SU1635148A1 - Multichannel device for tuning of phased array - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике антенных измерений и может быть использовано дл  настройки фазированных антенных ре9 ;а ММ шеток (ФАР) с управл мыми дискретными фазовращател ми Цель изобретени  - сокращение времени настройки. Устройство содержит генератор 1 СВЧ, направленный ответвитель 2, исследуемую ФАР 3. измерительный зонд 4, СВЧ-смеситель 5, усилитель 6 промежуточной частоты, m блоков 7 преобразовани  (БП), опорный управл емый СВЧ-фазовращатель (ФВ) 8, генератор 9 пр моугольных импульсов, делители 10 и 11 частоты на два блок 12 настройки (БН). блок 13 управлени  и ФВ 14 исследуемой ФАР 3 В каждом БП 7 производитс  фазовое детектирование поступающего на его первый вход сигнала, несущего информацию о фазе Ј3The invention relates to the technique of antenna measurements and can be used to tune phased antenna systems, and MM wire rods (PAR) with discrete controlled phase shifters. The purpose of the invention is to reduce setup time. The device contains a microwave generator 1, a directional coupler 2, studied by HEADLIGHT 3. measuring probe 4, microwave mixer 5, intermediate frequency amplifier 6, m conversion units 7 (BP), reference controlled microwave phase shifter (EF) 8, generator 9 pr coal impulses, dividers 10 and 11 frequencies into two tuning unit 12 (BN). control unit 13 and PV 14 of the examined PARAM 3 In each PD 7, a phase detection of a signal arriving at its first input carrying phase information Ј3 is performed

Description

в канале 1-го ФВ 14, относительно опорного сигнала, сдвинутого на врем  г . Э го позвол ет сформировать на выходе БП 7 сигнал, амплитуда которого пропорциональна сдвигу фазы о канале 1-го ФВ 14 и который поступает на вход БН 12, который формируетin the channel of the 1st PV 14, relative to the reference signal shifted by the time r. This allows you to generate at the output of the BP 7 signal, the amplitude of which is proportional to the phase shift about the channel of the 1st PV 14 and which is fed to the input of the BN 12, which forms

сигнал управлени  ФВ 14 и компенсирует Фазовую ошибку. Многоканальность устройства (т п, где п -числоэлементов ФАР 3)позвол ет значительно сократить затраты времени на настройку. 1 ил.control signal of the PV 14 and compensates for the phase error. The multichannel device (m p, where n is the number of elements of HEADLAMP 3) significantly reduces the time required for tuning. 1 il.

Изобретение относитс  к технике антенных измерений и может быть использовано дл  настройки фазированных антенных решеток (ФАР) с управл емыми дискретными фазовращател ми.The invention relates to the technique of antenna measurements and can be used to adjust phased antenna arrays (PAR) with controlled discrete phase shifters.

Цель изобретени  - п реме- ми настройкиThe purpose of the invention is to adjust settings.

На чери же изображена электрическа  структурна  схема предлагаемого устройства .An electric structure of the device is shown on the cherry tree.

Устройство содержит последовательно соединенные СВЧ-генератор 1 и направленный ответвитель 2, первый выход которого подсоединен к входу исследуемой ФАР 3, последовательно соединенные измерительный зонд 4, СВЧ-смегитель Ь и усилитель б промежуточной частоты (УИЧ), выход которого подсоединен к первому входу каждого из m бчоков 7 преобразовани , опорный управл емой СВЧ-фазовращатель 8, включенный между втором выходом направленного ответвител  2 и вторым входом СВЧ-смесител  6, последовательно соеди ценные генератор 9 пр моугольных импульсов , первый 10 и второй 11 делители частот i на два, выход генератора 9 и делителей Ю и 11 частоты подключены к первому второму и третьему управл ющим входам фазовращател  8 соответственно, выходделител The device contains a series-connected microwave generator 1 and a directional coupler 2, the first output of which is connected to the input of the studied PARAM 3, series-connected measuring probe 4, the microwave mixer b, and an intermediate frequency amplifier b (WICH) whose output is connected to the first input of each m conversion blocks 7, a reference controlled microwave phase shifter 8 connected between the second output of the directional coupler 2 and the second input of the microwave mixer 6, successively connect a valuable rectangular pulse generator 9 c, the first 10 and second 11 frequency dividers i into two, the output of the generator 9 and the dividers U and 11 of the frequency are connected to the first second and third control inputs of the phase shifter 8, respectively, the output separator

11частоты на два подсоединен к третьему входу каждого из m блоков 7 преобразовани , выход i-ro блока 7 преобразовать (j - 1,2,...т) подсоединен к первому входу 1-го блока 12 настройки, второй и третий входы каждого из которых подключены к первом/ и второму выходам блока 13 управлени . Первый, второй и третий выходы i-ro блока11 frequencies for two are connected to the third input of each of the m conversion units 7, the output of the i-ro block 7 converts (j - 1,2, ... t) connected to the first input of the 1st setting unit 12, the second and third inputs of each of which are connected to the first / and second outputs of the control unit 13. The first, second and third outputs of the i-ro block

12настройки подсоединены к перрому, второму и третьему управл ющим входам соот- ветственно i-ro фазовращател  14 исследуемой ФАР 3, четвертый выход i-ro блока 12 настройки подключен к второму входу 1-го блока 7 преобразовани . Блок 7 преобразовани  включает последовательно соединенные фазовый детектос 15, вход которого  вл етс  первым входом блока 7 преобразовани , и фильтр 16 нижних частот (ФНЧ), выход которого  вл етс  выходом блока 7 преобразовани , последовательно соединенные смеситель 17, первый и пто0ой входы которого  вл ютс  вторым и третьим входами соответственно блока 7 преобразовани , полосовой фильтр 18, лини  19 задержки и фазовращатель 20 на 90°,The 12 settings are connected to the perimeter, the second and the third control inputs respectively of the i-ro phase shifter 14 of the studied PARAM 3, the fourth output of the i-ro of the tuning unit 12 is connected to the second input of the 1st conversion unit 7. The conversion unit 7 includes a series-connected phase detector 15, whose input is the first input of the conversion unit 7, and a low-pass filter (LPF) 16, the output of which is the output of the conversion unit 7, the serially connected mixer 17, the first and fifth inputs of which are the second and third inputs, respectively, of the conversion unit 7, the band-pass filter 18, the delay line 19 and the phase shifter 20 by 90 °,

выход которого подсоединен к второму входу фазового детектора 15. Блок 12 настройки включает последовательно соединенные управл емый генератор 21 пр моугольных импульсов, вход которого  вл етс  первымthe output of which is connected to the second input of the phase detector 15. The tuning unit 12 includes a series-connected controlled oscillator 21 of rectangular pulses whose input is the first

входом блока настройки, коммутатор 22, третий 23 и четвертый 24 делители частоты на два, последовательно соединенные частотомер 25, вход которого подключен к выходу управл емого генератора 21the input of the tuner, the switch 22, the third 23 and the fourth 24 frequency dividers into two, serially connected frequency meter 25, the input of which is connected to the output of the controlled oscillator 21

пр моугольных импульсов, и дешифратор 26 первый, второй и третий выходы которого подсоединены через первый 27, второй 28 и третий 29 блоки пам ти к первому входу первого 30, второго 31 и третьего 32 сумматоров по модулю два соответственно, выходы юторых  вл ютс  первым, вторым и третьим выходами блока 12 настройки со- отымствснно Второй выход первого 30, второго 31 и третьего 32 сумматоров по модулю двч подсоединен к выходу коммутатора 22, третьего делител  23 частоты на два и чепертого делител  24 частоты на два соответственно, а выход четвертого делител  24 частоты на два  вл етс  четвертымrectangular pulses, and a decoder 26 of the first, second and third outputs of which are connected via the first 27, second 28 and third 29 memory blocks to the first input of the first 30, second 31 and third 32 modulo-two adders, respectively, the outputs of the first, the second and third outputs of the tuning unit 12 are correspondingly the second output of the first 30, second 31 and third 32 modulo two adders are connected to the output of the switch 22, the third frequency divider 23 by two and the quad frequency divider 24 by two, respectively, and the fourth output divides ate 24 frequencies for two is fourth

выходом блока 12 настройки. Входы управлени  коммута гора 22 и частотомера 25  вл ютс  вторым и третьим входами блока 12 настройки (т п, ;де п - число элементов ФАР).output unit 12 settings. The control inputs of the commutator mount 22 and the frequency meter 25 are the second and third inputs of the tuning unit 12 (m n,; de n is the number of elements of the HEADLAMP).

Устройство работает следующим образомThe device works as follows

Сигнал с блока 13 управлени  открывает коммутатор 22, обеспечива , таким образом , прохождение модулирующего сигналаThe signal from the control unit 13 opens the switch 22, thus ensuring the passage of the modulating signal

с управл емою генератора 21 пр моугольных импульсов через делитель 23 частоты на два. а затем через делитель 24 частоты на два. При условии, что блоки 27-29 пам ти наход тс  в исходном (нулевом) состо нии,The generator of 21 rectangular pulses is controlled by a frequency divider 23 by two. and then through the divider 24 frequencies into two. Provided that blocks 27-29 of memory are in the initial (zero) state,

управл ющие сигналы непосредственно с коммутатора 22 и делителей 23 и 24 частоты через сумматоры 30-32 по модулю два без изменений проход т на управл ющие входы 45, 90 и 180-градусных секций управл емого дискретного СВЧ-фазовращател  14control signals directly from the switch 22 and frequency dividers 23 and 24 modulo two modulators 30-32 pass unchanged to control inputs 45, 90, and 180-degree sections of the controlled discrete microwave phase shifter 14

ФАР 3. Учитыва  апроксимированный пилообразный закон изменени  состо ний фазовращател  14, сигнал СВЧ-1 генератора.HEADLIGHT 3. Considering the approximated sawtooth law of change in the states of the phase shifter 14, the microwave signal-1 generator.

Uo(t) UoCOS (Do t,(1)Uo (t) UoCOS (Do t, (1)

пройд  направленный ответвитель 2 и управл емый дискретный СВЧ-фазовраща- тель 14, на входе измерительного зонда 4 будет иметь приращение частоты, равное частоте модул цииhaving passed a directional coupler 2 and a controlled discrete microwave phase shifter 14, at the input of the measuring probe 4 it will have a frequency increment equal to the modulation frequency

Ui(t)-Uicos(fflb+)t+pi. (2)Ui (t) -Uicos (fflb +) t + pi. (2)

где DI - амплитуда сигнала;where DI is the signal amplitude;

(Оо - несуща  частота СВЧ-генерато- ра 1;(Oo is the carrier frequency of the microwave generator 1;

QI - частота генератора 21 пр моугольных импульсов 21;QI is the oscillator frequency of 21 rectangular pulses 21;

р - фазовый сдвиг вектора сигнала первого элемента ФАР 3;p is the phase shift of the vector of the signal of the first element of the HEADLAMP 3;

t - врем .t - time

Аналогичным образом формируютс  сигналы остальных элементов ФАР 3, при этом управл ющие сигналы дл  других фазовращателей 14 ФАР 3 формируют другие блоки 12 настройки точно так же, как и первый блок 12 настройки с тем отличием, что управл емый генератор 21 в каждом случае имеет свою, независимую от остальных частоту QI . Общий сигнал ФАР 3, прин тый измерительным зондом 4, записываетс  как суперпозици  сигналов отдельных элементов ФАР 3Similarly, the signals of the remaining PAR elements 3 are formed, while the control signals for the other phase shifters 14 of the PAR 3 form the other tuning blocks 12 in the same way as the first tuning block 12 with the difference that the controlled oscillator 21 in each case has its own Frequency independent QI. The general signal of the PAR 3, received by the measuring probe 4, is recorded as a superposition of the signals of the individual elements of the PAR 3

Uz(t) Ј -Ui cos (Ыо+).. (3)Uz (t) Ј -Ui cos (Yo +) .. (3)

1 141 14

где i - номер элемента ФАР 3;where i is the number of the element PAR;

т - количество измерительных каналов.t is the number of measuring channels.

Сигнал опорного канала формируетс  с помощью направленного ответвител  2 и опорного управл емого СВЧ-фазовращате- л  8, управл ющие сигналы дл  которого вырабатывают генератор 9 пр моугольных импульсов с делител ми на два 10 и 11 частоты .The signal of the reference channel is generated using a directional coupler 2 and a reference controlled microwave phase shifter 8, the control signals for which produce a square-wave generator 9 with dividers of two 10 and 11 frequencies.

Don (О Uon COS (Ota + ) t , Qon Й1 .Don (About Uon COS (Ota +) t, Qon Th. 1.

(4)(four)

Сигналы, определ емые по формулам (3) и (4), поступают на входы СВЧ-смесител  5, на выходе которого с помощью УПЧ 6 можно выделить суммарный сигнал ФАР 3 на промежуточной частотеThe signals determined by the formulas (3) and (4) are fed to the inputs of the microwave mixer 5, the output of which using the IFC 6 can be used to extract the total signal of PAR 3 at the intermediate frequency

U3(t)|iUi2cos().(5)U3 (t) | iUi2cos (). (5)

Рассмотрим как формируетс  сигнал управлени  генератора 21. На второй вход фазового детектора 15 поступает опорный сигнал промежуточной частоты, формирующийс  из сигналов с делителей 11 и 24 частоты с помощью смесител  17 и полосовогоConsider how the generator 21 control signal is generated. The second input of the phase detector 15 receives the intermediate frequency reference signal, which is formed from the signals from the dividers 11 and 24 frequencies using a mixer 17 and a band pass

фильтра 18, выполн ющих роль переносчика частоты, а такжефиксированной линии 19 задержки и фазовращател  20 на 90°. ПЧ- сигнал опорного канала, учитыва  только разностную компоненту от перемножени  сигналов с выходов делителей 11 и 24 частоты , выдел емую полосовым фильтром 18, запишетс  в видеfilter 18, acting as a frequency carrier, as well as a fixed delay line 19 and a phase shifter 20 by 90 °. The IF signal of the reference channel, taking into account only the difference component from multiplying the signals from the outputs of the dividers 11 and 24 frequencies allocated by the bandpass filter 18, will be written as

U4(t)- U4COS fc(t+r)+|. (6)U4 (t) - U4COS fc (t + r) + |. (6)

где т- врем  задержки фиксированной линии 19 задержки.where t is the delay time of the fixed delay line 19.

При перемножении в фазовом детекторе 15 сигналов, определ емых по формулам (5) и (6), ФНЧ 16 будет выдел ть посто нную составл ющую результирующего сигнала, обусловленную взаимодействием опорного ПЧ-сигнала лишь с компонентой сигнала (5), имеющей ту же частоту, что и частота опор- ного сигнала.By multiplying the 15 signals in the phase detector, defined by formulas (5) and (6), the low-pass filter 16 will extract the constant component of the resulting signal due to the interaction of the reference IF signal with only the signal component (5) as the frequency of the reference signal.

Таким образом, на выходе ФНЧ 16 будет формироватьс  сигнал, уровень которого пропорционален .Thus, at the output of the low-pass filter 16, a signal will be generated, the level of which is proportional.

(7)(7)

).).

Этот уровень будет приводить к изменению частоты управл емого генератора 21 до тех пор, пока выражение (7) не станет равным нулю. А это значит, что генератор 2This level will lead to a change in the frequency of the controlled oscillator 21 until expression (7) becomes zero. This means that generator 2

станет в частотную точку, однозначно определ ющую разность фаз между опорным и измерительным сигналами, поступающими на входы фазового детектора 15. Пон тно, что эта разность фаз должна равн тьс  л/2,will become at the frequency point that uniquely determines the phase difference between the reference and measurement signals at the inputs of the phase detector 15. It is clear that this phase difference should be l / 2,

а это. в свою очередь, при фиксированном значении величины линии 19 задержки, однозначно определ ет величину р, настраиваемого канала антенной решетки. Заметим также, что значение 3 л/2. при котором выражение (7) также равно нулю, при фазовой автоподстройке  вл етс  неустойчивым.and this in turn, at a fixed value of the delay line 19, it uniquely determines the value of p, of the tuned channel of the antenna array. Note also that the value of 3 l / 2. in which expression (7) is also zero, it is unstable with phase self-tuning.

После завершени  процесса установки управл емых генераторов 21 всех измерительных каналов в точки частотного диапазона , определ ющие фазовые положени  векторов сигналов отдельных излучателей ФАР 3, что можно зафиксировать по стабильности показаний блоков измерени  частоты (частотомеров) 25 блок 13 управлени After completing the process of installing controlled oscillators 21 of all measuring channels in the frequency range points, determining the phase positions of the signal vectors of individual PAR emitters 3, which can be fixed by the stability of the readings of frequency measurement units (frequency meters) 25 control unit 13

выдает сигнал управлени , закрывающий коммутатор 22, и одновременно сигнал разрешени  считывани  показаний частотомера 25 в цифровом виде. Дешифратор 26 по цифровым показани м частотомера выработает сигналы (статические) управлени , которые будут зафиксированы в блоках 27- 29 пам ти, соответствующих 45. 90 и 180- градусным дискретам управлени  фазовращател  14, и через сумматоры 3032 по модулю два управл ющие сигналы поступ т на входы управлени  фазовращател  14. Аналогичным образом вырабатываютс  настроечные коды во всех блоках 12 настройки, осуществл  , таким образом, автоматическую фазировку элементов решетки в точку, п которой находитс  измерительный зонд 4. При этом врем  настройки по сравнению с прототипом сокращаетс  D количество раз, равное числу каналов настройки.issues a control signal that closes the switch 22, and at the same time a read enable signal of the frequency meter 25 in digital form. The decoder 26, according to the digital readings of the frequency meter, produces (static) control signals that will be recorded in memory blocks 27-29, corresponding to 45. 90 and 180-degree control slots of the phase shifter 14, and through the modifiers 3032 modulo two control signals to the control inputs of the phase shifter 14. In the same way, the tuning codes are generated in all the blocks 12, thus, automatically phasing the lattice elements to the point where the measuring probe 4 is located. Menus compared with the prototype D is reduced number of times equal to the number of channels settings.

Claims (1)

Формула изобретени  Многоканальное устройство дл  настройки фазированной антенной решетки, включающее последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный ответ- витель, первый выход которого  вл етс  выходом длл подсоединени  входа исследуемой фазированной антенной решетки (ФАР), последовательно соединенные измерительный зонд, СВЧ-смеситель и усилитель промежуточной частоты, причем второй вход СВЧ-смесител  подключен к второму выходу направленного ответпител  через опорный управл емый СВЧ-фэзовра- щагель, последовательно соединенные генератор пр моугольных импульсов, первый и второй делители частоты на два, причем выходы генератора пр моугольных импульсов , первого и второго делителей частоты на два подключены соответственно к первому, второму и третьему управл ющим входам опорного управл емого СВЧ-фазовращате- л  соответственно, блок настройки, включающий первый, второй и третий блоки пам ти, выход каждого из которых подключен к первому входу первого, второго и третьего сумматоров по модулю два соответственно , последовательно соединенные третий и четвертый делители частоты на два. вход третьего делител  частоты на два подключен к второму входу первого сумматора по модулю два, а выход третьего делител  частоты подсоединен к второму входу второго сумматора по модулю два, выход четвертого делител  частоты на два подключен к второму входу третьего сумматора по модулю два, отличающеес  тем, что, сClaims of the Invention A multichannel device for tuning a phased antenna array comprising a series-connected microwave generator and a directional coupler, the first output of which is an output for connecting the input of the phased antenna array under study, a series-connected measuring probe, a microwave mixer and an intermediate frequency amplifier The second input of the microwave mixer is connected to the second output of the directional receiver through the reference controlled microwave phase switch connected generator of rectangular pulses, the first and second frequency dividers into two, and the outputs of the generator of rectangular pulses, the first and second frequency dividers into two are connected respectively to the first, second and third control inputs of the reference controlled microwave phase shifter, respectively, block settings, including the first, second and third memory blocks, the output of each of which is connected to the first input of the first, second and third modulo-two adders, respectively, connected in series to the third and h The fourth frequency dividers are two. the input of the third frequency divider is connected to the second input of the first modulo two adder, and the output of the third frequency divider is connected to the second input of the second modulo two adder, the output of the fourth frequency divider is connected to the second input of the second modulator two adductor, what with целью сокращени  времени настройки, в блок настройки введены управл емый генератор пр моугольных импульсов, вход которого  вл етс  первым входом блокаTo reduce the tuning time, a controlled rectangular pulse generator, whose input is the first input of the block, is entered into the tuning block. настройки, а выход подключен к входу введенных коммутатора и частотомера, входы управлени  которых  вл ютс  вторым и третьим входами блока настройки, выход коммутатора подсоединен к входу третьегоsettings, and the output is connected to the input of the entered switch and frequency meter, the control inputs of which are the second and third inputs of the tuner, the output of the switch is connected to the input of the third делител  частоты на два, а выход частотомера - к входу дешифратора, выходы первого, второго и третьего сумматоров по модулю два  вл ютс  первым, вторым и третьим выходами блока настройки соответственно, аa frequency divider by two, and the output of the frequency meter to the input of the decoder, the outputs of the first, second and third modulo-two adders are the first, second and third outputs of the tuner, respectively, and выход четвертого делител  частоты на два  вл етс  четвертым выходом блока настройки , а также введены дополнительно (т-1) блоков настройки, блок управлени  и m блоков преобразовани , каждый из которых включает последовательно соединенные фазовый детектор, первый вход которого  вл етс  первым входом блока преобразовани , и фильтр нижних частот, выход которого  вл етс  выходом блокаthe output of the fourth frequency divider by two is the fourth output of the tuner, and additional settings (t − 1) of tuners, a control unit and m conversion units are added, each of which includes series-connected phase detector, the first input of which is the first input of the conversion unit and a low pass filter whose output is a block output преобразовани , последовательно соединенные смеситель, первый и второй входы которого  вл ютс  вторым и третьим входами блока преобразовани  соответственно, полосовой фильтр, лини  задержки и фазовращатель на 90°, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, первый вход каждого блока преобразовани  подсоединен к выходу усилител  промежуточной частоты, а третий вход - к выходуconversion, serially connected mixer, the first and second inputs of which are the second and third inputs of the conversion unit, respectively, bandpass filter, delay line and phase shifter through 90 °, the output of which is connected to the second input of the phase detector, the first input of each conversion unit is connected to the output of the amplifier intermediate frequency, and the third input - to the output второго делител  частоты на два, первый, второй и третий выходы i-ro блока настройки (i 1,2т) подсоединены к первому.The second frequency divider into two, the first, second and third outputs of the i-ro tuner (i 1,2t) are connected to the first. второму и третьему управл ющим входам соответственно i-ro фазовращател  ФАР,the second and third control inputs, respectively, of the i-ro phase shifter of the PAR, четвертый выход i-ro блока настройки подключен к второму входу блока преобразовани  первый вход i-ro блока настройки подсоединен к выходу i-ro блока преобразовани , второй и третий входы каждого блокаthe fourth output of the i-ro tuner is connected to the second input of the conversion unit; the first input of the i-ro tuner is connected to the output of the i-ro conversion unit; the second and third inputs of each block настройки подключены к первому и второму выходам блока управлени  соответственно, m п. п - число элементов испытуемой ФАР.the settings are connected to the first and second outputs of the control unit, respectively; and m p. n is the number of elements of the test phased array.