связи с необходимостью обеспечения равенства электрических длин каналов приема этого устройства путем ручной установки задержки в управляемой линии задержки при каждом из значений углов поворота исследуемой антенны.
Поставлена задача повышение производительности измерения диаграммы направленности антенны в дальней зоне.
Технически задача реализуется следующим образом. В устройство для измерения диаграмм направленности антенны в дальней зоне, содержащее генератор тактового сигнала, измеритель амплитуды и последовательно соединенные управляемый СВЧ-генератор частотно-модулированного сигнала, направленный ответвитель, исследуемая антенна, вспомогательная антенна, супергетеродинный приемник, детектор, фильтр низкой частоты, при этом второй вход направленного ответвителя присоединен к гетеродинному входу супергетеродинного приемника, а выход супергетеродинного приемника подключен к входу измерителя амплитуды, введены последовательно соединенные генератор тактового сигнала, управляемый аттенюатор и интегратор, выход которого соединен с входом управления частотой управляемого СВЧ-генератора частотно-модулированного сигнала, последовательно соединенные блок начальной установки и сумматор, второй вход которого соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход с входом управления управляемого аттенюатора, при этом выход супергетеродинного приемника соединен с входом измерителя амплитуды и с первым входом блока начальной установки, второй вход которого соединен с выходом генератора тактового сигнала.
При этом блок начальной установки выполнен в виде последовательно соединенных амплитудного детектора, вход которого является первым входом блока начальной установки, порогового блока, триггера, элемента И, двоичного счетчика и цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом блока начальной установки, кнопочного переключателя, вход которого является вторым входом блока начальной установки и соединен с вторым входом элемента И, а выход с S-входом триггера и с установочным входом двоичного счетчика, инверсный выход триггера подключен к световому индикатору, второй вход которого соединен с общим проводом.
Сущность изобретения состоит в использовании в предлагаемом устройстве сигнала с линейной частотной модуляцией и новых блоков, обеспечивающих его обработку с подавлением паразитных сигналов, обусловленных переотражениями испытательного сигнала от окружающих предметов и внутренних поверхностей помещения, и частотной автоподстройкой частоты биений в тракте обработки испытательного ЛЧМ-сигнала при измерении положения фазового центра исследуемой антенны в процессе измерений, что обеспечивает повышение производительности измерений.
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 функциональная электрическая схема варианта блока начальной установки; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройств; на фиг.4 - изображение спектра сигнала биений на входе тракта промежуточной частоты супергетеродинного приемника 13 до захвата системой частотной автоподстройки (ЧАП) устройства частоты биений полезного сигнала; на фиг.5 -изображение спектра сигнала биений на входе тракта промежуточной частоты супергетеродиного приемника 13 в режиме измерений.
Устройство содержит генератор 1 тактового сигнала, блок 2 начальной установки, измеритель 3 амплитуды, управляемый аттенюатор 4, сумматор 5, фильтр 6 низких частот, частотный детектор 7, интегратор 8, управляемый СВЧ-генератор 9 частотно-модулированного сигнала, направленный ответвитель 10, вспомогательную антенну 12, супергетеродинный приемник 13. К выходу направленного ответвителя 10 подключена исследуемая антенна 11.
Блок 2 начальной установки содержит кнопочный переключатель 2.1, пороговый блок 2.2, триггер 2.3, амплитудный детектор 2.4, световой индикатор 2.5, элемент И 2.6, двоичный счетчик 2.7, цифроаналоговый преобразователь 2.8.
Рассмотрим функции, выполняемые структурными элементами устройства. Генератор 1 тактового сигнала предназначен для выработки прямоугольных импульсов.
Блок 2 начальной установки предназначен для начальной установки частоты биений в пределах полосы пропускания супергетеродинного приемника 13.
Измеритель 3 амплитуды предназначен для измерения амплитуды диаграммы направленности исследуемой антенны 11.
Управляемый аттенюатор 4 предназначен для управления амплитудой прямоугольных импульсов, вырабатываемых генератором тактового сигнала.
Сумматор 5 предназначен для суммирования сигналов с выходов блока начальной установки 2 и фильтра низких частот 6.
Фильтр 6 низких частот предназначен для выделения низкочастотных составляющих сигнала с выхода частотного детектора 7.
Частотный детектор 7 предназначен для формирования сигнала управления затуханием в управляемом аттенюаторе 4, по величине, пропорциональной разнице частот сигнала с выхода супергетеродинного приемника и частоты настройки детектора 7.
Интегратор 8 предназначен для выработки сигнала управления управляемым СВЧ-генератором частотно-модулированного сигнала 9.
Управляемый СВЧ-генератор 9 частотно-модулированного сигнала предназначен для формирования частотно-модулированного сигнала в соответствии с управляющим воздействием.
Направленный ответвитель 10 предназначен для разделения СВЧ-энергии с выхода управляемого СВЧ-генератора 9 частотно-модулированного сигнала и подачи ее на исследуемую антенну 11 и гетеродинный вход супергетеродинного приемника 13.
Вспомогательная антенна 12 предназначена для приема электромагнитной энергии, излученной исследуемой антенной 11.
Супергетеродинный приемник 13 предназначен для формирования, усиления и частотной селекции сигнала биений с амплитудой, пропорциональной коэффициенту усиления исследуемой антенны 11.
Устройство работает следующим образом.
Генератор 1 тактового сигнала вырабатывает прямоугольные импульсы (эпюра 1 на фиг.3). Далее эти импульсы меняют свою амплитуду, проходя через управляемый аттенюатор 4, за счет затухания в нем (эпюра 2 на фиг.3). Интегратор 8 интегрирует импульсы, они, превращаясь в пилообразное напряжение U (эпюра 3 на фиг. 3), поступают на вход управляемого СВЧ-генератора 9 частотно-модулированного сигнала в качестве управляющего воздействия. На выходе данного генератора 9 формируется линейно-частотно-модулированный сигнал (эпюра 4 на фиг. 3), энергия которого при подаче на направленный ответвитель 10 разделяется на две части. Сигнал с первого выхода направленного ответвителя 10 поступает на исследуемую антенну 11 и излучается в пространство, далее он принимается вспомогательной антенной 12, расположенной в дальней зоне. Впоследствии этот сигнал поступает на сигнальный вход супергетеродинного приемника 13. Сигнал с второго выхода направленного ответвителя 10 поступает на гетеродинный вход супергетеродинного приемника 13, на выходе которого формируется сигнал на частоте биений (эпюра 5 на фиг.3).
Рассмотрим процесс формирования сигнала на выходе супергетеродинного приемника 13. Линейно-частотно-модулированный сигнал на гетеродинном входе приемника 13 имеет вид гармонического напряжения переменной частоты w wo + vwt:

где wo const;
vw скорость изменения частоты;
T период повторения управляющего воздействия.
На сигнальный вход приемника 13 поступает этот же сигнал, но с амплитудой Ucm, пропорциональной коэффициенту усиления исследуемой антенны 11, и частотой wc wo + vw(t + Δt), отличающейся от частоты гетеродинного напряжения из-за наличия задержки Δt сигнала при прохождении его между исследуемой антенной 11 и входом супергетеродинного приемника 13:

В результате на выходе приемника 13 появится разностный сигнал Ub(t) биений с частотой wb vwΔt и амплитудой, пропорциональной амплитуде входного сигнала:
Ub(t) cUcmcos(wbt). (3)
При этом частота биений может быть рассчитана из следующего соотношения:

где S крутизна модуляционной характеристики СВЧ-генератора 9;
DUupr диапазон изменения управляющего воздействия.
На входе приемника 13 присутствует несколько сигналов с различными задержками, обусловленными отражениями испытательного сигнала от внутренних поверхностей помещения, в котором производятся испытания, от элементов конструкции испытательного стенда. Значения задержек Δti этих сигналов больше задержки полезного сигнала Δt поэтому в процессе измерений их частоты находятся за пределами полосы пропускания приемника 13 и не оказывают мешающего воздействия на процесс измерений.
Примерный вид спектра сигнала на входе тракта промежуточной частоты супергетеродинного приемника 13 показан на фиг.4, где Δwpr полоса пропускания тракта промежуточной частоты супергетеродинного приемника 13, a сигналы, появление которых обусловлено наличием отражений от окружающих предметов. Частоте wb соответствует сигнал, проходящий по кратчайшему расстоянию между испытуемой и вспомогательной антеннами, ему соответствует минимальная задержка по времени. Все паразитные сигналы a имеют большую временную задержку и не попадают в полосу Δwpr и соответственно не появляются на выходе супергетеродинного приемника 13.
В начальном состоянии элемент И 2.6 закрыт низким уровнем с выхода тригера 2.3. Начальный захват системы ЧАП обеспечивается следующим образом. В начальный момент девиация частоты сигнала генератора 9 устанавливается таким образом, чтобы частота биений полезного сигнала превышала частоту настойки тракта промежуточной частоты супергетеродинного приемника 13 в 1,2 1,8 раза (фиг.4). При нажатии кнопочного переключателя 2.1 на выходе тригера 2.3 импульсом с выхода генератора тактового сигнала 1 появится высокий уровень, передний фронт которого установит в нулевое состояние двоичный счетчик 2.7 и будет открыт элемент И 2.6, который пропустит на информационный вход двоичного счетчика 2.7 импульсы с выхода генератора тактового сигнала 1. Цифро-аналоговый преобразователь 2.8 преобразует сигнал с выхода двоичного счетчика 2.7 в аналоговый. Этот сигнал подается на первый вход сумматора 5, где произойдет его суммирование с сигналом с выхода фильтра низкой частоты 6. На выходе сумматора 5 будет сформирован, таким образом, сигнал управления затуханием управляемого аттенюатора 4. Следовательно, амплитуда импульсов с выхода генератора тактового сигнала 1, которая прямо пропорциональна девиации частоты на выходе управляемого СВЧ-генератора частотно-модулированного сигнала 9, будет уменьшаться и соответственно будет уменьшаться девиация частоты. При этом весь спектр сигнала перемещается влево до тех пор, пока частота биений полезного сигнала не попадает в полосу пропускания выходного усилителя супергетеродинного приемника 13 (фиг.5), при этом происходят захват системы ЧАП и прекращение работы блока начальной установки следующим образом. Полезный сигнал на частоте биений поступает на вход частотного детектора 7, настроенного на промежуточную частоту приемника 13. Частотный детектор 7 формирует сигнал, соответствующий рассогласованию частот полезного сигнала и настройки. Далее этот сигнал подается на фильтр низкой частоты 6, где происходит подавление высокочастотных составляющих, которые, возможно, присутствуют на выходе частотного детектора 7. Сигнал с выхода фильтра низкой частоты 6 подается на второй вход сумматора 5. Одновременно сигнал с выхода супергетеродинного приемника 13 детектируется амплитудным детектором 2.4 и подается на пороговый блок 2.2, который выработает высокий уровень на выходе, если сигнал на входе будет больше некоторого заданного уровня. Высокий уровень с выхода порогового блока 2.2 подается на R-вход тригера 2.3 и установит его в противоположное состояние, что приведет к установке элемента И 2.6 в нулевое состояние. В результате прекратится поступление импульсов с генератора 1 на информационный вход счетчика 2.7, что приведет к фиксации напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 2.8 и соответственно к прекращению последовательного ступенчатого увеличения затухания в аттенюаторе 4. На втором выходе тригера 2.3 появится высокий уровень, при этом свечение светового индикатора 2.5 будет свидетельствовать о том, что можно производить измерения диаграммы направленности исследуемой антенны 11 при помощи измерителя амплитуды 3. В процессе измерений сигнал рассогласования с выхода фильтра 6, регулируя затухание в аттенюаторе 4, обеспечивает постоянство частоты биений полезного сигнала.
Последовательно поворачивая исследуемую антенну 11 в азимутальной плоскости, фиксируют зависимость показаний измерителя амплитуды 3 от угла поворота. С изменением угла поворота в устройстве происходят смещение фазового центра исследуемой антенны 11, соответствующее изменение электрической длины линии исследуемая антенна 11 вспомогательная антенна 12 и задержки сигнала Δt при этом постоянство рабочей частоты биений wb обеспечивается автоматической регулировкой параметров управляющего воздействия на входе генератора СВЧ 9 изменением затухания в аттенюаторе 4. Это позволяет исключить затраты времени на ручную настройку устройства при каждом значении угла поворота исследуемой антенны 11 при одновременном подавлении паразитных сигналов, обусловленных переотражениями испытательного СВЧ-сигнала от окружающих предметов и внутренних поверхностей помещения.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на изобретение
1. Миклашевская А. В. Автоматические измерители в диапазоне СВЧ. М. Связь, 1972, с. 47.
2. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов./Под редакцией Г.В.Глебовича. М. Радио и связь, 1984, с. 230.
3. Авт. св. СССР N 985753, Мкл. 3 G 01 R 29/10, 1982 (прототип).
Формула изобретения: 1. Устройство для измерения диаграмм направленности антенны в дальней зоне, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор частотно-модулированного сигнала, направленный ответвитель, супергетеродинный приемник, детектор и фильтр низкой частоты, при этом второй выход направленного ответвителя предназначен для подключения исследуемой антенны, вспомогательную антенну, выход которой соединен с сигнальным входом супергетеродинного приемника, измеритель амплитуды, отличающееся тем, что СВЧ-генератор частотно-модулированного сигнала выполнен управляемым, введены последовательно соединенные генератор тактового сигнала, управляемый аттенюатор и интегратор, выход которого соединен с входом управления частотой управляемого СВЧ-генератора частотно-модулированного сигнала, последовательно соединенные блок начальной установки и сумматор, второй вход которого соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход с входом управления управляемого аттенюатора, при этом выход супергетеродинного приемника соединен с входом измерителя амплитуды и с первым входом блока начальной установки, второй вход которого соединен с выходом генератора тактового сигнала.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок начальной установки выполнен в виде последовательно соединенных амплитудного детектора, вход которого является первым входом блока начальной установки, порогового блока, триггера, элемента И, двоичного счетчика и цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом блока начальной установки, кнопочного переключателя, вход которого является вторым входом блока начальной установки и соединен с вторым входом элемента И, а выход с S-входом триггера и с установочным входом двоичного счетчика, инверсный выход триггера подключен к световому индикатору, второй вход которого соединен с общим проводом.