ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ СИГНАЛА МНОГОШКАЛЬНОГО РЕТРАНСЛЯЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ

February 21, 2013 by admin Комментировать »

Величко Д. А., Левантовский В. Ю., Роенко А. Н. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры, 12, г. Харьков, 61085, Украина тел.: (057) 7448343, e-mail.: rk@ire.kharkov.ua

Аннотация – Приведены результаты экспериментального исследования характеристик запаздывания сигнала многочастотного ретрансляционного измерителя.

I.                                       Введение

Широкое использование средств дистанционного мониторинга и неразрушающего контроля способствует разработке новых и совершенствованию имеющихся методов измерений. Требование высокоточных и одновременно однозначных измерений привело к использованию многошкальных измерителей [1, 2]. В [3] для использования в многошкальных измерителях предложен ретрансляционный метод, приведены соотношения характеризующие сигнал при двойном прохождении по пути распространения и отражении от объекта наблюдения, а также алгоритм снижения результирующих погрешностей.

Как известно, при практическом использовании измерительных систем, отклонения от идеализированного математического описания вносят коррекцию в результирующие зависимости. Поэтому представляют интерес зависимости, полученные в реальных экспериментах.

Цель работы состояла в экспериментальном исследовании характеристик запаздывания сигнала многошкального ретрансляционного измерителя.

II.                               Основная часть

Исследования выполнялись с использованием ретрансляционного измерителя, структурная схема которого приведена на рис.1. На нем обозначены: 1 – двухчастотный радиолокационный датчик, 2 – приемопередающая антенна радиолокационного датчика,

3  – приемопередающая антенна ретранслятора, 4 – ретранслятор, 5 – устройство управления и регистрации, 6 – отражающий объект, 7 – управляемый фа- зосдвигатель.

Рис.1. Схемэ эксперимента Fig.1. The scheme of experiment

Как видно из схемы, к обычному радиолокационному датчику, состоящему из блоков 1,             2,

5  добавляются устройства 3, 4 и 7. Отраженный объектом 6 сигнал принимается расположенным вблизи ретранслятором, преобразуется и излучается в направлении на отражающий объект. В ретрансляторе реализован фазокомпенсационный метод сдвига частоты. Вторично отраженная радиоволна попадает в антенну радиолокационного датчика, где с помощью системы селекции выделяются только те спектральные компоненты, которые являются результатом преобразования в ретрансляторе. В тракте ретранслятора для реализации алгоритма снижения погрешности измерений ([3]) установлен управляемый фазосдвигатель 7. Излучаемый сигнал состоял из двух непрерывных синусоидальных колебаний с частотами р1=60ГГц и р2 =60,015ГГц . Длительность интервалов излучения на каждой частоте значительно превышала время распространения сигнала от антенны 2 радиолокационного датчика до ретранслятора 4 и обратно. Дпя исследований запаздывания сигнала был выбран фазовый набег, пропорциональный разности несущих частот.

Линзовые антенны 2 и 3 с рупорными облучателями имели одинаковые диаграммы направленности, их ширина по уровню половинной мощности в обеих плоскостях около 4°, коэффициент усиления превышал 32 дБ. Уровень боковых лепестков антенн ниже 28 дБ. Обе антенны устанавливались на одной плоской панели и были ориентированы на отражатель 6.

При измерениях выполнялось условие B^R (см. рис.1). Зависимости запаздывания сигнала определялись как изменение показаний фазометра в блоке 5 при изменении расстояния R и имели период £)«λ/4, который при частоте излучения составлял 1,25мм. В качестве отражателей использовались плоские пластины и трехгранные уголки разных размеров. Для снижения влияния колебаний здания на точность измерений, платформа с блоком измерителя и стойка с отражателем устанавливались на одну несущую балку строительной конструкции. Перемещения контролировались с помощью микрометра с ценой деления 0,0\мм . Измерения проводились при движении «вперед» и «назад», результаты усреднялись. Полученные таким способом зависимости при частотах излучения Fj и р2 показаны на рис.2 соответственно кривыми 1 и 2.

Рис. 2. Зависимости изменения фазы Fig. 2. The phase change dependencies

Идеальные зависимости, соответствующие полному подавлению «верхней» компоненты спектра в ретрансляторе Ад=0, представлены прямыми 3 и 4. Как было показано в [3], отклонение характеристики фазового запаздывания сигнала ретрансляционного измерителя от линейной вызвано неполным подавлением одной боковой компоненты спектра в ретрансляторе. Максимальные отклонения от идеальных зависимостей оценивались величиной 21°. При этом экспериментально наблюдаемые на выходе ретранслятора значения боковых компонент спектра были соответственно = 0,8 ν\ Ад = 0,2 . Поскольку частоты двух колебаний отличались незначительно, фазы коэффициентов отражения можно считать равными Ψοι ~ψ{)2< И соотношение для разности фаз, пропорциональной разности двух частот                                                                      принимает

вид аналогичный приведенному в [1]

При Ад=0 эта                              зависимость показана на

рис.2 прямой 5. При                  =0,8 и Ад =0,2 она соответ

ствует кривой 6, симметрична относительно 5 и имеет значительные откпонения.

Для снижения погрешности измерения фазового набега, пропорционального разности несущих частот, был использован метод предложенный в [3]. Суть метода состоит в том, что на каждом временном интервале излучения (на каждой из частот Fj и F2 ) выполняют измерения при двух значениях фазового сдвига β в специальном управляемом фазосдвигателе 7 (рис.1). Полученные зависимости фазового запаздывания сигнала преобразуются по определенному алгоритму. После проведения дополнительной обработки величина погрешности резко снижается, и пространственный интервал между максимальными значениями отклонений от линейного закона сокращается вдвое. Так на рис.2 кривая 7, полученная с использованием отмеченного метода снижения погрешности измерений, значительно меньше отклоняется от прямой 5 в сравнении с кривой 6. Кроме того, после проведения дополнительной обработки в диапазоне однозначного определения дальности появляются области повышенных и пониженных погрешностей определения величины фазового набега, пропорционального разности несущих.

III.                                   Заключение

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить зависимости запаздывания сигнала многошкального ретрансляционного измерителя от изменения расстояния. Экспериментально подтвержден способ снижения ошибок измерения, вызванных неподавленной компонентой спектра, возникающей при преобразованиях в ретрансляторе.

IV.                            Список литературы

[1]  Сколник М. Введение в технику радиолокационных систем // Пер. с англ. под ред. К. Н. Трофимова. М.: Мир, 1965. 747 с.

[2]  Фалькович С. Е., Хомяков Э. Н. Статистическая теория измерительных радиосистем. М.: Радио и связь. 1981. 287 с.

[3] Величко А. Ф., Величко Д. А., Курбатов И. В. Фазовые соотношения и способ снижения погрешностей измерения многочастотных ретрансляционных систем. К.: Известия высших учебных заведений «Радиоэлектроника». 2005. Т. 48. № 5, С. 57-67.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF SIGNAL DELAY IN A MULTISCALE RETRANSMISSION METER

Velichko D. A., Levantovsky V. Yu., Roenko A. N. Usikov Institute of Radiophysics and Electronics,

NAS of Ukraine 12 Ac. Proskura Str., Kharkiv, 61085, Ukraine Ph.: (057) 7448343, e-mail: rk@ire.kharkov.ua

Abstract – The results of experimental investigations into signal delay in a multifrequency retransmission meter are presented.

I.                                         Introduction

Wide application of remote monitoring and nondestructive test facilities contributes to the development of new and perfection of the existing measuring techniques. The aim of this work was to investigate experimentally characteristics of the signal delay in a multirange retransmission meter.

II.                                        Main Part

Investigations have been conducted using a retransmission meter comprising a standard radar sensor and a special complementary repeater employing a phase-compensating method of frequency shift. The signal scattered by a unit under test enters the repeater situated close to the radar sensor, is transformed there and emitted in the opposite direction. The secondary reflection radiowave is received by the radar sensor antenna. In the radar receiver only those spectral components of the signal are selected which have resulted from the transformations in the repeater. The emitted signal consists of two sine oscillations with the frequencies Fi=60GHz and F2=60.015GHz. The duration of emission at each frequency significantly exceeded that of the radiowave propagation from the radar sensor antenna to the repeater and back. To investigate the signal delay, a phase incursion proportional to the difference of carrier frequencies was selected.

Experimental dependences of the signal phase delay on the distance to the reflecting object have been obtained. It has been shown that these dependences are nonlinear due to the incomplete suppression of a single sidetone in the repeater. To decrease measurement errors, a technique proposed in [3] was employed, which involves the following: during each time interval of emission (at each emission frequency Fi and F2) measurements are carried out of two fixed phase shift values using a special controlled phase shifter. Available dependences of the signal phase delay on distances are subsequently processed according to the suggested algorithm [3], following which the extent of error significantly decreases and spatial intervals between maximum deviations from the linear law reduce by half. Apart from that, sections of increased and decreased errors of the obtained phase incursion values appear in the area of unique determination of the distance in proportion to the difference of carrier frequencies.

III.                                       Conclusion

Our experimental investigations have allowed for signal delay dependences on the distance to be defined in a retransmission meter. The technique of decreasing measurement errors caused by unsuppressed sidetone occurring during transformations in the repeater has been verified experimentally.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты