ПРИМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО РАЗНЕСЕННОЙ МНОГОЗОНДОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФАР

February 26, 2013 by admin Комментировать »

Усин В. А.\ Марков В. иД Рожнятовская Л. вД Усина А. В. ^Харьковский Национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, 61166, Украина e-mail: usin_va@rambler.ru ^0A0 «Холдинговая компания «УКРСПЕЦТЕХНИКА» ул. Трутенко 2, г. Киев, 03022, Украина тел.: (8044) 2579922, 2579924, (804622) 44423, e-mail: Markov_VI@ust.ic.com.ua

Аннотация – Для повышения точности и сокращения времени измерения параметров многофункциональных фазированных антенных решеток (МФАР) с широкоугольным сканированием предлагается использовать коммутационный метод выделения сигнала от каждого канала многозон- довой системы (МЗС) с адаптивной компенсацией суммарного сигнала и обеспечить требуемое минимальное расстояние между излучателями по вертикали за счет их разнесения в пространстве.

I.                                       Введение

При разработке и производстве широкополосных МФАР с широкоугольным сканированием объем измерений зависит от числа каналов, возможных форм лучей, количества положений луча в пространственном секторе углов, количества рабочих частот, режимов работы, возможности адаптации ДН к изменению радиолокационной обстановки и ряда других факторов [1]. Поэтому вопросы экономии ресурса, снижения затрат времени и средств на проведение настройки и испытаний изделий приобретают все большее значение.

II.                              Основная часть

Настройка МФАР выполняется на автоматизированных измерительных комплексах (АИК) в ближней зоне излучения [2]. По измеренному амплитуднофазовому распределению (АФР) поля производится синтез пространственной ДН, расчет параметров МФАР, расчет АФР на апертуре и определение комплексных поправок для проведения настройки [3]. Наиболее существенным недостатком метода является большое время сканирования и возникает необходимость проведения калибровочных измерений для уменьшения погрешности измерения фазового распределения, обусловленной изменением температуры, как аппаратуры АИК, так и самой МФАР, за время измерений.

Попытка сократить время измерений за счет увеличения скорости перемещения зонда приводит к увеличению динамических нагрузок на каретки сканера, интенсивному износу сканера, увеличению вибрации и ошибок позиционирования зонда и погрешности измерения АФР за счет уменьшения времени усреднения.

При использовании коллиматорного или интегрального многоканального зонда (ИМЗ), представляющего собой систему антенн, подкпюченных через сумматор к общему тракту передачи сигнала, резко сокращается время измерения эквивалентных АФР, повышается точность установки по одной из координат, уменьшаются вибрации конструкции, возникающие при перемещении зонда [4]. Однако при использовании ИМЗ можно синтезировать только интегральные (главные) сечения ДН, сложно выявить причины, вызвавшие отклонения параметров МФАР от расчетных значений и практически отсутствует возможность расчета пространственных ДН и АФР на апертуре.

При использовании в М3 многоканального перекпючателя (МП) или фазовращателей (ФВ) в каждом канале М3, наряду с интегральным измерением АФР поля появляется возможность выделения коммутационным методом сигналов от каждого из излучателей из суммарного сигнала на выходе М3 для расчета пространственной ДН и АФР на апертуре. При конструировании М3 в виде линейной ФАР возникают те же проблемы, что и при разработке МФАР [5]. Широкополосность излучающих элементов М3 ограничивается их физическими размерами, так как элементы должны быть электрически достаточно большими и, соответственно, физически большими, для того чтобы эффективно излучать на низшей рабочей частоте. Следовательно, низшая рабочая частота широкополосного М3 определяется размерами элементов М3, который, в свою очередь, определяется КСВН элементов или коэффициентом усиления. Рабочая полоса частот М3 определяется размерами его элементов на нижней рабочей частоте и пространственным сектором углов определения параметров МФАР на максимальных углах сканирования на верхней рабочей частоте.

Предложенные технические решения обладают следующими недостатками:

–     на выходе М3 присутствует большой суммарный фоновый сигнал от откпючаемых (закрытых) или некоммутируемых каналов;

–     сложность обеспечения высокой точности измерений АФР при коммутации МП или при выделении сигнала от отдельного излучателя М3 при большом числе каналов;

–     сложность обеспечения требуемого расстояния между элементами М3 в широком диапазоне частот при большом пространственном секторе сканирования;

–     взаимная связь между элементами М3 может ограничивать максимальный угол сканирования;

–     существенное ослабление сигнала, вносимое МП с большой развязкой между каналами;

–     высокий КСВ закрытых каналов (либо усложнение М3 при введении дополнительных переключателей и согласованных нагрузок).

Частично эти недостатки можно исправить, используя линейную структуру фазового и относительную симметрию амплитудного распределений при любом положении луча МФАР в пространстве, путем вкпючения в каналы с четными номерами фиксированных ФВ, обеспечивающих сдвиг фазы сигнала от половины излучателей на 180°, перед их суммированием [6]. Такая конструкция М3 обеспечивает адаптивную компенсацию фонового сигнала, значительно снизив его уровень, и повышает точность определения амплитуды и фазы сигналов в каналах М3 коммутационным методом [7]. Замена запираемых каналов на каналы с согласованными входами ФВ снижает уровень отражения сигналов от М3 и ослабляет влияние М3 на поле исследуемой МФАР. Для увеличения развязки между М3 и МФАР можно установить согласованный поглотитель.

Предложенную в [6] конструкцию М3 можно оптимизировать путем исключения вспомогательных ФВ и внесения 180° фазового сдвига в четные каналы М3 штатными ФВ. Предварительно следует провести индивидуальные измерения параметров каждого ФВ М3 и создать файл, содержащий значения вносимых потерь и реальных фазовых сдвигов при всех комбинациях управляющих сигналов в рабочей полосе частот. Этот файл используется при обработке результатов измерений для повышения точности определения амплитуды и фазы сигналов в каналах М3

Основное противоречие при конструировании широкополосных М3 – обеспечение требуемого расстояния между крупногабаритными элементами устраняется за счет их пространственного разнесения. Достаточно большие габариты вертикальной колонны сканера, обусловленные конструктивными требованиями, предоставляют возможность конструктивно выполнить многоканальную зондовую систему (МЗС) в виде разнесенных в пространстве излучателей. В свою очередь, это позволяет снизить взаимное влияние между излучателями при высокой эквивалентной плотности их размещения по вертикали и обеспечить требуемую разрешающую способность расчета АФР на апертуре и высокую точность определения ДН в широком секторе углов.

При использовании МЗС особое внимание необходимо уделять вопросам калибровки измерительных каналов МЗС.

Оперативный контроль параметров измерительных каналов МЗС проводится в начале и конце цикла измерения по сигналу от неподвижного зонда (НЗ). Для оценки результатов контроля МЗС (комплексных коэффициентов передачи каналов), полученных в условиях облучения неплоской волной, используются нормирующие коэффициенты (НК), учитывающие условия размещения НЗ. НК определяются путем последовательного облучения одного и того же элемента ФАР зондирующим сигналом от НЗ, с жестко фиксированным расположением относительно излучателей МЗС и подвижного зонда (ПЗ), который в процессе калибровки устанавливается против каждого излучателя МЗС. Последовательно производится две операции измерения комплексных коэффициентов передачи, соответственно, от НЗ и ПЗ. Результаты измерения используются для расчета НК, которые считаются неизменными и используются при работе МЗС.

Для создания МЗС для измерения параметров МФАР необходимы оптимальные по электрическим и массогабаритным параметрам широкополосные излучающие элементы, совместимые с интегральными схемами СВЧ фазовращателей. Совокупности этих требований удовлетворяют открытые планарные щелевые излучатели, работающие в многооктавной полосе частот. На их основе можно создавать технологичные широкополосные МЗС.

III.                                  Заключение

Предложенная в данной работе многоканальная зондовая система с пространственным разнесением измерительных каналов позволяет увеличить эквивалентную плотность размещения излучающих элементов и, в то же время, ослабить влияние МЗС на поле исследуемой МФАР. Адаптивная компенсация фонового сигнала и использование априорной информации о величинах вносимых потерь и реальных фазовых сдвигов при всех комбинациях управляющих сигналов в рабочей полосе частот повышает эффективность применения коммутационного метода для разделения сигналов от отдельных каналов и позволяет повысить точность измерения двумерного массива АФР.

Применение МЗС позволяет сократить время и стоимость проведения испытаний МФАР с широкоугольным сканированием в широкой полосе рабочих частот и обеспечить экономию ресурса изделия и АИК.

IV.                             Список литературы

[1]  Методы измерения характеристик антенн СВЧ. / Под ред. Н. М. Цейтлина, – М.: Радио и связь, 1985. – 368 с.

[2]  Slater, Dan, Near-field antenna measurements / Boston: Artech House, 1991, 310 p.

[3]  Усин В. A., Марков В. И., Филоненко А. Б. Расчетноэкспериментальный метод настройки многоканальных ФАР. Электромагнитные волны и электронные системы,

2004,       т.9, № 3-4, стр. 94-100.

[4]  Методы измерения параметров излучающих систем в ближней зоне /У7. Бахрахи др. – Л.: Наука, 1985. – 272 с.

[5]  Stutzman И/. L, Buxton С. G. Radiating Elements for Wideband Phased Arrays. Microwave Journal, Vol. 43, No. 2, February 2000, pp. 130-141.

[6]  Усин В. A., Марков В. И., Анохина О. Д., Усина А. В., Рожнятовская Л. В. Многоканальный зонд для измерений параметров антенн апертурно-зондовым методом // Труды 15 Международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Сг1М1Со’05) Севастополь: «Вебер», 2005-т.2, с. 713-714.

[7]  Коммутационный метод измерения характеристик ФАР/ Г. Г. Бубнов, С. М. Никулин, Ю. Н. Серяков, С. А. Фурсов

–         М.: Радио и связь, 1988. – 120 с.

SPATIALLY DISTRIBUTED MULTI-PROBE SYSTEM IN PHASED ARRAY MEASUREMENTS

UsinV. A.\ Markov V. 1.^, Rozhnyatovskaya L. V.^, Usina A. V.^

^Kharkiv National University of Radio Electronics

14            Prospekt Lenina, Kharkiv, 61166, Ukraine Ph.: (80572) 218050, e-mall: usln_va@rambler.ru ^ OJSC Ukrspetstechnlka

2                    Trutenko St., Kyiv, 03022, Ukraine Ph./fax: +3804622-44423 e-mall: Markov_ VI@ust.lc.com.ua

Abstract – Specific issues of applying a spatially distributed multi-probe system in phased array measurements allowing for faster and more accurate alignment and assessment are examined.

The measurement system uses spatially distributed probes with a phase shift to isolate signals in each channel against the background of the measured total signal in order to facilitate measurements and overcome design and process limitations. While implementing such systems, special attention should be paid to issues related to calibration and monitoring of multichannel probe and to algorithms of the controlled channel signal isolation, including proper location and number of probe antennas, transfer matrix calibration, development and proper application of normalizing coefficients.

The available results show that the application of the spatially distributed multi-probe system in the alignment and testing of phased array antennas provides increased accuracy along with time and cost savings.

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