Способ оперативного измерения СВЧ частоты Российский патент 2020 года по МПК G01R23/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного измерения частоты непрерывных СВЧ сигналов в широком диапазоне частот.

Известен способ оперативного измерения СВЧ частоты [1]. Сущность способа заключается в измерении разности фаз с помощью фазового детектора между задержанным в линии задержки сигналом и незадержанным сигналом. Используется две линии задержки и два фазовых детектора. Диапазон однозначно измеряемых частот обратно пропорционален разности времени задержки линий задержки. Неоднозначность измерения частоты разрешается с помощью китайской теоремы об остатках.

Недостатком данного способа является наличие частотных участков, в которых функции преобразования обоих фазовых детекторов имеют малую крутизну, что повышает погрешность измерения. Снижение погрешности возможно за счет уменьшения разности между временем задержки первой и второй линии задержки, при этом диапазон однозначно измеряемых частот уменьшается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является способ измерения частоты СВЧ сигналов [2]. Сущность способа заключается в измерении разности фаз с помощью фазового детектора между задержанным в линии задержки сигналом и незадержанным сигналом. Используется несколько линий задержки и фазовых детекторов. Линия задержки с наименьшим временем задержки используется для грубого измерения частоты (разрешения неоднозначности измерения частоты). Линия с наибольшим временем задержки используется для точного измерения частоты.

Недостатком данного способа является громоздкость, вызванная необходимостью применения нескольких линий задержки, минимальное и максимальное время задержки которых, для достижения заданной точности и диапазона рабочих частот должно отличаться в несколько раз.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы при сохранении точности измерения частоты.

Целью изобретения является снижение громоздкости за счет предварительного умножения частоты входного сигнала в известное число раз, что позволяет уменьшить во столько же раз требуемое время задержки линии задержки.

Заявленный результат достигается тем, что в способе измерения частоты СВЧ сигнала проводят усиление-ограничение входного сигнала, полосовую фильтрацию сигнала, синфазное деление сигнала на две части, задержку первой части сигнала в линии задержки, фазовое детектирование незадержанного и задержанного в линии задержки сигнала в фазовом детекторе, обработку напряжения от фазового детектора в вычислительном устройстве, причем частоту входного сигнала после полосовой фильтрации (перед подачей на синфазный делитель) умножают в известное число раз.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа оперативного измерения СВЧ частоты. На фиг.2 представлены графики напряжений на выходе фазового детектора для трех значений коэффициентов умножения частоты n=2,3,4.

Устройство для реализации способа измерения частоты сигнала в устройстве оперативного измерения интерференционного типа на линиях задержки содержит: усилитель-ограничитель 1, полосовой фильтр 2, умножитель 3 частоты, синфазный делитель мощности 4, линию 5 задержки, фазовый детектор 6 вычислительное устройство 7.

Способ измерения частоты сигнала в устройстве оперативного измерения интерференционного типа на линиях задержки осуществляется следующим образом. Входной сигнал подвергают усилению-ограничению в усилителе 1, полосой фильтрации в фильтре 2, умножению частоты входного сигнала в умножителе 3 частоты, синфазному делению на две части в делителе 4 мощности. Первую часть сигнала подают на один из входов фазового детектора 6 непосредственно, вторую часть задерживают в линии задержки 5, с выхода линии задержки 5 сигнал подают на другой вход фазового детектора 6. Напряжение с выхода фазового детектора 6 подают на вычислительное устройство 7 для дальнейшей математической обработки. Фазовый детектор 6 формирует следующую функцию преобразования:

$$PD=A\left[1+\cos (2\pi nf{\tau }_{})\right]$$ , (1)

где А₅ – коэффициент пропорциональности;

f – частота входного сигнала, Гц;

τ – время задержки линии задержки 5, с;

n – коэффициент умножения частоты умножителя 3 частоты.

Графики выражения (1) для трех значений коэффициента умножения n=2,3,4 представлены на фиг. 2. Как видно из выражения (1) и графиков на фиг. 2, предварительное умножение частоты позволяет повысить крутизну функции преобразования измерительного канала, что снижает погрешность [3]. Предварительное умножение частоты входного сигнала эквивалентно увеличению времени задержки линии задержки в то же число раз. Таким образом, предварительное умножение частоты позволяет снизить габариты устройства, реализующего данный метод за счет уменьшения времени задержки линии задержки.

Из приведенного описания способа также ясно, что заявленный способ может быть расширен на большее число измерительных каналов.

Список использованных источников

1. Tsui, J.B.Y., McCormick, W. S. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with only two delay lines. Патент США №4963816

2. Tsui, J.B.Y., Hedge, J.N. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signals capability. Патент США на изобретение №5291125

3. Аткишкин, С.Ф. Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов с предварительным умножением частоты/С.Ф. Аткишкин //Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2019. –№10. – с. 15 - 19

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного измерения частоты непрерывных и импульсных СВЧ-сигналов в широком диапазоне частот. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает уменьшение громоздкости с сохранением точности измерений. Технический результат достигается за счет предварительного умножения частоты входного сигнала в известное число раз, что позволяет уменьшить во столько же раз требуемое время задержки линии задержки. 2 ил.

Способ широкополосного измерения частоты СВЧ-сигнала, заключающийся в усилении-ограничении входного сигнала, полосовой фильтрации сигнала, синфазном делении сигнала на две части, задержке первой части сигнала в линии задержки, фазовом детектировании незадержанного и задержанного в линии задержки сигнала в фазовом детекторе, обработке напряжения от фазового детектора в вычислительном устройстве, отличающийся тем, что после полосовой фильтрации (перед подачей на синфазный делитель) частота входного сигнала умножается в известное число раз.