RU2568968C1

RU2568968C1 - Method for built-in calibration of active phased antenna array

Info

Publication number: RU2568968C1
Application number: RU2014119790/28A
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Базин
Original assignee: Игорь Борисович Базин
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: invention can be used to measure complex transfer constants of channels of an active phased antenna array (APAA) and calibrate an APAA in radar and communication systems. A method for built-in calibration of an active phased antenna array includes: generating a control microwave signal; distributing the control signal to inputs of each transmitting and receiving channel of the APAA; summation of the control signal transmitted via APAA channels; detecting said signal; measuring the strength of the signal from the detector while switching the phase changer of the measured channel to each of L=2^p states, where p is the number of bits of the phase changer; using one common divider/adder of the control signal; calibrating the receiving and transmitting channels separately and independent of each other, wherein the APAA includes all transmitting or all receiving channels, the phase changers of which, except those of the measured and reference channels, are switched to a 0° or 180° state according to the law of a common M sequence; the calibration signal path includes controlled switches, as well as a band-pass filter before the detector.

EFFECT: high accuracy of measuring complex transfer constants of channels of an active phased antenna array, calibration quality and a wider field of use.

3 dwg

Description

Основные свойства АФАР, такие как формирование диаграммы направленности заданной формы, управление ее положением в пространстве, а также энергетические характеристики АФАР напрямую связаны с распределением амплитуд и фаз электромагнитных колебаний по узлам антенной решетки (излучателям), составляющим апертуру АФАР. Например, коэффициент усиления антенной решетки, входящей в определение энергетических характеристик АФАР, зависит от ошибок амплитудно-фазового распределения (от степени его не соответствия заданному) следующим образом:The main properties of the AFAR, such as the formation of a radiation pattern of a given shape, the control of its position in space, as well as the energy characteristics of the AFAR are directly related to the distribution of amplitudes and phases of electromagnetic waves along the nodes of the antenna array (emitters) that make up the aperture of the AFAR. For example, the gain of the antenna array, which is included in the determination of the energy characteristics of the AFAR, depends on the errors of the amplitude-phase distribution (on the degree of its non-compliance with the given) as follows:

где G₀ - коэффициент усиления решетки с заданным (идеальным) амплитудно-фазовым распределением; ζ - среднеквадратическое значение амплитудно-фазовых ошибок [Микроэлектронные устройства СВЧ. Под. Ред. Г.И. Веселова. - М.: Высшая школа. 1988 - 280 с.].where G ₀ is the gain of the lattice with a given (ideal) amplitude-phase distribution; ζ is the root mean square value of the amplitude-phase errors [Microelectronic devices microwave. Under. Ed. G.I. Veselova. - M .: Higher school. 1988 - 280 p.].

Также, в частности, для линейной эквидестантной антенной решетки дисперсия установки в заданное направление главного максимума диаграммы направленности (ДН) зависит от дисперсий фазовых ошибок в элементах антенной решетки $σ_{0}^{2}$

так [Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. - М.: Советское радио. 1970. - 384 с.]:Also, in particular, for a linear equidistant antenna array, the dispersion of the installation in a given direction of the main maximum of the radiation pattern (DD) depends on the variances of phase errors in the elements of the antenna array

σ_{0}^{2}

so [Shifrin Ya.S. Questions of statistical theory of antennas. - M .: Soviet radio. 1970. - 384 p.]:

где N - число элементов антенной решетки, N>>1, D - размер апертуры, λ - длина волны.where N is the number of elements of the antenna array, N >> 1, D is the size of the aperture, λ is the wavelength.

Свойства радиотехнических систем по-разному зависят от характеристик АФАР. Наиболее чувствительными к ним являются системы дистанционного зондирования Земли, построенные на основе радиолокаторов с синтезированной апертурой и относящиеся к системам радиовидения. Для качественного получения радиолокационного изображения необходимо достоверно знать параметры излучения и приема АФАР, измеренные не только однажды, например при изготовлении, но и в процессе функционирования АФАР в составе системы. В первую очередь это связано с тем, что каждый канал АФАР состоит из многих функциональных элементов (усилителей, фазовращателей, аттенюаторов, коммутаторов, делителей и т.д.), которым свойственны изменения своих параметров с течением времени и под действием дестабилизирующих факторов (температуры, давления, механических нагрузок, нестабильность питающих напряжений и т.д.). Интегральный результат таких воздействий проявляется в изменении коэффициента передачи канала и его фазовой длины.The properties of radio systems in different ways depend on the characteristics of the AFAR. The most sensitive to them are Earth remote sensing systems, built on the basis of synthesized aperture radars and related to radio-vision systems. For a high-quality radar image acquisition, it is necessary to reliably know the parameters of radiation and AFAR reception, measured not only once, for example, during manufacturing, but also during the operation of the AFAR in the system. This is primarily due to the fact that each AFAR channel consists of many functional elements (amplifiers, phase shifters, attenuators, switches, dividers, etc.), which are characterized by changes in their parameters over time and under the influence of destabilizing factors (temperature, pressure, mechanical stress, instability of supply voltage, etc.). The integral result of such actions is manifested in a change in the transmission coefficient of the channel and its phase length.

Таким образом, встает задача контролировать и измерять амплитуду и фазу каждого канала АФАР, причем в процессе штатной эксплуатации АФАР.Thus, the task is to control and measure the amplitude and phase of each AFAR channel, and during the normal operation of the AFAR.

Известен модуляционный способ измерения [Патент 3378846 США. НКИ 343-100)] комплексных коэффициентов передачи каналов фазированной антенной решетки, в котором контрольный сигнал с генератора излучается вспомогательной антенной, расположенной в дальней зоне, и поступает в каналы решетки. На выходе фазированной антенной решетки сигналы со всех каналов суммируются, образуя опорный сигнал. В измеряемом канале происходит модуляция фазы контрольного сигнала путем переключения разрядов фазовращателя в положение 0° и 180°, при этом фаза канала фиксируется в одном из L=2^p состояний (р - число разрядов фазовращателя). Измеряя на выходе антенной решетки амплитуду и фазу суммы сигналов опорного и измеряемого каналов, получают комплексный коэффициент передачи последнего. Проведя такие измерения для всех N каналов фазированной антенной решетки, в каждом из L положений фазовращателя получают массив комплексных коэффициентов передачи каналов решетки.Known modulation method of measurement [US Patent 3378846. NKI 343-100)] of the complex transmission coefficients of the channels of the phased antenna array, in which the control signal from the generator is emitted by an auxiliary antenna located in the far zone and enters the channels of the array. At the output of the phased array, the signals from all channels are summed, forming a reference signal. In the measured channel, the phase of the control signal is modulated by switching the phases of the phase shifter to 0 ° and 180 °, while the phase of the channel is fixed in one of the L = 2 ^p states (p is the number of bits of the phase shifter). By measuring the amplitude and phase of the sum of the signals of the reference and measured channels at the output of the antenna array, a complex transmission coefficient of the latter is obtained. Having made such measurements for all N channels of the phased array antenna, in each of the L positions of the phase shifter, an array of complex transmission coefficients of the channels of the array is obtained.

Недостатком способа является необходимость наличия дальней зоны, вынесенной вспомогательной антенны, а также усложнение аппаратуры калибровки за счет необходимости организации опорного канала в фазовых измерениях и низкая точность. The disadvantage of this method is the need for a far zone, a remote auxiliary antenna, as well as the complexity of the calibration equipment due to the need to organize a reference channel in phase measurements and low accuracy.

Известен способ калибровки активной фазированной антенной решетки [Патент 2467346 (Россия), МКИ G01S 7/40], в котором контрольный сигнал подается на вход приемной или передающей части канала АФАР, поочередно для всех каналов. Измеряется сдвиг фазы между одним опорным каналом и измеряемым, а также разницы в амплитудах опорного канала и измеряемого. При этом сначала калибруется приемная часть каналов АФАР, а только затем передающая часть.There is a method of calibrating an active phased antenna array [Patent 2467346 (Russia), MKI G01S 7/40], in which a control signal is supplied to the input of the receiving or transmitting part of the AFAR channel, alternately for all channels. The phase shift is measured between one reference channel and the measured one, as well as differences in the amplitudes of the reference channel and the measured one. In this case, the receiving part of the AFAR channels is calibrated first, and only then the transmitting part.

Недостатками способа является усложнение аппаратуры измерения параметров каналов за счет необходимости наличия опорного сигнала в фазовом детекторе и необходимость соблюдения строгой последовательности в измерениях комплексных коэффициентов передачи приемной и передающей частей каналов АФАР, что ограничивает область применения данного способа. Недостатком также служит то, что во время измерений работают только измеряемый и опорный каналы АФАР, а остальные отключены. Это меняет условия работы измеряемого канала относительно его штанных условий в составе АФАР, когда одновременно работают все каналы. Данное обстоятельство снижает точность и достоверность результатов измерений.The disadvantages of the method are the complexity of the equipment for measuring the parameters of the channels due to the need for a reference signal in the phase detector and the need to observe a strict sequence in the measurements of the complex transmission coefficients of the receiving and transmitting parts of the channels of the AFAR, which limits the scope of this method. The disadvantage is that during measurements only the measured and reference channels of the AFAR work, and the rest are disabled. This changes the working conditions of the measured channel relative to its standard conditions in the AFAR, when all channels work simultaneously. This circumstance reduces the accuracy and reliability of the measurement results.

Известен способ калибровки активной фазированной антенной решетки [Россельс Н.А., Шишлов А.В., Шитиков A.M. Активные фазированные антенные решетки - некоторые вопросы настройки и обслуживания// Радиотехника. 2009, №4], выбранный в качестве прототипа. Для определения комплексных коэффициентов передачи каналов АФАР в прототипе сигнал с генератора контрольного сигнала через делитель подают на вход каждого передающего канала, с выхода каждого передающего канала ответвляется часть прошедшего сигнала и суммируется в сумматоре контрольного сигнала. Затем этот же сигнал через другой делитель контрольного сигнала поступает на вход каждого приемного канала АФАР. С выхода каждого приемного канала сигнал суммируется еще в одном сумматоре и поступает на вход детектора контрольного сигнала. При этом сигнал на входе детектора представляет собой суперпозицию опорного сигнала, в роли которого выступает суммарный сигнал от (N-1) каналов АФАР, и одного измеряемого канала, причем его фазовращатель поочередно переключается в каждое из L=2^p (р - число разрядов фазовращателя) состояний. Измеряя после детектора уровень сигнала при каждом состоянии фазовращателя, получают массив из L величин, на основе которого далее определяется коэффициент передачи измеряемого канала и начальный фазовый сдвиг относительно опорного канала. A known method of calibrating an active phased antenna array [Rossels N.A., Shishlov A.V., Shitikov AM Active phased antenna arrays - some issues of setup and maintenance // Radio engineering. 2009, No. 4], selected as a prototype. To determine the complex transmission coefficients of the AFAR channels in the prototype, the signal from the control signal generator is fed through the divider to the input of each transmitting channel, a part of the transmitted signal branches off from the output of each transmitting channel and summed in the control signal adder. Then the same signal through another divider of the control signal is fed to the input of each receiving channel AFAR. From the output of each receiving channel, the signal is summed in another adder and is fed to the input of the control signal detector. In this case, the signal at the detector input is a superposition of the reference signal, the role of which is the total signal from the (N-1) AFAR channels, and one measured channel, with its phase shifter alternately switching to each of L = 2 ^p (p is the number of bits of the phase shifter ) states. Measuring after the detector the signal level at each state of the phase shifter, an array of L values is obtained, based on which the transmission coefficient of the measured channel and the initial phase shift relative to the reference channel are further determined.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

1) Неоднозначность измерений комплексных коэффициентов передачи каналов АФАР, т.к. согласно описанию схемы, предложенной в прототипе, контрольный сигнал последовательно проходит сначала через передающие каналы, а затем - через приемные. Поэтому измеренные значения коэффициента передачи и фазы передающего канала включают в себя соответственно коэффициент передачи и фазу приемного канала. И наоборот, измеренные значения коэффициента передачи и фазы приемного канала включают в себя коэффициент передачи и фазу передающего канала;1) The ambiguity of the measurements of the complex transmission coefficients of the AFAR channels, as according to the description of the circuit proposed in the prototype, the control signal sequentially passes first through the transmitting channels, and then through the receiving ones. Therefore, the measured values of the transmission coefficient and phase of the transmitting channel include, respectively, the transmission coefficient and phase of the receiving channel. Conversely, the measured values of the transmission coefficient and phase of the receiving channel include the transmission coefficient and phase of the transmitting channel;

2) Ограниченная область применения, обусловленная необходимостью работы одновременно и передающих и приемных каналов АФАР, что не всегда допустимо, например, из-за ограничений на электропотребление АФАР или в случае работы на одной частоте во время приема и передачи;2) A limited scope, due to the need to work simultaneously on the transmitting and receiving channels of the AFAR, which is not always permissible, for example, due to restrictions on the power consumption of the AFAR or in the case of operation on the same frequency during reception and transmission;

3) Использование двух делителей/сумматоров контрольного сигнала, что увеличивает массу, габариты и стоимость аппаратуры калибровки;3) The use of two dividers / adders of the control signal, which increases the mass, dimensions and cost of the calibration equipment;

4) Снижается точность измерений комплексного коэффициента передачи с ростом числа каналов АФАР. В этом случае амплитуда суммарного сигнала от (N-1) каналов АФАР, являющегося опорным, становиться столь большой, что ее изменения (амплитуды) при переключении фазы измеряемого канала незаметны на фоне шумов детектора. Другими словами коэффициент “амплитудной модуляции” несущей опорного сигнала измеряемым становиться много меньше 1.4) The measurement accuracy of the complex transmission coefficient decreases with increasing number of AFAR channels. In this case, the amplitude of the total signal from the (N-1) channels of the AFAR, which is the reference, becomes so large that its changes (amplitudes) when switching the phase of the measured channel are invisible against the background of the detector noise. In other words, the “amplitude modulation” coefficient of the reference signal carrier is measurable to become much less than 1.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности измерения комплексных коэффициентов передачи каналов АФАР, однозначности и расширении области применения.The technical result of the invention consists in increasing the accuracy of measuring the complex transmission coefficients of the AFAR channels, unambiguity and expanding the scope.

Это достигается тем, при встроенной калибровке приемопередающих каналов АФАР производят генерацию контрольного сигнала СВЧ, распределение контрольного сигнала по входам каждого передающего и приемного каналов АФАР, суммирование контрольного сигнала, прошедшего через каналы АФАР, и его последующее амплитудное детектирование. Далее осуществляется измерение уровня сигнала после детектора, при переключении фазовращателя измеряемого канала в каждое из L=2^p (р - число разрядов фазовращателя) состояний. При этом используется один общий делитель/сумматор контрольного сигнала, калибровка приемных и передающих каналов АФАР производится отдельно и не зависимо друг от друга, а фазовращатели в этих каналах переключаются (за исключением измеряемого и одного опорного каналов) синхронно в состояния 0° или 180° согласно М-последовательности одной для них всех. Кроме того, вводятся в тракт контрольного сигнала управляемые коммутаторы и полосовой фильтр перед детектором. Предлагаемый в изобретении способ встроенной калибровки приемных и передающих каналов АФАР имеет следующие отличия по сравнению с прототипом:This is achieved by the fact that with the built-in calibration of the transceiver channels of the AFAR, the control signal of the microwave is generated, the control signal is distributed across the inputs of each of the transmitting and receiving channels of the AFAR, the control signal transmitted through the AFAR channels is summed, and its subsequent amplitude detection. Next, the signal level is measured after the detector, when the phase shifter of the measured channel is switched to each of L = 2 ^p (p is the number of bits of the phase shifter) state. In this case, one common pilot signal divider / adder is used, the AFAR receiving and transmitting channels are calibrated separately and independently of each other, and the phase shifters in these channels switch (except for the measured and one reference channels) synchronously to the 0 ° or 180 ° states according to M-sequences of one for all of them. In addition, managed switches and a bandpass filter in front of the detector are introduced into the pilot signal path. Proposed in the invention a method of integrated calibration of the receiving and transmitting channels AFAR has the following differences compared with the prototype:

- измерение комплексных коэффициентов передачи приемных и передающих каналов производится отдельно и независимо друг от друга, а в прототипе согласно приведенной схеме для измерения передающих каналов надо включать приемные каналы и, соответственно, для измерения параметров приемных каналов надо включать передающие каналы;- the measurement of the complex transmission coefficients of the receiving and transmitting channels is carried out separately and independently from each other, and in the prototype according to the above scheme, for measuring the transmitting channels, the receiving channels must be turned on and, accordingly, for measuring the parameters of the receiving channels, the transmitting channels must be turned on;

- используется один общий для приемных и передающих каналов делитель/сумматор контрольного сигнала, а в прототипе использованы два отдельных делителя/сумматора контрольного сигнала;- one common divider / adder of the control signal is used common for the receiving and transmitting channels, and two separate divider / adder of the control signal are used in the prototype;

- в прототипе фазовращатели всех каналов АФАР, за исключением измеряемого канала, находятся в фиксированном положении, а в предлагаемом способе фазовращатели всех каналов, кроме измеряемого и опорного, переключаются в состояния 0° или 180° по закону единой для них М-последовательности, что позволяет увеличить отношение/помеха на входе детектора и тем самым повысить точность измерений;- in the prototype, the phase shifters of all channels of the AFAR, with the exception of the measured channel, are in a fixed position, and in the proposed method, the phase shifters of all channels, except the measured and reference, switch to 0 ° or 180 ° according to the law of a single M-sequence, which allows increase the ratio / interference at the detector input and thereby increase the accuracy of measurements;

- введены в тракт калибровочного сигнала управляемые коммутаторы, что позволяет измерять комплексные коэффициенты передачи приемных каналов при отключенных передающих и наоборот - измерять комплексные коэффициенты передачи передающих каналов при отключенных приемных, а также использовать один общий делитель/сумматор контрольного сигнала;- managed switches were introduced into the calibration signal path, which makes it possible to measure the complex transmission coefficients of the receiving channels with the transmitters switched off and vice versa - measure the complex transmission coefficients of the transmitting channels with the receivers turned off, and also use one common pilot signal divider / adder;

- в качестве опорного сигнала используется сигнал с одного канала - опорного, а в прототипе в качестве опорного сигнала выступает суммарный сигнал со всех каналов АФАР за исключением измеряемого, что приводил к уменьшению размаха вариаций от суммы сигналов с опорного и измеряемого каналов;- the signal from one channel is used as the reference signal — the reference one, and in the prototype, the total signal from all AFAR channels except the measured one acts as the reference signal, which led to a decrease in the range of variations from the sum of signals from the reference and measured channels;

- в тракт калибровочного сигнала введен фильтр перед детектором, ограничивающий шумовую полосу и ослабляющий влияние мешающих сигналов от работающих каналов АФАР на полезные сигналы опорного и измеряемого каналов.- a filter in front of the detector is introduced into the calibration signal path, limiting the noise band and attenuating the influence of interfering signals from the working AFAR channels on the useful signals of the reference and measured channels.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ калибровки АФАР. Вход генератора контрольного сигнала 1 соединен с первым контактом коммутатора 2, второй контакт коммутатора 2 соединен с третьим контактом коммутатора 3, третий контакт коммутатора 2 соединен с третьим контактом коммутатора 9, второй контакт коммутатора 3 соединен со вторым контактом коммутатора 10, второй контакт коммутатора 9 соединен с третьим контактом коммутатора 10. Первый контакт коммутатора 3 соединен со вторым контактом направленного ответвителя 4. Штатный рабочий сигнал на АФАР подается на первый контакт направленного ответвителя. Третий контакт направленного ответвителя 4 соединен с N-канальным делителем/сумматором 5 штатного сигнала, выходы которого соединены с каждым приемопередающим каналом 6 АФАР. Между приемопередающими каналами и излучателями 14 расположены N направленных ответвителя 7. Один его вход соединен с приемопередающим каналом, другой - с излучателем, а третий с входами N - канального делителя/сумматора контрольного сигнала 8. Общий выход делителя/сумматора 8 соединен с контактом 1 коммутатора 9.Figure 1 shows a structural diagram of a device that implements the proposed method for calibrating AFAR. The control signal generator 1 input is connected to the first contact of switch 2, the second contact of switch 2 is connected to the third contact of switch 3, the third contact of switch 2 is connected to the third contact of switch 9, the second contact of switch 3 is connected to the second contact of switch 10, the second contact of switch 9 is connected with the third contact of the switch 10. The first contact of the switch 3 is connected to the second contact of the directional coupler 4. The regular working signal on the AFAR is fed to the first contact of the directional coupler . The third contact of the directional coupler 4 is connected to the N-channel divider / adder 5 of the standard signal, the outputs of which are connected to each transceiver channel 6 AFAR. N directional couplers 7 are located between the transceiver channels and emitters 14. One of its inputs is connected to the transceiver channel, the other to the emitter, and the third to the inputs of the N channel divider / adder of the control signal 8. The common output of the divider / adder 8 is connected to terminal 1 of the switch 9.

Первый контакт коммутатора 10 соединен с входом полосового фильтра 11. Выход фильтра соединен с входом амплитудного детектора 12. Входы управления коммутаторов 2, 3, 9, 10 и входы управления приемопередающих каналов АФАР 6 соединены с блоком управления 13. Стрелками показаны направления распространения сигналов СВЧ при калибровке.The first contact of the switch 10 is connected to the input of the bandpass filter 11. The output of the filter is connected to the input of the amplitude detector 12. The control inputs of the switches 2, 3, 9, 10 and the control inputs of the transceiver channels AFAR 6 are connected to the control unit 13. The arrows show the propagation directions of the microwave signals at calibration.

Калибровка АФАР по предлагаемому способу производится следующим образом. Во время калибровки передающих каналов АФАР контрольный сигнал с частотой из диапазона рабочих частот АФАР с генератора 1 поступает на коммутатор 2, первый контакт которого по команде с блока управления 13 соединяется со вторым его контактом. От второго контакта коммутатора 2 сигнал поступает на коммутатор 3, третий контакт которого по команде с блока управления соединяется с первым его контактом. С первого контакта коммутатора 3 сигнал через направленный ответвитель 4 поступает на общий вход делителя/сумматора 5, где делится между N каналами АФАР. С каждого канала делителя/сумматора 5 сигнал поступает на соответствующий передающий канал приемопередающего модуля 6 АФАР. Приемные каналы отключены, работают только передающие. При этом в качестве опорного канала выбирается любой передающий канал, например первый. Фазовращатель этого канала может занимать любое фиксированное положение, т.к. в процессе всей калибровки АФАР опорный канал не меняется и его начальная фаза принимается за начало отсчета фаз остальных каналов. Коэффициент передачи опорного канала также остается фиксированным и коэффициенты передачи остальных каналов АФАР определяются относительно опорного.Calibration AFAR according to the proposed method is as follows. During calibration of the transmitting AFAR channels, a control signal with a frequency from the operating frequency range of the AFAR from the generator 1 is supplied to the switch 2, the first contact of which is connected to its second contact by command from the control unit 13. From the second contact of the switch 2, the signal enters the switch 3, the third contact of which, by command from the control unit, is connected to its first contact. From the first contact of the switch 3, the signal through the directional coupler 4 is fed to the common input of the divider / adder 5, where it is divided between N channels of the AFAR. From each channel of the divider / adder 5, the signal is supplied to the corresponding transmitting channel of the transceiver module 6 AFAR. The receiving channels are disabled, only the transmitting ones work. In this case, any transmitting channel, for example, the first, is selected as the reference channel. The phase shifter of this channel can occupy any fixed position, since during the entire AFAR calibration, the reference channel does not change and its initial phase is taken as the reference phase of the remaining channels. The transmission coefficient of the reference channel also remains fixed and the transmission coefficients of the remaining channels of the AFAR are determined relative to the reference.

В текущем измеряемом передающем канале по командам с блока управления фазовращатель начинает последовательно занимать каждое из L=2^р положений. В это время все остальные (N-2) передающие каналы АФАР по команде с блока управления начинают синхронно переключатся в положения 0° или 180° согласно закону следования двоичных символов в М-последовательности (например, символ “0” М-последовательности соответствует разряду фазовращателя 0°, а символ “1” соответствует разряду 180°). Естественно, что кроме фазовращателей в передающих каналах работают все функциональные части: усилители мощности, ключи приема-передачи, аттенюаторы и т.д.In the current measured transmitting channel, according to commands from the control unit, the phase shifter begins to sequentially occupy each of the L = 2 ^p positions. At this time, all the other (N-2) transmitting AFAR channels, upon command from the control unit, begin to synchronously switch to the 0 ° or 180 ° positions according to the law of binary symbols in the M-sequence (for example, the “0” symbol of the M-sequence corresponds to the phase shifter discharge 0 °, and the symbol “1” corresponds to the digit 180 °). Naturally, in addition to phase shifters in the transmitting channels, all functional parts work: power amplifiers, transmit-receive keys, attenuators, etc.

Часть контрольного сигнала, прошедшего через измеряемый передающий канал ,ответвляется направленным ответвителем 7 и суммируется с такими же сигналами от всех остальных каналов АФАР в делителе/сумматоре 8. Суммарный сигнал поступает на коммутатор 9, первый контакт которого по команде с блока управления соединяется со вторым его контактом. С коммутатора 9 сигнал поступает на третий контакт коммутатора 10, по команде с блока управления третий контакт коммутатора 10 соединяется с первым его контактом. С коммутатора 10 сигнал поступает на вход полосового фильтра 11. Сигнал на входе фильтра 11 представляет собой векторную сумму трех видов сигналов: сигнала с опорного канала, сигнала измеряемого канала и сигналов с оставшихся (N-2) передающих каналов АФАР.Part of the control signal that passed through the measured transmitting channel is branched by a directional coupler 7 and is summed with the same signals from all other AFAR channels in the divider / adder 8. The total signal is fed to the switch 9, the first contact of which is connected to the second by a command from the control unit contact. From the switch 9, the signal is supplied to the third contact of the switch 10, on command from the control unit, the third contact of the switch 10 is connected to its first contact. From the switch 10, the signal is fed to the input of the band-pass filter 11. The signal at the input of the filter 11 is a vector sum of three types of signals: the signal from the reference channel, the signal of the measured channel and the signals from the remaining (N-2) transmitting AFAR channels.

Результат суммы опорного и измеряемого сигналов, при переключении фазовращателя в измеряемом передающем канале, описывается выражением [Бубнов Г.Г. и др. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь. 1988]:The result of the sum of the reference and measured signals when switching the phase shifter in the measured transmitting channel is described by the expression [G. Bubnov et al. Switching method for measuring PAR characteristics. M .: Radio and communication. 1988]:

гдеWhere

$| S_{Σ} |$

- суммарный сигнал от опорного и измеряемого n-го канала;

| S_{Σ} |

- the total signal from the reference and measured n-th channel;

$| S_{O} |$

- сигнал опорного канала;

| S_{O} |

- signal of the reference channel;

$| S_{n ℓ} |$

- сигнал от текущего измеряемого n-го канала при ℓ-том состоянии фазовращателя;

| S_{n ℓ} |

- a signal from the current measured n-th channel at the ℓ-state phase shifter;

cosφ_nℓ - сдвиг фазы между сигналом опорного канала и сигналом измеряемого канала при ℓ-том состоянии его фазовращателя;cosφ _nℓ is the phase shift between the signal of the reference channel and the signal of the measured channel at the ℓ state of its phase shifter;

$ℓ$

=0, 1,…, L-1;

ℓ

= 0, 1, ..., L-1;

L=2^p, р - число разрядов фазовращателя;L = 2 ^p , p is the number of bits of the phase shifter;

n=1,…, N-1, N число каналов АФАР.n = 1, ..., N-1, N is the number of AFAR channels.

Из выражения (1) видно, что в процессе переключения фазовращателя измеряемого канала происходит изменение мощности суммарного сигнала по закону, близкому к косинусоиде или, другими словами, происходит как бы амплитудная модуляция сигнала опорного канала модулирующим сигналом измеряемого канала с периодом, равным времени переключения его фазовращателя во все состояния от 0° до 360°. Такая же картина наблюдается при биениях двух гармонических колебаний.It can be seen from expression (1) that in the process of switching the phase shifter of the measured channel, the power of the total signal changes according to a law close to the cosine wave or, in other words, amplitude modulation of the reference channel signal occurs as a modulating signal of the measured channel with a period equal to the switching time of its phase shifter to all states from 0 ° to 360 °. The same picture is observed when the beats of two harmonic oscillations.

Работа генератора контрольного сигнала на монохроматическом сигнале формирует спектр суммарного сигнала (от опорного и измеряемого каналов), состоящий в общем случае из двух гармонических колебаний с близкими частотами: с частотой контрольного сигнала и частотой сигнала измеряемого канала. Так как частота и фаза связаны соотношением $ω = \frac{d ϕ}{d t},$

то изменение фазы вызывает изменение частоты. Естественно ожидать весьма малое различие между этими частотами, фактически это означает, что в спектре будет присутствовать одно колебание, меняющееся по уровню при смене состояния фазовращателя. Это связано с тем, что скорость переключения разрядов фазовращателя измеряемого канала несоизмерима мала по сравнению с частотой несущего СВЧ-колебания контрольного сигнала. К этому следует добавить тот факт, что пошаговый прирост фазы (т.е. производная фазы) в измеряемом канале во время переключения весьма мал и равен младшему разряду фазовращателя. И в случае применения шестиразрядного фазовращателя составляет 5,625°.The operation of the control signal generator on a monochromatic signal forms the spectrum of the total signal (from the reference and measured channels), consisting in the general case of two harmonic oscillations with close frequencies: with the frequency of the control signal and the signal frequency of the measured channel. Since the frequency and phase are related by the relation

ω = \frac{d ϕ}{d t},

then a phase change causes a frequency change. It is natural to expect a very small difference between these frequencies, in fact this means that there will be one oscillation in the spectrum, which changes in level when the state of the phase shifter changes. This is due to the fact that the switching speed of the discharges of the phase shifter of the measured channel is incommensurably small compared to the frequency of the carrier microwave oscillation of the control signal. Added to this is the fact that the incremental phase increment (i.e., the derivative of the phase) in the measured channel during switching is very small and equal to the least significant bit of the phase shifter. And in the case of using a six-digit phase shifter is 5.625 °.

Таким образом, в момент измерения уровня сигнала с детектора 12 на его вход поступает гармоническое колебание одной частоты, уровень которого несет информацию.Thus, at the moment of measuring the signal level from the detector 12, a harmonic oscillation of one frequency arrives at its input, the level of which carries information.

Другая группа сигналов, поступающая на вход детектора, - это сигналы от (N-2) работающих каналов АФАР. Уровень сигнала с каждого из этих каналов по величине такой же, как и сигнал измеряемого канала, т.к. все каналы в АФАР, во-первых, по определению должны быть одинаковы (чтобы исключить амплитудные ошибки) и, во-вторых, работать в одинаковых условиях (с одинаковыми уровнями усиливаемых сигналов), по крайней мере, во время калибровки. Последнее обстоятельство повышает точность и достоверность измерений. Потому что, когда работает только один из передающих каналов АФАР (измеряемый), то его тепловые режимы отличаются от случая, когда включены все передающие каналы АФАР, которые также выделяют тепло. Кроме того, при работе одного канала нагрузка по цепям питания АФАР очевидно совершенно другая, чем при одновременной работе всех передающих каналов.Another group of signals supplied to the detector input are signals from the (N-2) working channels of the AFAR. The signal level from each of these channels is the same in magnitude as the signal of the measured channel, since all channels in the AFAR, firstly, by definition, must be the same (to exclude amplitude errors) and, secondly, operate under the same conditions (with the same levels of amplified signals), at least during calibration. The latter circumstance increases the accuracy and reliability of measurements. Because when only one of the AFAR transmitting channels (measured) is working, its thermal conditions differ from the case when all the AFAR transmitting channels are switched on, which also generate heat. In addition, during the operation of one channel, the load on the AFAR power supply circuits is obviously completely different than during the simultaneous operation of all transmitting channels.

Таким образом, в работе только одного канала на передачу отсутствуют все факторы взаимного влияния на него со стороны остальных передающих каналов АФАР. Поэтому условие одновременной работы всех передающих каналов в АФАР в процессе калибровки позволяет приблизить условия измерений к реальным условиям работы каналов АФАР.Thus, in the operation of only one channel for transmission, all factors of mutual influence on it from the other transmitting AFAR channels are absent. Therefore, the condition for the simultaneous operation of all the transmitting channels in the AFAR during the calibration process makes it possible to bring the measurement conditions closer to the actual operating conditions of the AFAR channels.

С другой стороны, одновременное присутствие на входе детектора сигналов от (N-2) работающих каналов АФАР и двух сигналов от измеряемого и опорного каналов делают практически невозможным выделение вариаций суммы двух последних.On the other hand, the simultaneous presence at the detector input of signals from (N-2) active AFAR channels and two signals from the measured and reference channels makes it almost impossible to isolate the variations of the sum of the last two.

Действительно, пусть сигналы с (N-2) каналов имеют случайную начальную фазу, равномерно распределенную от 0° до 360°, при установки их фазовращателей в нулевое положение. Данное предположение вполне естественно, т.к. параметры усилителей мощности, фазовращателей и других функциональных узлов передающего канала имеют технологические разбросы и не нормируются по начальной фазе в процессе изготовления и монтажа. Поэтому гармонические сигналы от (N-2) каналов АФАР будут суммироваться в тракте без учета интерференционного множителя, образуя при этом уровень мощности сигнала на входе детектора, равный ${| S |}^{2} (N - 2),$

где

| S |

- амплитуда сигнала на выходе одного из (N-2) каналов,

| S | = | S_{j} |,

j=1…, N, j≠ℓ, j≠О (S_ℓ и S_о сигналы измеряемого и опорного каналов соответственно). Очевидно, что эти (N-2) колебания, назовем их групповым сигналом, будут помехами для полезных сигналов S_ℓ и S_о.Indeed, let the signals from the (N-2) channels have a random initial phase uniformly distributed from 0 ° to 360 ° when their phase shifters are set to zero. This assumption is quite natural, because The parameters of power amplifiers, phase shifters and other functional units of the transmitting channel have technological variations and are not normalized by the initial phase in the manufacturing and installation process. Therefore, the harmonic signals from the (N-2) AFAR channels will be summed in the path without taking into account the interference factor, thereby forming a signal power level at the detector input equal to

{| S |}^{2} (N - 2),

Where

| S |

- the amplitude of the signal at the output of one of the (N-2) channels,

| S | = | S_{j} |,

j = 1 ..., N, j ≠ ℓ, j ≠ О (S _ℓ and S _о are the signals of the measured and reference channels, respectively). Obviously, these (N-2) oscillations, let's call them a group signal, will be interferences for the useful signals S _ℓ and S _о .

Из теории приема сигналов известен факт подавления в амплитудном детекторе полезного сигнала помехой в случае превышения последней над первой [Радиоприемные устройства. Под. ред. В.И.Сифорова. - М.: Советское радио, 1974].From the theory of signal reception, the fact of suppressing a useful signal in an amplitude detector by interference if the latter exceeds the first [Radio receivers. Under. ed. V.I.Siforova. - M .: Soviet Radio, 1974].

Определим уровни действующих сигналов. Как уже отмечалось, уровень сигнала с каждого канала АФАР (кроме опорного) при калибровке должен быть одинаковым с точностью до технологического разброса, который, кстати, и должен быть найден в итоге. Исходя из этого, уровень гармонического сигнала с измеряемого n-го канала АФАР также равен $| S | = | S_{n ℓ} |,$

n=1,…, N, ℓ=0, 1,…, L-1, L=2^p, р - число разрядов фазовращателя.Define the levels of the active signals. As already noted, the signal level from each AFAR channel (except the reference one) during calibration should be the same up to the technological spread, which, by the way, should be found as a result. Based on this, the level of the harmonic signal from the measured n-th channel of the AFAR is also equal to

| S | = | S_{n ℓ} |,

n = 1, ..., N, ℓ = 0, 1, ..., L-1, L = 2 ^p , p is the number of bits of the phase shifter.

Для однозначности определения комплексного коэффициента передачи измеряемого канала необходимо заранее соблюсти соотношение между сигналами опорного канала и остальными измеряемыми: $| S_{o} | = | S_{n ℓ} |,$

для всех n и ℓ [Бубнов Г.Г. и др. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь. 1988]. Положим для определенности

| S_{o} | = | 2 S_{n ℓ} | = | 2 S | .

For unambiguous determination of the complex transmission coefficient of the measured channel, it is necessary to observe in advance the relationship between the signals of the reference channel and the rest of the measured:

| S_{o} | = | S_{n ℓ} |,

for all n and ℓ [Bubnov G.G. et al. Switching method for measuring PAR characteristics. M .: Radio and communication. 1988]. We put for definiteness

| S_{o} | = | 2 S_{n ℓ} | = | 2 S | .

Минимальный уровень мощности полезного сигнала на входе амплитудного детектора, как следует из (1), может составлятьThe minimum power level of the useful signal at the input of the amplitude detector, as follows from (1), can be

а уровень мощности помехи ${| S |}^{2} (N - 2) .$

and interference power level

{| S |}^{2} (N - 2) .

Запишем (2) в новых обозначенияхWe write (2) in the new notation

Из приведенных соотношений видно, что помеха от (N-2) работающих каналов АФАР будет превышать полезный сигнал, в его минимальный момент, в $(\frac{N - 2}{3})$

раз.From the above relations it is clear that the interference from the (N-2) working channels of the AFAR will exceed the useful signal, at its minimum moment, in

(\frac{N - 2}{3})

time.

Максимальный уровень мощности полезного сигнала соответственно будет равен

, при этом превышение помехи составит

(\frac{N - 2}{7})

раз.The maximum power level of the useful signal, respectively, will be equal to

while the excess of interference will be

(\frac{N - 2}{7})

time.

Из последних выражений следует, что при числе каналов АФАР в десятки-сотни, не говоря уже о тысячах, единиц гарантируется подавление в амплитудном детекторе помехой полезного сигнала.From the last expressions it follows that with the number of AFAR channels in the tens to hundreds, not to mention thousands, units, the suppression of the useful signal in the amplitude detector is guaranteed.

Таким образом, имеется противоречие: с одной стороны необходимо, чтобы одновременно работали все каналы решетки, с другой - невозможно выделить достоверно вариации суммарного сигнала (от опорного и измеряемого каналов) на фоне помех от остальных работающих каналов.Thus, there is a contradiction: on the one hand, it is necessary that all the channels of the grating work simultaneously, on the other hand, it is impossible to distinguish reliably the variations of the total signal (from the reference and measured channels) against the background of interference from other working channels.

В предлагаемом изобретении указанное противоречие разрешается следующим образом. Фазовращатели, не участвующих в измерениях (N-2) каналов АФАР, синхронно переключаются в положения 0° или 180° согласно структуре М-последовательности: положению фазовращателя 0° соответствует символ "0" последовательности, положению 180° - символ "1" (или наоборот). То есть происходит фазовая манипуляция несущей СВЧ-сигнала в этих каналах.In the invention, this contradiction is resolved as follows. Phase shifters that are not involved in measurements of (N-2) AFAR channels synchronously switch to 0 ° or 180 ° positions according to the structure of the M-sequence: the position of the phase shifter 0 ° corresponds to the symbol “0” of the sequence, the position 180 ° corresponds to the symbol “1” (or vice versa). That is, phase-shift keying of the microwave carrier in these channels occurs.

Известно, что в случае бинарной фазовой манипуляции гармонического сигнала по закону псевдослучайной М-последовательности. происходит подавление несущей в спектре выходного сигнала [Теоретические основы радиолокации. Под. ред. Ширмана Я.Д. М.: Сов. радио. 1970. стр.560; Н.Т. Петрович. М.К. Размахин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Советское радио. 1969. - 232 с.]. Глубина подавления достигает значения m² раз от уровня немодулированной несущей. Следовательно, в суммарном спектре сигналов, поступающих на вход детектора, на месте подавленной несущей частоты группового сигнала от (N-2) каналов будет располагаться спектральная линия полезного сигнала (суммарного сигнала S_Σ). Также, кроме подавления непосредственно самого группового сигнала от (N-2) работающих каналов на частоте полезного сигнала S_Σ, в суммарном спектре происходит уменьшение абсолютного уровня всех его частотных компонент в m раз (и ниже для высших гармоник) относительно величины группового сигнала ${| S |}^{2} (N - 2)$

, где m - число элементов М - последовательности (фиг.2). Выбирая m, можно сделать максимальный уровень соседних гармоник и остатка несущей достаточно низким.It is known that in the case of binary phase manipulation of a harmonic signal according to the law of a pseudo-random M-sequence. carrier suppression occurs in the spectrum of the output signal [Theoretical fundamentals of radar. Under. ed. Shirmana Y.D. M .: Sov. radio. 1970. p. 560; N.T. Petrovich. M.K. Swipe. Communication systems with noise-like signals. - M .: Soviet radio. 1969. - 232 p.]. The suppression depth reaches m ² times the level of the unmodulated carrier. Therefore, in the total spectrum of the signals arriving at the detector input, at the place of the suppressed carrier frequency of the group signal from (N-2) channels, the spectral line of the useful signal (total signal S _Σ ) will be located. Also, in addition to directly suppressing the group signal itself from (N-2) working channels at the useful signal frequency S _Σ , the total spectrum decreases the absolute level of all its frequency components by m times (and lower for higher harmonics) relative to the group signal

{| S |}^{2} (N - 2)

where m is the number of elements of the M - sequence (figure 2). Choosing m, we can make the maximum level of neighboring harmonics and the remainder of the carrier quite low.

Однако наличие на входе детектора дополнительных мешающих гармоник, которые образовались в результате расширения спектра сигнала от (N-2) каналов, хотя бы они и были невелики, все же ухудшают входное отношение сигнал/помеха. Поэтому для исключения помеховых сигналов в предлагаемом изобретении предлагается установить на входе детектора полосовой фильтр. Он будет подавлять все помеховые сигналы за пределами своей полосы пропускания. Для этого необходимо, что бы в полосу пропускания попадала только частота полезного сигнала S_Σ (расположенная на месте подавленной несущей группового сигнала). Бесконечно узкую полосу пропускания фильтра, равную ширине частотного интервала гармонического колебания сигнала S_Σ, сделать невозможно и близко стоящие частотные составляющие спектра фазоманипулированного группового сигнала от (N-2) каналов все же будут попадать в полосу пропускания фильтра.However, the presence of additional interfering harmonics at the detector input, which were formed as a result of the expansion of the signal spectrum from (N-2) channels, even if they were small, still worsen the input signal-to-noise ratio. Therefore, to exclude interference signals in the present invention, it is proposed to install a band-pass filter at the detector input. It will suppress all interfering signals beyond its bandwidth. For this, it is necessary that only the frequency of the useful signal S _Σ (located at the site of the suppressed carrier of the group signal) fall into the passband. It is impossible to make an infinitely narrow filter passband equal to the width of the frequency interval of harmonic oscillation of the signal S _Σ , and the closely spaced frequency components of the spectrum of the phase-shifted group signal from (N-2) channels will still fall into the filter passband.

В связи с этим в изобретении предлагается наряду c фильтром и фазовой манипуляцией сигналов в каналах использовать также еще одно свойство спектра фазоманипулированного сигнала. Так, если в качестве модулирующего сигнала используется М-последовательность, то расстояние по частоте между соседними спектральными составляющими в спектре модулированного колебания будет равно

, где f_T - частота следования двоичных элементов М-последовательности или тактовая частота, (2^m-1) - число элементов в последовательности или ее длина [Диксон Р.К. Широкополосные системы. М.: Связь. 1979]. In this regard, the invention proposes, along with the filter and phase shift keying of the signals in the channels, to use another property of the spectrum of the phase-shifted signal. So, if an M-sequence is used as a modulating signal, then the frequency distance between adjacent spectral components in the spectrum of the modulated oscillation will be

where f _T is the repetition rate of binary elements of the M-sequence or the clock frequency, (2 ^m -1) is the number of elements in the sequence or its length [R. Dikson Broadband systems. M .: Communication. 1979].

Следовательно, ближайшие частотные составляющие спектра будут располагаться относительно частоты полезного сигнала S_Σ не ближе, чем

по обе стороны от него.Therefore, the nearest frequency components of the spectrum will be located relative to the frequency of the useful signal S _Σ no closer than

on either side of it.

Соответствующим образом, выбирая значения величин f_т и (2^m-1), можно увеличить частотный зазор между полезным сигналом и ближайшими помеховыми составляющими, с целью их выведения за пределы полосы пропускания фильтра. В этом случае полоса пропускания фильтра уже может быть вполне реализуемой (фиг.3).Accordingly, by selecting the values of f and _m (2 ^m -1), can increase the frequency gap between the useful signal and the nearest interfering components, with a view to their removal outside the filter bandwidth. In this case, the filter passband can already be quite feasible (figure 3).

Таким образом, предлагаемая в патенте синхронная модуляция фазы контрольного сигнала по закону М-последовательности в (N-2) каналах АФАР (кроме опорного и измеряемого) и частотная фильтрация образовавшегося спектра перед детектором позволяют существенно повысить входное отношение сигнал/помеха и произвести амплитудное детектирование вариации полезного сигнала ${| S_{Σ} |}^{2}$

с высоким качеством и достоверностью. Учитывая при этом факт одновременной работы всех передающих каналов в АФАР, получаем возможность проведения точной калибровки АФАР.Thus, the synchronous phase of the control signal proposed in the patent according to the M-sequence law in the (N-2) AFAR channels (except the reference and measured ones) and the frequency filtering of the resulting spectrum in front of the detector can significantly increase the input signal-to-noise ratio and perform amplitude detection of variations useful signal

{| S_{Σ} |}^{2}

with high quality and reliability. Taking into account the fact of the simultaneous operation of all the transmitting channels in the AFAR, we get the opportunity to conduct accurate calibration of the AFAR.

На выходе фильтра происходит фиксация уровней продетектированного сигнала в каждом соответствующем L положении фазовращателя измеряемого канала. Далее, по формулам определяются коэффициент передачи К_n измеряемого канала и его фаза φ_n относительно опорного канала [Бондарик А.В., Шитиков А.М., Шубов А.Г. Опыт использования в многоканальных фазированных антенных решетках поэлементных методов калибровки без применения фазометрической аппаратуры. Антенны, выпуск 1 (92), 2005]:At the filter output, the detected signal levels are fixed in each corresponding L position of the phase shifter of the measured channel. Further, according to the formulas, the transmission coefficient K _{n of the} measured channel and its phase φ _n relative to the reference channel are determined [Bondarik A.V., Shitikov A.M., Shubov A.G. The experience of using element-wise calibration methods in multichannel phased array antennas without the use of phasometric equipment. Antennas, Issue 1 (92), 2005]:

Коэффициенты А, В и С рассчитываются следующим образомThe coefficients A, B and C are calculated as follows

,

где L=2^p (р - число разрядов фазовращателя);where L = 2 ^p (p is the number of bits of the phase shifter);

- шаг переключения фазы (младший разряд фазовращателя);

- phase switching step (least significant phase shifter);

Р_ℓ - последовательность измеренных значений сигнала на выходе детектора (ℓ=0,1,…, L-1).P _ℓ - the sequence of measured values of the signal at the output of the detector (ℓ = 0,1, ..., L-1).

Проведя подобные измерения и вычисления для всех n каналов АФАР (n=1,…, N-1), получаем массив комплексных коэффициентов передачи передающих каналов АФАР, который затем может использоваться в алгоритмах формирования требуемого амплитудно-фазового распределения или для выравнивания амплитуд и фаз по апертуре АФАР. На этом завершается процесс калибровки передающей части АФАР.Having performed similar measurements and calculations for all n AFAR channels (n = 1, ..., N-1), we obtain an array of complex transmission coefficients of the AFAR transmitting channels, which can then be used in algorithms for generating the required amplitude-phase distribution or for equalizing amplitudes and phases according to aperture AFAR. This completes the process of calibrating the transmitting part of the AFAR.

Аналогичным образом осуществляется калибровка приемных каналов. Только теперь по команде с блока управления 13 происходит перекоммутация коммутаторов 2, 3, 9 и 10, при которой первый контакт коммутатора 2 соединяется с третьим его контактом, первый контакт коммутатора 3 соединяется с его вторым контактом, первый контакт коммутатора 9 соединяется с его третьим контактом, первый контакт коммутатора 10 соединяется с его вторым контактом.Similarly, the calibration of the receiving channels. Only now, on a command from the control unit 13, the commutation of switches 2, 3, 9 and 10 occurs, in which the first contact of the switch 2 is connected to its third contact, the first contact of the switch 3 is connected to its second contact, the first contact of the switch 9 is connected to its third contact , the first contact of the switch 10 is connected to its second contact.

Далее контрольный сигнал с генератора 1 через коммутаторы 2, 9, делитель/сумматор 8 и направленные ответвители 7 поступает на вход каждого приемного канала. После, пройдя через приемный канал приемопередающего модуля 6, контрольный сигнал суммируется в делителе/сумматоре 5, откуда он поступает через направленный ответвитель 4 и коммутаторы 3, 10 на вход фильтра 11. С выхода фильтра контрольный сигнал, прошедший через всю приемную часть АФАР, детектируется в детекторе 12. При этом фазовращатель измеряемого приемного канала переключается последовательно в каждое из L=2^p состояний. Передающие каналы АФАР выключены и работают только все приемные каналы.Next, the control signal from the generator 1 through the switches 2, 9, the divider / adder 8 and directional couplers 7 is fed to the input of each receiving channel. After passing through the receiving channel of the transceiver module 6, the control signal is summed in the divider / adder 5, from where it enters through the directional coupler 4 and switches 3, 10 to the input of the filter 11. From the output of the filter, the control signal passing through the entire receiving part of the AFAR is detected in the detector 12. In this case, the phase shifter of the measured receiving channel is switched sequentially into each of the L = 2 ^p states. AFAR transmitting channels are turned off and only all receiving channels work.

Вычисление комплексных коэффициентов передачи приемных каналов, на основе измеренных значений продетектированного сигнала, осуществляется по приведенным выше формулам (3) и (4).The calculation of the complex transmission coefficients of the receiving channels, based on the measured values of the detected signal, is carried out according to the above formulas (3) and (4).

Все описанные выше энергетические, спектральные и иные соотношения, имеющие место во время калибровки передающих каналов, остаются справедливы и для приемных каналов АФАР. С разницей лишь в абсолютных уровнях сигналов на входе детектора. Поэтому динамический диапазон детектора должен охватывать уровни входных сигналов как при работе передающих каналов, так и приемных.All the energy, spectral, and other relationships described above that occur during the calibration of the transmitting channels remain valid for the receiving channels of the AFAR. With a difference only in the absolute signal levels at the detector input. Therefore, the dynamic range of the detector should cover the levels of the input signals both during the operation of the transmitting channels and the receiving ones.

Данное изобретение позволяет расширить область применения калибровки приемных и передающих каналов АФАР, а также повысить точность и достоверность измерений их комплексных коэффициентов передачи.This invention allows to expand the scope of calibration of the receiving and transmitting channels AFAR, as well as to improve the accuracy and reliability of measurements of their complex transmission coefficients.

Claims

A method for integrated calibration of an active phased antenna array, including: generating a control signal, distributing a control signal at the inputs of each transmitting and receiving channels of an active phased antenna array, summing a control signal transmitted through channels of an active phased antenna array, detecting it, measuring the signal level from the detector at switching the phase shifter of the measured channel to each of the L = 2 ^p states, where p is the number of bits of the phase shifter, characterized in that One common divider / pilot signal adder is used, the calibration of the receiving and transmitting channels is carried out separately and independently of each other, while in the active phased antenna array all transmit or all receiving channels are included, the phase shifters of which, with the exception of the measured and reference channels, are switched to the states 0 ° or 180 ° according to the law of a single M-sequence for them, controlled switches and a band-pass filter in front of the detector are introduced into the calibration signal path.