Усін В А \ Марков В іД Рожнятівська Л ВД Усіна А В ^ Харківський Національний університет радіоелектроніки пр Леніна, 14, м Харків, 61166, Україна e-mail: usin_va@ramblerru ^ 0A0 «Холдингова компанія «УКРСПЕЦТЕХНИКА» вул Трутенка 2, м Київ, 03022, Україна тел: (8044) 2579922, 2579924, (804 622) 44 423, e-mail: Markov_VI@usticcomua

Анотація – Для підвищення точності та скорочення часу вимірювання параметрів багатофункціональних фазованих антенних решіток (МФАР) з ширококутним скануванням пропонується використовувати комутаційний метод виділення сигналу від кожного каналу Багатозонний-довой системи (МЗС) з адаптивною компенсацією сумарного сигналу і забезпечити необхідну мінімальну відстань між випромінювачами по вертикалі за рахунок їх рознесення в просторі

I                                       Введення

При розробці і виробництві широкосмугових МФАР з ширококутним скануванням обсяг вимірювань залежить від числа каналів, можливих форм променів, кількості положень променя в просторовому секторі кутів, кількості робочих частот, режимів роботи, можливості адаптації ДН до зміни радіолокаційної обстановки і ряду інших факторів [1] Тому питання економії ресурсу, зниження витрат часу і коштів на проведення настройки і випробувань виробів набувають все більшого значення

II                              Основна частина

Налаштування МФАР виконується на автоматизованих вимірювальних комплексах (АІК) в ближній зоні випромінювання [2] За виміряним амплітуднофазовому розподілу (АФР) поля проводиться синтез просторової ДН, розрахунок параметрів МФАР, розрахунок АФР на апертурі і визначення комплексних поправок для проведення настройки [3] Найбільш істотним недоліком методу є великий час сканування і виникає необхідність проведення калібрувальних вимірювань для зменшення похибки вимірювання фазового розподілу, обумовленої зміною температури, як апаратури АІК, так і самої МФАР, за час вимірювань

Спроба скоротити час вимірювань за рахунок збільшення швидкості переміщення зонда призводить до збільшення динамічних навантажень на каретки сканера, інтенсивного зносу сканера, збільшенню вібрації і помилок позиціонування зонда і похибки вимірювання АФР за рахунок зменшення часу усереднення

При використанні коллиматорного або інтегрального багатоканального зонда (ИМЗ), що представляє собою систему антен, подкпюченних через суматор до загального тракту передачі сигналу, різко скорочується час вимірювання еквівалентних АФР, підвищується точність установки по одній з координат, зменшуються вібрації конструкції, що виникають при переміщенні зонда [4] Однак при використанні ИМЗ можна синтезувати тільки інтегральні (головні) перетину ДН, складно виявити причини, що викликали відхилення параметрів МФАР від розрахункових значень і практично відсутня можливість розрахунку просторових ДН і АФР на апертурі

При використанні в М3 багатоканального перекпючателя (МП) або фазовращателей (ФВ) в кожному каналі М3, поряд з інтегральним виміром АФР поля зявляється можливість виділення комутаційним методом сигналів від кожного з випромінювачів з сумарного сигналу на виході М3 для розрахунку просторової ДН і АФР на апертурі При конструюванні М3 у вигляді лінійної ФАР виникають ті ж проблеми, що і при розробці МФАР [5] Широкополосность випромінюючих елементів М3 обмежується їх фізичними розмірами, так як елементи повинні бути електрично досить великими і, відповідно, фізично великими, для того щоб ефективно випромінювати на нижчій робочій частоті Отже, нижча робоча частота широкосмугового М3 визначається розмірами елементів М3, який, у свою чергу, визначається КСХН елементів або коефіцієнтом підсилення Робоча смуга частот М3 визначається розмірами його елементів на нижній робочій частоті і просторовим сектором кутів визначення параметрів МФАР на максимальних кутах сканування на верхній робочій частоті

Запропоновані технічні рішення володіють наступними недоліками:

– на виході М3 присутній великий сумарний фоновий сигнал від откпючаемих (закритих) або некомутованих каналів

– складність забезпечення високої точності вимірювань АФР при комутації МП або при виділенні сигналу від окремого випромінювача М3 при великому числі каналів

– складність забезпечення необхідної відстані між елементами М3 в широкому діапазоні частот при великому просторовому секторі сканування

– взаємний звязок між елементами М3 може обмежувати максимальний кут сканування

– істотне ослаблення сигналу, що вноситься МП з великою розвязкою між каналами

– високий КСВ закритих каналів (або ускладнення М3 при введенні додаткових перемикачів і узгоджених навантажень)

Частково ці недоліки можна виправити, використовуючи лінійну структуру фазового і відносну симетрію амплітудного розподілів при будь-якому положенні променя МФАР в просторі, шляхом вкпюченія в канали з парними номерами фіксованих ФВ, забезпечують зсув фази сигналу від половини випромінювачів на 180 °, перед їх підсумовуванням [6] Така конструкція М3 забезпечує адаптивну компенсацію фонового сигналу, значно знизивши його рівень, і підвищує точність визначення амплітуди і фази сигналів в каналах М3 комутаційним методом [7] Заміна замикаються каналів на канали з узгодженими входами ФВ знижує рівень віддзеркалення сигналів від М3 і послаблює вплив М3 на поле досліджуваної МФАР Для збільшення розвязки між М3 і МФАР можна встановити узгоджений поглинач

Запропоновану в [6] конструкцію М3 можна оптимізувати шляхом виключення допоміжних ФВ та внесення 180 ° фазового зсуву в парні канали М3 штатними ФВ Попередньо слід провести індивідуальні вимірювання параметрів кожного ФВ М3 і створити файл, що містить значення внесених втрат і реальних фазових зрушень при всіх комбінаціях керуючих сигналів в робочій смузі частот Цей файл використовується при обробці результатів вимірювань для підвищення точності визначення амплітуди і фази сигналів в каналах М3

Основне протиріччя при конструюванні широкосмугових М3 – забезпечення необхідної відстані між великогабаритними елементами усувається за рахунок їх просторового рознесення Чималі габарити вертикальної колони сканера, зумовлені конструктивними вимогами, надають можливість конструктивно виконати багатоканальну ЗОНДОВОГО систему (МЗС) у вигляді рознесених в просторі випромінювачів У свою чергу, це дозволяє знизити взаємний вплив між випромінювачами при високій еквівалентній щільності їх розміщення по вертикалі і забезпечити необхідну роздільну здатність розрахунку АФР на апертурі і високу точність визначення ДН в широкому секторі кутів

При використанні МЗС особливу увагу необхідно приділяти питанням калібрування вимірювальних каналів МЗС

Оперативний контроль параметрів вимірювальних каналів МЗС проводиться на початку і кінці циклу вимірювання по сигналу від нерухомого зонда (НЗ) Для оцінки результатів контролю МЗС (комплексних коефіцієнтів передачі каналів), отриманих в умовах опромінення неплоскою хвилею, використовуються нормуючі коефіцієнти (ПК), що враховують умови розміщення НЗ НК визначаються шляхом послідовного опромінення одного і того ж елемента ФАР зондирующим сигналом від НЗ, з жорстко фіксованим розташуванням щодо випромінювачів МЗС і рухомого зонда (ПЗ), який у процесі калібрування встановлюється проти кожного випромінювача МЗС Послідовно проводиться дві операції вимірювання комплексних коефіцієнтів передачі, відповідно, від НЗ і ПЗ Результати вимірювання використовуються для розрахунку НК, які вважаються незмінними і використовуються при роботі МЗС

Для створення МЗС для вимірювання параметрів МФАР необхідні оптимальні за електричним і масогабаритним параметрах широкосмугові випромінюючі елементи, сумісні з інтегральними схемами СВЧ фазовращателей Сукупності цих вимог задовольняють відкриті планарниє щілинні випромінювачі, що працюють в многооктавного смузі частот На їх основі можна створювати технологічні широкосмугові МЗС

III                                  Висновок

Запропонована в даній роботі багатоканальна зондовая система з просторовим рознесенням вимірювальних каналів дозволяє збільшити еквівалентну щільність розміщення випромінюючих елементів і, в той же час, послабити вплив МЗС на поле досліджуваної МФАР Адаптивна компенсація фонового сигналу і використання апріорної інформації про величини внесених втрат і реальних фазових зрушень при всіх комбінаціях керуючих сигналів в робочій смузі частот підвищує ефективність застосування комутаційного методу для розділення сигналів від окремих каналів і дозволяє підвищити точність вимірювання двовимірного масиву АФР

Застосування МЗС дозволяє скоротити час і вартість проведення випробувань МФАР з ширококутним скануванням в широкій смузі робочих частот і забезпечити економію ресурсу виробу і АІК

IV                             Список літератури

[1] Методи вимірювання характеристик антен СВЧ / Под ред Н М Цейтлина, – М: Радіо і звязок, 1985 – 368 с

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

[3] Усін В A, Марков В І, Філоненко А Б Расчетноексперіментальний метод настройки багатоканальних ФАР Електромагнітні хвилі і електронні системи,

2004, т9, № 3-4, стор 94-100

[4] Методи вимірювання параметрів випромінюючих систем в ближній зоні / У7 Бахраху ін – Л: Наука, 1985 – 272 с

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

[6] Усін В A, Марков В І, Анохіна О Д, Усіна А В, Рожнятівська Л В Багатоканальний зонд для вимірювань параметрів антен Апертурний-зондовим методом / / Праці 15 Міжнародної конференції «СВЧ-техніка та телекомунікаційні технології »(Сг1М1Со05) Севастополь:« Вебер », 2005-т2, с 713-714

[7] Комутаційний метод вимірювання характеристик ФАР / Г Г Бубнов, С М Нікулін, Ю Н Серяков, С А Фурсов

– М: Радіо і звязок, 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@ramblerru ^ OJSC Ukrspetstechnlka

2                    Trutenko St, Kyiv, 03022, Ukraine Ph/fax: +3804622-44423 e-mall: Markov_ VI@ustlccomua

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

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