Современные решения для измерения параметров многоапертурных и фазированных антенных решеток

№ 7’2013
PDF версия
Формирование диаграммы направленности с одним или несколькими лучами с помощью электронного сканирования антенной решетки находит применение во многих приложениях. К ним относятся РЛС, системы связи, радиотелескопы и многое другое. Антенная решетка состоит из нескольких антенн или излучающих элементов, которые передают сигналы, относительную фазу которых выбирают так, чтобы получить луч определенной формы и направления. Комбинируя конструктивные особенности антенной решетки с методами формирования диаграммы направленности, можно повысить пространственную селективность и снизить уровень помех. Неудивительно, что антенные решетки уверенно вытесняют механически управляемые антенны.

Cначала появились антенные решетки с пассивным электронным сканированием (PESA), в которых сигнал генерировался на одной частоте небольшим числом передатчиков, причем в каждом излучающем элементе антенны регулировался сдвиг фазы. Это позволяло быстро изменять направленность луча антенны и реализовать несколько функций в одной антенне. Преимущество антенных решеток с активным сканированием (AESA) заключается в том, что отдельный передающий модуль устанавливается непосредственно на каждый элемент антенны или достаточно близко от него, в отличие от общего передатчика, используемого в системах PESA. Каждый приемо-передающий модуль (TRM) может генерировать собственный независимый сигнал с нужной фазой и частотой. Это позволяет создавать вторичные лепестки диаграммы направленности и использовать одну антенну как несколько антенн, каждая из которых работает на своей частоте. Подвижность луча, обеспечиваемая гибкостью такой архитектуры, позволяет выполнять скачкообразную перестройку частоты и применять непредсказуемые траектории сканирования луча, эффективно избегая преднамеренных помех.

Со временем полупроводниковые усилители достигли в своем развитии такого уровня, когда передающие модули можно было сделать компактными и одновременно достаточно мощными для РЛС большой дальности действия. Это стало возможным за счет применения полупроводниковых приборов на основе нитрида галлия (GaN), обладающих высокой мощностью и термостабильностью. При размещении аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей сигналов непосредственно в приемо-передающих модулях (рис. 1) значительно упрощается общая конструкция системы, так как при этом антенна получает цифровой интерфейс вместо сложной аналоговой фидерной системы.

Антенные решетки с активным сканированием могут соединяться с системой только цифровым интерфейсом

Рис. 1. Антенные решетки с активным сканированием могут соединяться с системой только цифровым интерфейсом

Тестирование и калибровка фазированных антенных решеток порождают множество проблем. Чем больше элементов содержит антенна, тем больше времени уходит на полное измерение ее характеристик. В фазированных антенных решетках, состоящих из сотен или тысяч элементов, нужно измерить характеристики каждого элемента относительно других элементов. Применение нескольких когерентных измерительных каналов позволяет значительно ускорить такие измерения.

Относительная погрешность фазы и амплитуды (усиления) между отдельными элементами антенной решетки существенно ухудшает ее общие характеристики. Поскольку фаза используется для управления диаграммой направленности фазированной антенной решетки, погрешность, создаваемая неправильным положением излучающих элементов, должна быть компенсирована так, чтобы обеспечить эффективную и точную работу антенны. Далее мы обсудим статическую погрешность фазы и усиления в нескольких элементах и опишем новые методы получения набора калибровочных данных для коррекции этих ошибок.

В зависимости от сигнала можно применять два метода анализа межканальной характеристики путем измерения относительной фазы и амплитуды.

Первый метод основан на использовании узкополосного свипирующего или ступенчато изменяющегося сигнала и узкополосного приемника для поочередного измерения частот и выполнения межканальных расчетов во временной области. Однако этот метод ограничен возможностями узкополосных измерений.

При втором методе используются широкополосные испытательные сигналы и широкополосный приемник для измерения одновременно на всех частотах и вычисления межканального спектра. Идеальное измерительное решение должно гибко сочетать оба этих метода. Эту гибкость обеспечивает широкополосный дигитайзер с цифровым понижающим преобразователем частоты, что позволяет создать уникальное решение благодаря настраиваемой полосе сигнала. Давайте подробнее рассмотрим цифровой понижающий преобразователь частоты и его преимущества для этой задачи.

Как показано на рис. 2, аппаратно реализованный цифровой понижающий преобразователь частоты представляет собой двухкаскадный блок обработки цифрового сигнала, на который поступают данные непосредственно с аналого-цифрового преобразователя (АЦП) со скоростью, соответствующей частоте дискретизации. Затем, после преобразования частоты и прореживания, данные сохраняются в памяти дигитайзера в виде комплексных чисел I и Q. Кроме того, цифровой преобразователь частоты можно создать программным способом, но программный преобразователь работает значительно медленнее и требует, чтобы данные АЦП, полученные на полной частоте дискретизации, сначала выгружались из дигитайзера для обработки.

Структурная схема аппаратного цифрового понижающего преобразователя частоты

Рис. 2. Структурная схема аппаратного цифрового понижающего преобразователя частоты

Что же именно дает вам цифровой понижающий преобразователь частоты? Являясь частью дигитайзера, он позволяет выделить интересующий вас сигнал, затем улучшить отношение сигнал/шум и расширить динамический диапазон в пределах полосы сигнала за счет уменьшения интегрированного шума. Кроме того, он освобождает память захвата, уменьшая объем данных, которые нужно передать для этой длительности захвата. Поскольку объем данных, которые нужно анализировать, уменьшается, цифровой преобразователь частоты может снизить нагрузку на алгоритмы последующей обработки.

Также цифровой преобразователь частоты повышает чувствительность фазовых и амплитудных измерений, уменьшая шум во временной области. Плотность шума остается той же, но его влияние на измерение уменьшится за счет сокращения полосы обзора. На рис. 3 приведены осциллограммы нескольких сигналов и показано, как при заданном пороге можно визуализировать разность фаз между этими сигналами. Здесь некоторую трудность может представлять определение реального момента времени, соответствующего пересечению порога зашумленным сигналом. Судя по трем приведенным осциллограммам, с уменьшением шума сигнала точность определения момента пересечения порога возрастает.

Измерение относительной фазы в присутствии шумов

Рис. 3. Измерение относительной фазы в присутствии шумов

На рис. 4 показана общая структурная схема измерительной системы, используемой для тестирования и калибровки антенных решеток. Как уже говорилось, задача заключается в измерении относительной фазы и амплитуды излучающих элементов фазированной антенной решетки. Когда приходится иметь дело с большими антенными решетками, состоящими из сотен и тысяч элементов, желательно тестировать несколько пар элементов одновременно, чтобы повысить скорость измерения.

Структурная схема испытательной системы для измерения характеристик многоэлементной антенной решетки

Рис. 4. Структурная схема испытательной системы для измерения характеристик многоэлементной антенной решетки

Сигнал снимается с элементов тестируемой антенной решетки и проходит слева направо через несколько каскадов обработки и понижения частоты. Целью является получение радиочастотного сигнала антенных элементов с уровнем несколько мкВт и понижение его частоты до ПЧ, лежащей в пределах полосы пропускания дигитайзера. Для оптимального использования динамического диапазона дигитайзера сигнал обычно приходится усиливать или ослаблять до соответствующего уровня. В некоторых случаях применяется фильтр нижних частот для подавления зеркальных составляющих.

Конечным элементом измерительной схемы является дигитайзер. При тестировании фазированной антенной решетки для повышения скорости измерений желательно тестировать несколько пар элементов параллельно. Следовательно, нужно использовать многоканальный дигитайзер с когерентными по фазе входами (с разностью фаз менее одного градуса). Для фазированной антенной решетки, состоящей из сотен и тысяч элементов, где приходится измерять параметры каждого элемента относительно других, возможность ускорения тестирования за счет применения нескольких входных каналов дает существенное преимущество. С развитием технологий и повышением сложности антенных систем не менее важным фактором становится масштабируемость платформы с возможностью наращивания числа каналов по мере необходимости.

Кроме того, необходим дигитайзер с достаточно широкой аналоговой полосой пропускания по уровню 3 дБ, который позволяет обрабатывать сигналы для всех видов измерений фазированной антенной решетки. Современные антенные решетки с электронным управлением (AESA) передают и принимают не только узкополосные аналоговые сигналы, но зачастую работают с широкополосными сигналами, такими как коммуникационные сигналы с разными видами цифровой модуляции. Например, существует несколько типов РЛС, которые используют импульсные ВЧ-сигналы или коды Баркера, а также иные виды модулированных сигналов, занимающих широкую полосу. Следовательно, необходим дигитайзер, обладающий достаточной полосой для выполнения широкополосных измерений.

Высокоскоростной дигитайзер Agilent M9703A формата AXIe с опциональным цифровым понижающим преобразователем частоты имеет восемь синхронизированных каналов регистрации. Это 12‑разрядное решение для оцифровки может регистрировать сигналы от постоянного тока до 2 ГГц с частотой дискретизации 1,6 Гвыб/с (или 3,2 Гвыб/с с чередованием) во внутреннюю память объемом 4 Гбайт.

Применение широкополосного многоканального когерентного дигитайзера для измерения относительной фазы и амплитуды сигнала каждого элемента антенной решетки в корне отличается от методов, используемых в прошлом. Хорошо знакомые узкополосные измерения традиционно применялись для тестирования антенн с помощью одного или нескольких анализаторов цепей. Но широкополосные сигналы, имитирующие сигналы современных средств связи, дают более реалистичный ответ о наличии нелинейностей. Преимущества этой методики заслуживают дальнейшего изучения. 

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *