Способ оперативного измерения СВЧ-частоты с предварительным умножением частоты и сниженными требованиями к полосе пропускания линии задержки Российский патент 2021 года по МПК G01R23/12 G01R23/175 

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.

Известен другой способ оперативного измерения СВЧ частоты [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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является способ измерения частоты СВЧ сигналов [3]. Сущность способа заключается в предварительном усилении сигнала, умножении его частоты в известное число раз, измерении разности фаз с помощью фазового детектора между задержанным в линии задержки сигналом и незадержанным сигналом. Предварительное умножение частоты позволяет увеличить разность фаз между задержанным и незадержанным сигналом, снижая погрешность измерения и/или необходимое время задержки.

Недостатком данного способа является возрастание требований к полосе пропускания линии задержки, так как при умножении частоты происходит расширение спектра сигнала. При этом требуемая полоса пропускания линии задержки увеличивается в тоже число раз, во сколько умножается частота.

Техническим результатом изобретения является уменьшение требований к полосе пропускания линии задержки при сохранении разрешения по частоте и точности измерения.

Целью изобретения является снижение требований к полосе пропускания линии задержки за счет перестановки операций задержки сигнала и умножения частоты.

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 задержанного и незадержанного сигнала (после синфазного деления входного сигнала на две части) умножают в одно и то же известно 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 оперативного измерения частоты сигнала содержит: усилитель-ограничитель 1, полосовой фильтр 2, синфазный делитель 3 СВЧ мощности, умножители частоты 4.1 и 4.2, 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, синфазному делению на две части в делителе 3 СВЧ мощности. Первую часть сигнала подают на вход умножителя частоты 4.1 и далее на один из входов фазового детектора 6. Вторую часть сигнала через линию задержки 5 подают на вход умножителя частоты 4.2 и далее на другой вход фазового детектора 6. Умножители частоты 4.1 и 4.2 имеют одинаковый коэффициент умножения частоты. Фазовый детектор 6 формирует следующую функцию преобразования:

, (1)

где А – коэффициент пропорциональности;

f – частота входного сигнала, Гц;

ф – время задержки линии задержки 5, с.;

n – коэффициент умножения частоты умножителей 4.1, 4.2 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 схемы на фиг. 1 также видно, что задержка одной части сигнала до умножения частоты позволяет сократить требования к полосе пропускания линии задержки, так как расширение спектра происходит после задержки сигнал.

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. Способ оперативного измерения СВЧ частоты. Патент Российской Федерации на изобретение №2 725 505

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного измерения частоты непрерывных СВЧ-сигналов в широком диапазоне частот. Сущность: способ широкополосного измерения частоты СВЧ-сигнала заключается в усилении-ограничении входного сигнала, полосовой фильтрации сигнала, синфазном делении сигнала на две части, задержке первой части сигнала в линии задержки, фазовом детектировании задержанного и не задержанного сигнала в фазовом детекторе, обработке напряжения от фазового детектора в вычислительном устройстве. При этом первую часть сигнала после подачи на линию задержки и вторую часть сигнала перед подачей на фазовый детектор умножают по частоте в одно и то же известное число раз. Технический результат: уменьшение требований к полосе пропускания линии задержки при сохранении разрешения по частоте и точности измерения. 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 задержанного и не задержанного сигнала в фазовом детекторе, обработке напряжения от фазового детектора в вычислительном устройстве, отличающийся тем, что первую часть сигнала после подачи на линию задержки и вторую часть сигнала перед подачей на фазовый детектор умножают по частоте в одно и то же известное число раз.