RU2821006C1 - Quadrature phase direction finder using signal from output of one of antennae as heterodyne - Google Patents
Quadrature phase direction finder using signal from output of one of antennae as heterodyne Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821006C1 RU2821006C1 RU2023132283A RU2023132283A RU2821006C1 RU 2821006 C1 RU2821006 C1 RU 2821006C1 RU 2023132283 A RU2023132283 A RU 2023132283A RU 2023132283 A RU2023132283 A RU 2023132283A RU 2821006 C1 RU2821006 C1 RU 2821006C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- output
- quadrature
- phase
- direction finder
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 101100434411 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) ADH1 gene Proteins 0.000 description 2
- 101150102866 adc1 gene Proteins 0.000 description 2
- 101150042711 adc2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Квадратурный фазовый пеленгатор предназначен для обнаружения и высокоточного измерения пеленга излучающих объектов и может быть использован в задачах радиолокации, в системах безопасности, в поисковых работах МЧС.The quadrature phase direction finder is designed for detection and high-precision measurement of the bearing of emitting objects and can be used in radar tasks, in security systems, and in search operations of the Ministry of Emergency Situations.
Известны устройства фазовой пеленгации излучающих объектов, например, патент РФ №2208808, опубл. 20.07.2003, на изобретение «Всенаправленный радиопеленгатор» и авторское свидетельство СССР №1190748, опубл. 20.09.1999, на изобретение «Фазовый пеленгатор».Known devices for phase direction finding of emitting objects, for example, RF patent No. 2208808, publ. 07/20/2003, for the invention “Omnidirectional direction finder” and USSR copyright certificate No. 1190748, publ. 09/20/1999, for the invention “Phase direction finder”.
Наиболее близкими к заявляемым устройству является фазовый пеленгатор, патент РФ №2365931, опубл. 27.08.2009. Известный фазовый пеленгатор содержит последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, первый перемножитель, первый полосовой фильтр, линию задержки, второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, фазовращатель на 90 град, первый фазовый детектор, второй вход которого соединен со вторым выходом опорного генератора, и индикатор, последовательно включенные опорный генератор, генератор импульсов, электронный коммутатор, n входов которого соединены с n выходами приемных антенн, размещенных по окружности радиусом d с возможностью их электронного вращения вокруг первой приемной антенны, размещенной в центре окружности, и второй приемник, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя, последовательно подключенные к выходу первого полосового фильтра второй перемножитель, второй полосовой фильтр и третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с третьим выходом опорного генератора, а выход подключен ко второму входу индикатора, при каждой коммутации одновременно используют две из n приемные антенны, расположенные на концах диаметра окружности, по которой они установлены, обеспечивая увеличение относительного размера измерительной базы в два раза, при этом к второму выходу электронного коммутатора последовательно подключены третий приемник, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и третий полосовой фильтр, выход которого соединен с вторым входом второго перемножителя.The closest device to the claimed one is a phase direction finder, RF patent No. 2365931, publ. 08/27/2009. The known phase direction finder contains a first receiving antenna, a first receiver, a mixer connected in series, the second input of which is connected to the output of the local oscillator, an intermediate frequency amplifier, a first multiplier, a first bandpass filter, a delay line, a second phase detector, the second input of which is connected to the output of the first bandpass filter , a 90-degree phase shifter, a first phase detector, the second input of which is connected to the second output of the reference oscillator, and an indicator, a sequentially connected reference oscillator, a pulse generator, an electronic switch, n inputs of which are connected to n outputs of receiving antennas located in a circle of radius d with the possibility of their electronic rotation around the first receiving antenna located in the center of the circle, and the second receiver, the output of which is connected to the second input of the first multiplier, the second multiplier, the second bandpass filter and the third phase detector, the second input of which is connected in series to the output of the first bandpass filter. the third output of the reference generator, and the output is connected to the second input of the indicator; at each switching, two of n receiving antennas are simultaneously used, located at the ends of the diameter of the circle along which they are installed, ensuring a doubling of the relative size of the measuring base, while to the second output The electronic switch is connected in series to a third receiver, a third multiplier, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, and a third bandpass filter, the output of which is connected to the second input of the second multiplier.
Недостатком данного устройства является то, что для получения промежуточной частоты используют гетеродин с опорным генератором, что не позволяет на входе смесителей получить сигналы одной частоты. Из описания известного устройства неясно, как обрабатываются выходные сигналы для определения пеленга.The disadvantage of this device is that to obtain an intermediate frequency, a local oscillator with a reference oscillator is used, which does not allow signals of the same frequency to be obtained at the input of the mixers. It is not clear from the description of the known device how the output signals are processed to determine the bearing.
Данный недостаток устраняется в заявляемом изобретении «Квадратурный фазовый пеленгатор».This drawback is eliminated in the claimed invention “Quadrature phase direction finder”.
Технической задачей заявляемого квадратурного фазового пеленгатора является возможность пеленгования источников радиосигналов в широкой полосе частот без перестройки устройства и использования существенных вычислительных ресурсов.The technical challenge of the proposed quadrature phase direction finder is the ability to find direction of radio signal sources in a wide frequency band without rebuilding the device and using significant computing resources.
Поставленная задача в заявляемом квадратурном фазовом пеленгаторе, содержащем N широкополосных антенн, N широкополосных малошумящих усилителей (МШУ), две группы из N-1 выходных балансных смесителей, фазовращатель, два электронных коммутатора, соединяющих выходы N-1 балансных смесителей с входами аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера, причем выходы антенн 2…N через МШУ 2…N соединены с радиочастотными (РЧ) входами обеих групп балансных смесителей 1…N-1, решается за счет того, что для получения первой квадратуры выход антенны 1 через МШУ 1 соединен с гетеродинными (ГЕТ) входами первой группы 1…N-1 балансных смесителей, для получения второй квадратуры выход антенны 1 через МШУ 1 и фазовращатель соединен с ГЕТ входами второй группы 1…N-1 балансных смесителей, выходы двух групп балансных смесителей 1…N-1 соединены через электронные коммутаторы с двумя входами аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера.The stated problem in the inventive quadrature phase direction finder containing N broadband antennas, N broadband low-noise amplifiers (LNA), two groups of N-1 output balanced mixers, a phase shifter, two electronic switches connecting the outputs of N-1 balanced mixers with the inputs of analog-to-digital converters microcontroller, and the outputs of antennas 2...N through LNA 2...N are connected to radio frequency (RF) inputs of both groups of balanced mixers 1...N-1, is solved due to the fact that to obtain the first quadrature, the output of antenna 1 through LNA 1 is connected to heterodyne ( GET) inputs of the first group 1...N-1 balanced mixers, to obtain the second quadrature, the output of antenna 1 through LNA 1 and a phase shifter is connected to the GET inputs of the second group 1...N-1 balanced mixers, the outputs of two groups of balanced mixers 1...N-1 are connected through electronic switches with two inputs of analog-to-digital converters of the microcontroller.
Сущность заявляемого технического решения поясняется Фиг. 1-5. На Фиг. 1 приведена функциональная схема квадратурного фазового пеленгатора. Названный пеленгатор (Фиг. 1) содержит N широкополосных антенн, N широкополосных малошумящих усилителей МШУ, две группы из N-1 выходных балансных смесителей (CM 1…СМ N-1), фазовращатель на 90 градусов (ФВ на 90), два электронных коммутатора (Коммутатор 1 и Коммутатор 2), соединяющих выходы N-1 балансных смесителей с входами аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера АЦП1 и АЦП2. При этом выходы антенн 2…N через МШУ 2…N соединены с радиочастотными (РЧ) входами (РЧ входы на фиг. 1 не обозначены) обеих групп балансных смесителей 1…N-1. Для получения первой квадратуры выход антенны 1 через МШУ 1 соединен с гетеродинными (ГЕТ) входами (ГЕТ входы на фиг. 1 не обозначены) первой группы 1…N-1 балансных смесителей (CM 1…СМ N-1), для получения второй квадратуры выход антенны 1 через МШУ 1 и фазовращатель соединен с ГЕТ входами второй группы 1…N-1 балансных смесителей (CM 1…СМ N-1), выходы двух групп балансных смесителей 1…N-1 соединены через электронные коммутаторы (Коммутатор 1 и Коммутатор 2) с двумя входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП1 и АЦ2) микроконтроллера.The essence of the proposed technical solution is illustrated in Fig. 1-5. In FIG. Figure 1 shows a functional diagram of a quadrature phase direction finder. The named direction finder (Fig. 1) contains N broadband antennas, N broadband low-noise amplifiers LNA, two groups of N-1 output balanced mixers (CM 1 ... CM N-1), a 90-degree phase shifter (PF at 90), two electronic switches (Switch 1 and Switch 2), connecting the outputs of N-1 balanced mixers with the inputs of analog-to-digital converters of the microcontroller ADC1 and ADC2. In this case, the outputs of the antennas 2...N through the LNA 2...N are connected to radio frequency (RF) inputs (RF inputs are not indicated in Fig. 1) of both groups of balanced mixers 1...N-1. To obtain the first quadrature, the output of antenna 1 through the LNA 1 is connected to the heterodyne (GET) inputs (GET inputs are not indicated in Fig. 1) of the first group 1...N-1 of balanced mixers (CM 1...CM N-1), to obtain the second quadrature the output of antenna 1 through LNA 1 and the phase shifter is connected to the GET inputs of the second group 1…N-1 balanced mixers (CM 1…CM N-1), the outputs of two groups of balanced mixers 1…N-1 are connected through electronic switches (Switch 1 and Switch 2) with two inputs of analog-to-digital converters (ADC1 and AT2) of the microcontroller.
Существенным достоинством данного решения является возможность пеленгования источников радиосигналов в широкой полосе частот без перестройки устройства и использования существенных вычислительных ресурсов. Это достигается тем, что для получения первой квадратуры выход антенны 1 через МШУ 1 соединен с гетеродинными (ГЕТ) входами первой группы 1..N-1 балансных смесителей, для получения второй квадратуры выход антенны 1 через МШУ 1 и фазовращатель соединен с ГЕТ входами второй группы 1..N-1 балансных смесителей, выходы двух групп балансных смесителей 1..N-1 соединены через электронные коммутаторы с двумя входами аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера. В результате сигналы на входах гетеродина и радиочастотных имеют равную частоту даже при изменении частоты входных сигналов. Для обеспечения возможности пеленгования вид сигналов на выходе смесителей должен быть подобен для разных частот и уровней сигналов на входах.A significant advantage of this solution is the possibility of direction finding of radio signal sources in a wide frequency band without rebuilding the device and using significant computing resources. This is achieved by the fact that to obtain the first quadrature, the output of antenna 1 through LNA 1 is connected to the heterodyne (GET) inputs of the first group of 1..N-1 balanced mixers, to obtain the second quadrature, the output of antenna 1 through LNA 1 and the phase shifter is connected to the GET inputs of the second groups 1..N-1 of balanced mixers, the outputs of two groups of balanced mixers 1..N-1 are connected through electronic switches with two inputs of analog-to-digital converters of the microcontroller. As a result, the signals at the local oscillator and RF inputs have the same frequency even when the frequency of the input signals changes. To ensure the possibility of direction finding, the type of signals at the output of the mixers must be similar for different frequencies and signal levels at the inputs.
С целью проверки данного положения был изготовлен макет платы квадратурного фазового пеленгатора (Фиг. 1) с двумя антеннами. При N=2 (число антенн) коммутаторы на выходе балансных смесителей не требуются. Отметим, что все комплектующие макетной платы исключительно российского производства.In order to check this situation, a prototype of a quadrature phase direction finder board (Fig. 1) with two antennas was made. When N=2 (number of antennas), switches at the output of balanced mixers are not required. Please note that all components of the development board are exclusively Russian-made.
Изменение разности фаз на входе антенны 2 относительно базовой антенны 1 достигалось путем применения линий задержки, в качестве которых были использованы кабельные вставки разной длины, величина изменения фазы измерялась фазометром.The change in the phase difference at the input of antenna 2 relative to the base antenna 1 was achieved by using delay lines, which were cable inserts of different lengths; the magnitude of the phase change was measured with a phase meter.
Проведен анализ подобия амплитудно-фазовой характеристики квадратурного фазового пеленгатора при разных частотах входного сигнала исследовался для обеих квадратур.An analysis of the similarity of the amplitude-phase characteristics of the quadrature phase direction finder at different frequencies of the input signal was carried out and was studied for both quadratures.
На Фиг. 2 показана амплитудно-фазовая характеристика квадратурного фазового пеленгатора, выполненного по функциональной схеме (Фиг. 1) при N=2, для первой квадратуры на частотах 1,2 и 1,3 ГГц и мощности -25 Дбм (треугольными маркерами показана частота 1,2 ГГц, квадратными маркерами показана частота 1,3 ГГц).In FIG. Figure 2 shows the amplitude-phase characteristic of a quadrature phase direction finder, made according to the functional diagram (Fig. 1) at N = 2, for the first quadrature at frequencies of 1.2 and 1.3 GHz and power -25 dBm (triangular markers indicate frequency 1.2 GHz, square markers indicate frequency 1.3 GHz).
На Фиг. 3 показана амплитудно-фазовая характеристика квадратурного фазового пеленгатора, выполненного по функциональной схеме (Фиг. 1) при N=2, для второй квадратуры на частотах 1,2 и 1,3 ГГц и мощности -25 Дбм (треугольными маркерами показана частота 1,2 ГГц, квадратными маркерами показана частота 1,3 ГГц).In FIG. Figure 3 shows the amplitude-phase characteristic of a quadrature phase direction finder, made according to the functional diagram (Fig. 1) at N = 2, for the second quadrature at frequencies of 1.2 and 1.3 GHz and power -25 dBm (triangular markers indicate frequency 1.2 GHz, square markers indicate frequency 1.3 GHz).
Как видно из Фиг. 2, 3 формы квадратур в зависимости от разности фаз на входах антенн для разных частот подобны. Имеет место фазовый сдвиг при изменении частоты входного сигнала.As can be seen from FIG. 2, 3, the quadrature shapes depending on the phase difference at the antenna inputs for different frequencies are similar. A phase shift occurs when the frequency of the input signal changes.
Проведен анализ подобия амплитудно-фазовой характеристики при разной входной мощности сигнала на одной частоте для двух квадратур.An analysis of the similarity of the amplitude-phase characteristics was carried out at different input signal powers at the same frequency for two quadratures.
На Фиг. 4 показана амплитудно-фазовая характеристика первой квадратуры фазового пеленгатора, выполненного по функциональной схеме (Фиг. 1) при N=2 для частоты 1,1 ГГц при входной мощности сигнала -25 Дбм и -28Дбм.In FIG. Figure 4 shows the amplitude-phase characteristic of the first quadrature of the phase direction finder, made according to the functional diagram (Fig. 1) at N=2 for a frequency of 1.1 GHz with an input signal power of -25 dBm and -28 dbm.
На Фиг. 5 показана амплитудно-фазовая характеристика второй квадратуры фазового пеленгатора, выполненного по функциональной схеме (Фиг. 1) при N=2 для частоты 1,1 ГГц при входной мощности сигнала -25 Дбм и -28Дбм.In FIG. Figure 5 shows the amplitude-phase characteristic of the second quadrature of the phase direction finder, made according to the functional diagram (Fig. 1) at N=2 for a frequency of 1.1 GHz with an input signal power of -25 dBm and -28 dbm.
Как видно из Фиг. 4, 5 формы квадратур в зависимости от мощности сигнала на входах антенн подобны. Имеет масштабирование амплитудно-частотной характеристики при изменении входной мощности сигнала.As can be seen from FIG. 4, 5 the quadrature shapes depending on the signal power at the antenna inputs are similar. Has scaling of the amplitude-frequency response when changing the input signal power.
Таким образом, нами показано, что получена возможность пеленгования источников радиосигналов в широкой полосе частот без перестройки пеленгатора. Это достигается тем, что сигналы на входах гетеродина и радиочастотных входах смесителей всегда имеют одинаковую частоту. Амплитудно-фазовая характеристика приемника сохраняет свое подобие при изменении частоты и мощности входного сигнала, а совместный анализ двух квадратур в микроконтроллере позволяет пеленговать источник радиоизлучения однозначно.Thus, we have shown that it is possible to find direction of radio signal sources in a wide frequency band without adjusting the direction finder. This is achieved by ensuring that the signals at the local oscillator inputs and the RF inputs of the mixers always have the same frequency. The amplitude-phase characteristic of the receiver retains its similarity when the frequency and power of the input signal changes, and the joint analysis of two quadratures in the microcontroller makes it possible to unambiguously determine the direction of the radio emission source.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2821006C1 true RU2821006C1 (en) | 2024-06-14 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2208808C2 (en) * | 2001-10-04 | 2003-07-20 | Войсковая часть 25714 | Omnidirectional radio direction finder |
RU2365931C2 (en) * | 2007-10-08 | 2009-08-27 | Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук | Phase direction finding technique, phase direction-finder therefor |
US7612715B2 (en) * | 2003-07-12 | 2009-11-03 | Qinetiq Limited | Direction finding |
RU2429500C1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-09-20 | Виктор Иванович Дикарев | Phase direction finding method |
US10674435B2 (en) * | 2016-03-14 | 2020-06-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Hash based beam alignment |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2208808C2 (en) * | 2001-10-04 | 2003-07-20 | Войсковая часть 25714 | Omnidirectional radio direction finder |
US7612715B2 (en) * | 2003-07-12 | 2009-11-03 | Qinetiq Limited | Direction finding |
RU2365931C2 (en) * | 2007-10-08 | 2009-08-27 | Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук | Phase direction finding technique, phase direction-finder therefor |
RU2429500C1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-09-20 | Виктор Иванович Дикарев | Phase direction finding method |
US10674435B2 (en) * | 2016-03-14 | 2020-06-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Hash based beam alignment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
East | Fifty years of instantaneous frequency measurement | |
US10809366B2 (en) | Multimodal radar system | |
CN110018446A (en) | Integrated multi-channel RF circuit with phase position sensing | |
Vinci et al. | Six-port-based direction-of-arrival detection system | |
US9482735B2 (en) | Microwave radio direction finding system | |
US20180123238A1 (en) | Multipolarized vector sensor array antenna system for search and rescue applications | |
US3946395A (en) | Radio direction finding apparatus | |
US20040160364A1 (en) | Digital instantaneous direction finding system | |
US6407702B1 (en) | Method and system for obtaining direction of an electromagnetic wave | |
US5237336A (en) | Omnidirectional antenna system for radio direction finding | |
US11796629B2 (en) | Phase measurement in a radar system | |
RU2821006C1 (en) | Quadrature phase direction finder using signal from output of one of antennae as heterodyne | |
US6225949B1 (en) | Method and apparatus for a ring interferometer | |
US3229293A (en) | Four arm spiral antenna direction finder | |
US3175217A (en) | Direction finder | |
US20130315287A1 (en) | Device for broadband reception by autotransposition and application to the detection and characterization of radioelectric emissions | |
US5148180A (en) | Method and apparatus for passive direction finding with sideband determination | |
Alistarh et al. | Millimetre-wave FMCW MIMO radar system development using broadband SIW antennas | |
Koelpin et al. | The six-port technology: A low-cost concept for precise position measurements | |
US5812091A (en) | Radio interferometric antenna for angle coding | |
Shimura et al. | A phase and power difference detection technique using symmetric mixer with input level switching for millimeter-wave phased-array calibration | |
US11960023B2 (en) | Radar device | |
Welsh et al. | Accuracy criteria for radar cross section measurements of targets consisting of multiple independent scatterers | |
RU2526533C2 (en) | Phase-based direction-finder | |
Bain | The theoretical design of direction-finding systems for high frequencies |