Величко Д А, Льовантовський В Ю, Роєнко А Н Інститут радіофізики та електроніки ім А Я Усикова НАН України вул Ак Проскури, 12, м Харків, 61085, Україна тел: (057) 7448343, e-mail: Rk@irekharkovua

Анотація – Наведено результати експериментального дослідження характеристик запізнювання сигналу многочастотного ретрансляційного вимірювача

I                                       Введення

Широке використання засобів дистанційного моніторингу та неруйнівного контролю сприяє розробці нових і вдосконаленню існуючих методів вимірювань Вимога високоточних і одночасно однозначних вимірювань призвело до використання многошкальних вимірників [1, 2] В [3] для використання в многошкальних измерителях запропонований ретрансляційний метод, наведені співвідношення характеризують сигнал при подвійному проходженні по шляху поширення і відображенні від обєкта спостереження, а також алгоритм зниження результуючих похибок

Як відомо, при практичному використанні вимірювальних систем, відхилення від ідеалізованого математичного опису вносять корекцію в результуючі залежності Тому становлять інтерес залежності, отримані в реальних експериментах

Мета роботи полягала в експериментальному дослідженні характеристик запізнювання сигналу многошкального ретрансляційного вимірювача

II                               Основна частина

Дослідження виконувалися з використанням ретрансляційного вимірювача, структурна схема якого наведена на рис1 На ньому позначені: 1 – двохчастотний радіолокаційний датчик, 2 – приемопередающая антена радіолокаційного датчика,

3 – Приемопередающая антена ретранслятора, 4 – ретранслятор, 5 – пристрій управління та реєстрації, 6 – відображає обєкт, 7 – керований фа-зосдвігатель

Рис1 Схеме експерименту Fig1 The scheme of experiment

Як видно зі схеми, до звичайного радиолокационному датчику, що складається з блоків 1, 2,

5 додаються пристрої 3, 4 і 7 Відбитий обєктом 6 сигнал приймається розташованим поблизу ретранслятором, перетвориться і випромінюється в напрямі на що відображає обєкт У ретрансляторі реалізований фазокомпенсаціонний метод зсуву частоти Вдруге відображена радіохвиля потрапляє в антену радіолокаційного датчика, де за допомогою системи селекції виділяються тільки ті спектральні компоненти, які є результатом перетворення в ретрансляторі У тракті ретранслятора для реалізації алгоритму зниження похибки вимірювань ([3]) встановлено керований фазосдвігатель 7 Випромінюваний сигнал складався з двох безперервних синусоїдальних коливань з частотами р1 = 60ГГц і р2 = 60,015 ГГц Тривалість інтервалів випромінювання на кожній частоті значно перевищувала час поширення сигналу від антени 2 радіолокаційного датчика до ретранслятора 4 і назад Дпя досліджень запізнювання сигналу був обраний фазовий набіг, пропорційний різниці несучих частот

Лінзові антени 2 і 3 з рупорними облучателями мали однакові діаграми спрямованості, їх ширина за рівнем половинної потужності в обох площинах близько 4 °, коефіцієнт посилення перевищував 32 дБ Рівень бічних пелюсток антен нижче 28 дБ Обидві антени встановлювалися на одній плоскої панелі і були орієнтовані на відбивач 6

При вимірах виконувалася умова B ^ R (див рис1) Залежності запізнювання сигналу визначалися як зміна показань фазометра в блоці 5 при зміні відстані R і мали період £) «λ / 4, який при частоті випромінювання становив 1,25 мм В якості відбивачів використовувалися плоскі пластини і тригранні куточки різних розмірів Для зниження впливу коливань будівлі на точність вимірювань, платформа з блоком вимірювача і стійка з відбивачем встановлювалися на одну несучу балку будівельної конструкції Переміщення контролювалися за допомогою мікрометра з ціною поділки 0,0 \ мм Виміри проводилися при русі «вперед» і «назад», результати усереднювалися Отримані таким способом залежності при частотах випромінювання Fj і р2 показані на рис2 відповідно кривими 1 і 2

Рис 2 Залежності зміни фази Fig 2 The phase change dependencies

Ідеальні залежності, відповідні повного придушення «верхньої» компоненти спектра в ретрансляторі Ад = 0, представлені прямими 3 і 4 Як було показано в [3], відхилення характеристики фазового запізнювання сигналу ретрансляційного вимірювача від лінійної викликано неповним придушенням однієї бічної компоненти спектра в ретрансляторі Максимальні відхилення від ідеальних залежностей оцінювалися величиною 21 ° При цьому експериментально спостережувані на виході ретранслятора значення бічних компонент спектра були відповідно = 0,8 ν \ Ад = 0,2 Оскільки частоти двох коливань відрізнялися незначно, фази коефіцієнтів відбиття можна вважати рівними Ψοι ~ ψ {) 2 < І співвідношення для різниці фаз, пропорційною різниці двох частот приймає

вид аналогічний наведеному в [1]

При Ад = 0 ця залежність показана на

рис2 прямий 5 При = 0,8 і Пекло = 0,2 вона відпо

ствует кривої 6, симетрична щодо 5 і має значні откпоненія

Для зниження похибки вимірювання фазового набігу, пропорційного різниці несучих частот, був використаний метод запропонований в [3] Суть методу полягає в тому, що на кожному часовому інтервалі випромінювання (На кожній з частот Fj і F2) виконують вимірювання при двох значеннях фазового зсуву β в спеціальному керованому фазосдвігателе 7 (рис1) Отримані залежності фазового запізнювання сигналу перетворюються за певним алгоритмом Після проведення додаткової обробки величина похибки різко знижується, і просторовий інтервал між максимальними значеннями відхилень від лінійного закону скорочується вдвічі Так на рис2 крива 7, отримана з використанням зазначеного методу зниження похибки вимірювань, значно менше відхиляється від прямої 5 в порівнянні з кривою 6 Крім того, після проведення додаткової обробки в діапазоні однозначного визначення дальності зявляються області підвищених і знижених похибок визначення величини фазового набігу, пропорційного різниці несучих

III                                   Висновок

Проведені експериментальні дослідження дозволили встановити залежності запізнювання сигналу многошкального ретрансляційного вимірювача від зміни відстані Експериментально підтверджено спосіб зниження помилок вимірювання, викликаних неподавленной компонентою спектра, що виникає при перетвореннях в ретрансляторі

IV                            Список літератури

[1] Сколнік М Введення в техніку радіолокаційних систем / / Пер з англ під ред К Н Трофімова М: Світ, 1965 747 с

[2] Фалькович С Є, Хомяков Е Н Статистична теорія вимірювальних радіосистем М: Радіо і звязок 1981 287 с

[3] Величко А Ф, Величко Д А, Курбатов І В Фазові співвідношення і спосіб зниження похибок вимірювання багаточастотних ретрансляційних систем К: Известия вищих навчальних закладів «Радіоелектроніка» 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@irekharkovua

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=60015GHz 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р