Адаптивний вимірювач параметрів електромагнітного поля

Адаптивний вимірювач параметрів електромагнітного поля, що містить вимірювальну антену та генератор сигналів, який відрізняється тим, що вимірювальна антена складається з чотирьох лінійних вібраторів антенної решітки, розміщених перпендикулярно один до одного, виходи чотирьох лінійних вібраторів антенної решітки підключені відповідно до перших входів чотирьох перемикачів режимів роботи, на другі входи яких підключений перший вихід процесора, а на треті входи чотирьох перемикачів режимів роботи підключений вихід автоматично керованого атенюатора, вхід якого з'єднаний з виходом генератора сигналу, вихід генератора сигналу підключений до входу третього детектора, вихід якого з'єднаний з першим входом процесора, виходи першого та другого перемикачів режимів роботи приєднані відповідно до першого та другого входів першого перемикача каналу, виходи третього та четвертого перемикачів режимів роботи підключені відповідно до першого та другого входів другого перемикача каналів, виходи першого та другого перемикачів роботи відповідно з'єднані з першим та другим входами першого комутатора елементів антенної решітки, вихід якого з'єднаний з першим входом змішувача, на другий вхід якого приєднаний вихід гетеродина, вихід змішувача приєднаний на вхід підсилювача проміжної частоти, вихід якого з'єднаний з першим входом роз'єднувача трактів елементів антенної' решітки, перший вихід якого з'єднаний з першим входом фазообертача, вихід якого приєднаний до першого входу другого комутатора елементів антенної решітки та до входу лінії за тримки, до другого входу другого комутатора елементів антенної решітки приєднаний другий вихід роз'єднувача трактів елементів антенної решітки, вихід другого комутатора елементів антенної решітки з'єднаний з входом підсилювачаобмежувача, вихід якого з'єднаний з першим входом відокремлювача каналів, чотири виходи якого приєднані відповідно до чотирьох входів вимірювача фази, перший вихід формувача сигналів керування з'єднаний з третім входом першого комутатора елементів антенної решітки, з другим входом роз'єднувача трактів елементів антенної решітки та з третім входом другого комутатора елементів антенної решітки, другий вихід формувача сигналів керування з'єднаний з третіми входами першого і другого перемикачів каналів, з першими входами першого та другого роздільниками каналів та з другим входом відокремлювача каналів, другий вхід першого роз'єднувача каналів приєднаний до другого виходу роз'єднувача трактів елементів антенної решітки, другий вхід другого роз'єднувача каналів приєднаний до виходу лінії затримки, перший вихід першого роз'єднувача каналів з'єднаний з першим входом першого суматора, другий вхід якого з'єднаний з першим виходом другого роз'єднувача каналів, другий вихід якого приєднаний до другого входу другого суматора, на перший вхід якого приєднаний другий вихід першого роз'єднувача каналів, виходи першого та другого суматорів з'єднані з входами відповідно першого та другого детекторів, виходи першого та другого детекторів приєднані відповідно до другого та третього входів процесора, другий вихід процесора з'єднаний з другим входом фазообертача, шинами даних процесор з'єднаний з автоматично керованим атенюатором, з вимірювачем фази та формувачем сигналів керування, третій вихід процесора підключений до входу дисплея, виходи генератора сигналу та гетеродина приєднані до ручки настройки частоти. 11111 Корисна модель належить до галузі радіовимірювальної техніки і може бути використана для одночасного вимірювання напруженості електромагнітного поля, напрямку надходження хвилі та її поляризаційних характеристик. Відомі прилади для контролю рівня електромагнітного випромінювання [1], які складаються з детектора випромінювання, порогової схеми, схеми сигналізації, джерела живлення. Схема сигналізації містить генератор пачки імпульсів і індикатор. Джерело живлення містить батарею живлення, стабілізатор напруги та кнопку включення. Крім того, прилад може містити схему контролю, генератор пачок імпульсів схеми сигналізації може мати послідовно з'єднані генератор переривань та генератор звукової частоти, індикатор схеми сигналізації може бути виконаний з можливістю формування одночасно світлових та звукових сигналів. Такі вимірювачі не дають змоги вимірювати одночасно з рівнем електромагнітного поля інші параметри поля та мають низьку точність і низьку вірогідність контролю малих рівнів випромінювання надвисоких частот. З відомих приладів для вимірювання параметрів електромагнітного поля найбільш близьким за технічною суттю є прилад для визначення електромагнітної обстановки [2], який складається з послідовно з'єднаних генератора одиночних імпульсів, перший елемент ІЛІ, RS-тригер, S-вхід якого підключений до входу другого елемента ІЛІ, ключ, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора тактових імпульсів, двійковий лічильник, установочний вхід якого з'єднаний з виходом генератора одиночних імпульсів, а другий вхід підключений до другого входу першого елемента ІЛІ, цифроаналоговий перетворювач, вимірювальний приймач, перший блок множення, другий інформаційний вхід якого підключений до виходу блоку пам'яті, другий блок множення, другий інформаційний вхід якого підключений до виходу блока добування квадратного кореня, та цифровий регістратор, послідовно з'єднані цифровий частотомір, інформаційний вхід якого підключений до інформаційного входу блоку добування квадратного кореня та другого інформаційного входу цифрового регістратора, а керуючий вихід також підключений до керуючого входу блоку добування квадратного кореня, та перший елемент затримки, перший І другий виходи якого з'єднані з керуючими входами першого та другого блоків множення відповідно, а третій вихід підключений до першого входу другого елемента ІЛІ та до керуючого входу другого цифрового регістратора, послідовно з'єднані зі смуговим фільтром, що перестроюється, керуючий вхід якого підключений до виходу цифроаналогового перетворювача, інформаційний вхід підключений до виходу вимірювальної антени, а вихід також підключений до інформаційного входу вимірювального приймача, широкосмуговий підсилювач, вихід якого також з'єднаний з Інформаційним входом цифрового частотоміра, екстрематор, вихід якого також підключений до третього входу першого елемента ІЛІ та другий елемент затримки, вихід якого з'єднаний з керуючим входом цифрового частотоміру, вхід і вихід третього елемента затримки підключений до виходу генератора одиночних імпульсів та до другого входу другого елемента ІЛІ відповідно. Недоліком цього приладу є неможливість точного вимірювання фази при роботі з сигналами, що мають широкий спектр, а також даний прилад не забезпечує одночасне вимірювання напруженості електромагнітного поля, характеристик поляризації та напряму приходу хвилі. Задачею корисної моделі є створення адаптивного вимірювача параметрів електромагнітного поля, який би забезпечив одночасне вимірювання напруженості електромагнітного поля, напряму приходу хвилі та поляризаційних характеристик цієї хвилі, при використанні антенної системи з мінімальною кількістю випромінювачів. Поставлена задача вирішується тим, що адаптивний вимірювач параметрів електромагнітного поля, що містить вимірювальну антену та генератор сигналів, згідно з корисною моделлю, вимірювальна антена складається з чотирьох лінійних вібраторів антенної' решітки, розміщених перпендикулярно один до одного, виходи чотирьох лінійних вібраторів антенної решітки підключені відповідно до перших входів чотирьох перемикачів режимів роботи, на другі входи яких підключений перший вихід процесора, а на треті входи чотирьох перемикачів режимів роботи підключений вихід автоматично керованого атенюатора, вхід якого з'єднаний з виходом генератора сигналу, вихід генератора сигналу підключений до входу третього детектора, вихід якого з'єднаний з першим входом процесора, виходи першого та другого перемикачів режимів роботи приєднані відповідно до першого та другого входів першого перемикача каналу, виходи третього та четвертого перемикачів режимів роботи підключені відповідно до першого та другого входів другого перемикача каналів, виходи першого та другого перемикачів роботи відповідно з'єднані з першим та другим входами першого комутатора елементів антенної решітки, вихід якого з'єднаний з першим входом змішувача, на другий вхід якого приєднаний вихід гетеродина, вихід змішувача приєднаний на вхід підсилювача проміжної частоти, вихід якого з'єднаний з першим входом роз'єднувача трактів елементів антенної решітки, перший вихід якого з'єднаний з першим входом фазообертача, вихід якого приєднаний до першого входу другого комутатора елементів антенної' решітки та до входу лінії затримки, до другого входу другого комутатора елементів антенної решітки приєднаний другий вихід роз'єднувача трактів елементів антенної решітки, вихід другого комутатора елементів антенної решітки з'єднаний з входом підсилювачаобмежувача, вихід якого з'єднаний з першим входом відокремлювача каналів, чотири виходи якого приєднані відповідно до чотирьох входів вимірювача фази, перший вихід формувача сигналів керування з'єднаний з третім входом першого комутатора елементів антенної решітки, з другим входом роз'єднувача трактів елементів 11111 антенної решітки та з третім входом другого комуВІДПОВІДНО, які дають можливість виконувати контатора елементів антенної решітки, другий вихід троль працездатності та похибок у передавальних формувача сигналів керування з'єднаний з третіми трактах, перевести адаптивний вимірювач паравходами першого і другого перемикачів каналів, з метрів електромагнітного поля у режим першими входами першого та другого вимірювання з великою швидкодією або в режим роздільниками каналів та з другим входом відоккомпараторного вимірювання. Перший-четвертий ремлювача каналів, другий вхід першого перемикачі режимів роботи 6-9 переходять від роз'єднувача каналів приєднаний до другого вихоодного режиму до Іншого за сигналами процесора ду роз'єднувача трактів елементів антенної 33 які надходять на їхні другі входи. Одночасно з решітки, другий вхід другого роз'єднувача каналів напругами від першого-четвертого лінійних вібраприєднаний до виходу лінії1 затримки, перший торів 2-5 антенної решітки на треті входи першоговихід першого роз'єднувача каналів з'єднаний з четвертого перемикачів режимів роботи 6-9 надпершим входом першого суматора, другий вхід ходить калібрована напруга від автоматично кероякого з'єднаний з першим виходом другого ваного атенюатора 13, який з'єднаний з генератороз'єднувача каналів, другий вихід якого приром сигналу 17. Вихідна напруга генератора єднаний до другого входу другого суматора, на сигналу 17 з великою точністю визначається за перший вхід якого приєднаний другий вихід пердопомогою третього детектора 21 і процесора 33. шого роз'єднувача каналів, виходи першого та З виходів першого - четвертого перемикачів редругого суматорів з'єднані з входами відповідно жимів роботи 6-9 напруги надходять на перший та першого та другого детекторів, виходи першого та другий перемикачі каналів ^ 10, 12. Перемикач другого детекторів приєднані відповідно до другого каналів 10 працює з першим та другим ЛІНІЙНИМИ та третього входів процесора, другий вихід процевібраторами 2 і 3 антенної' решітки, перемикач сора з'єднаний з другим входом фазообертача, шинами даних процесор з'єднаний з автоматично каналів 12 - з третім та четвертим лінійними керованим атенюатором, з вимірювачем фази та вібраторами 4 і 5 антенної решітки. Перемикачі формувачем сигналів керування, третій вихід проканалів 10, 12 працюють на низькій частоті і протяцесора підключений до входу дисплея, входи гегом періоду Ті до виходу приєднують канал 0 , або нератора сигналу та гетеродина приєднані до ручканал *Р. Напруги з виходів першого та другого ки настройки частоти. перемикачів каналів 10, 12 надходять у перший На фігурі зображена структурна схема адапкомутатор елементів антенної решітки 11, який тивного вимірювача параметрів електромагнітного послідовно пропускає сигнали від першого та друполя. гого лінійних вібраторів 2 і 3 або від третього та четвертого лінійних вібраторів 4 і 5 антенної Адаптивний вимірювач параметрів електромарешітки. Таким чином, за період роботи Тг першогнітного поля містить вимірювальну антену 1, чого комутатора елементів антенної решітки 11 тири лінійні вібратори 2-5 антенної решітки, чотири відбувається часове ущільнення чотирьох каналів перемикачі режимів роботи 6-9, два перемикачі в одному тракті, який підводить напруги до каналів 10, 12, два комутатори елементів антенної змішувача 15. Гетеродин 14, який працює сумісно решітки 11, 20, автоматично керований атенюатор зі змішувачем 15, настроюється на частоту елек13, гетеродин 14, змішувач 15, підсилювач промітромагнітної хвилі з урахуванням проміжної частожної частоти 16, генератор сигналів 17, роз'єднути fnp, одночасно з генератором сигналу 17. Таким вач трактів елементів антенної решітки 18, фазоочином, під час установлення заданої частоти прибертач 19, три детектори 21, 31, 32, підсилювачвід настроювання забезпечує відтворення частоти обмежувач 22, відокремлювач каналів 23, вимірюсигналу fc, що приймається, генератором 17 І гевач фази 24, лінія затримки 25, формувач сигналів нерування гетеродином 14 напруги з частотою fc керування 26, два роздільники каналів 27, 28, два fnp. Проміжна частота перевищує частоту перемисуматори 29, 30, процесор33, дисплей 34. кання каналів на два або більше порядків. Отже, Автоматичний вимірювач параметрів електрона вхід підсилювача проміжної частоти 16 з магнітного поля працює таким чином. періодичністю Т2 надходять чотири вибірки напруг Вимірювальна антена 1 представлена двома елез неперервних вхідних сигналів. Тривалість кожної1 ментами, виконаними з лінійних вібраторів 2-5 вибірки становить Tt/2. антенної решітки із взаємно перпендикулярним розташуванням. Кожний елемент відокремлює Після підсилення напруга підводиться до ортогональні поляризаційні складові. В першому роз'єднувача трактів елементів антенно'і решітки елементі перший лінійний вібратор 2 антенної 18. Вирізки сигналів, що приймаються третім і четвертим лінійними вібраторами 4, 5 антенної е1 решітки сприймає складову другий лінійний решітки надходять на керований процесором 33 р фазообертач 19. Сигнали керування виробляютьф1 вібратор 3 антенної решітки - складову . У друся за результатами вимірювання фазового зсуву гому елементі антенної решітки третій лінійний ^ за формулою вібратор 4 антенної решітки сприймає складову kd Td e 62 sin9 = (1) , а четвертий лінійний вібратор 5 антенної ¥=Y ф2 решітки - складову . Виходи першогочетвертого ЛІНІЙНИХ вібраторів 2-5 антенної решітки з'єднані з першими входами першогочетвертого перемикачів режимів роботи 6-9 T З цією метою тракти обох пар першого-другого 2-3 та третього-четвертого 4-5 лінійних вібраторів після зсуву фази в фазообертачі 19 об'єднуються другим комутатором елементів антенної решітки 20 І напруги всіх чотирьох вибірок перетворюються за формою в прямокутні імпульси підсилювачемобмежувачем 22. Це об'єднання трактів забезпечує підсилення тільки одним пристроєм підсилювачем-обмежувачем 22 і не вносить спотворень у фазові співвідношення. Після такої трансформації сигналу всі чотири канали виокремлюються в чотири тракти виокремлювачем каналів 23 і у вимірювачі фази 24 фазовий зсув між сигналами розділених трактів перетворюється в проміжки часу, за допомогою яких розраховується і усереднюється зсув фаз між напруженостями каналів і г> -гі -Yd І -Y\ d. -rd. у а к и м ч и н о м П р0. цесор 33 обчислює зсув ^ і ^ п . За визначеним кутом ^ сигнали керування, що виробляються процесором 33, установлюють на фазообертачі 19 такий фазовий зсув, який би компенсував кут ^ . Отже, блоки фазообертач 19, відокремлювач каналів 23, вимірювач фази 24 та процесор 33 є елементами замкнутого контуру, який відпрацьовує сигнали керування адекватності фазовому зсуву - контур автоматичного регулювання, завдяки якому сигнали від третього і четвертого лінійних вібраторів 4, 5 антенної решітки стають синфазними відповідними сигналами від першого та другого лінійних вібраторів 2, 3 антенної решітки. Синфазні сигнали від третього та четвертого лінійних вібраторів 4, 5 антенної решітки зсуваються в часі на проміжок ТУ2 за допомогою лінії' затримки 25, тобто вибірки сигналів від першого другого 2-3 та третього - четвертого 4-5 лінійних вібраторів антенної решітки стають синфазними та синхронними. Перший та другий роздільники каналів 27 та 28 виокремлюють канали е ' * з тракР тів першого - другого 2-3 та третього - четвертого 4-5 лінійних вібраторів антенної решітки, після чого сигнали підсумовуються першим та другим суматорами 29 та ЗО (напруги иф2) 01 і в2 та ф1 і Таким чином, амплітуди сигналів подвоюються, а шуми підсумовуються з урахуванням їх статичних властивостей. Перший та другий детектори 31 та 32 виробляють однопопярні напруги, значення яких відображають усереднені амплітуди 8 11111 ТЗ "С сигналів високої частоти е та ф . Оскільки напруженості поля обчислюються за формулою то процесор 33 уточнює значення діючої довжини антени, вісь якої горизонтальна. Очевидно, що діюча довжина півхвильового вібратора може коректуватися за формулою п cos 9 де кут " обчислюється за формулою 6 = arcsin 7ССІ (4) Визначення коефіцієнта передачі кпр відбувається в режимі контролю. У цьому режимі за допомогою автоматично керованого атенюатора 13 процесор 33 зрівнює напруги з першого, другого та третього детекторів 31, 32 та 21. Очевидно, що при цьому добуток коефіцієнта атенюації і коефіцієнта передачі напруги всього тракту адаптивного вимірювача параметрів електромагнітного поля досягає одиниці. Оскільки у всіх чотирьох каналах сигнали мають однакові амплітуди і фази, то в режимі контролю е * У режимі компараторного вимірювання напруги з виходів першого та другого детекторів 31 та 32 послідовно порівнюються з напругою, що надходить з виходу автоматично керованого атенюатора 13. Коли різниця між амплітудами напруг дое ф рівнює нулю, амплітуди напруг і визначаються як напруга на виході генератора сигналів 17 у разі ослаблення на коефіцієнт атенюації. Тобто і в цьому випадку відбувається в процесорі 33 порівняння вимірюваних напруг сигналів з відомою напругою генератора сигналів 17. Дисплеї 34 показує кінцеві результати вимірювань. Джерела інформації 1. Патент РФ №, МПК6 G01R29/08, 1996 2. Патент РФ №, МПК6 G01R29/10, 1999 11111 Комп'ютерна верстка Д. Шеверун Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освгги і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м Київ-42, 01601