Устройство для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников Советский патент 1983 года по МПК G01R25/02 

уровня, сумматора импульсов/ аналого-цифрового преобразователя, причем второй выход триггера, выход аналогоцифрового преобразователя и второй

выход сумматора импульсов :двляются соответственно первым, вторым и третьим выходами коммутационного цифрового фазометра..

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ СДВИГОВ ЧЕТЫРЕХПОЛОСНИКОВ, содержащее генератор качающейся частоты, первый выход которого через основной канал первого направленного ответвителя подключен к входу тройника, а его -второй выход - к входу генератора строб-импульсов, первый выход тройника через первый управляемый аттенюатор и первый ферритовый вентиль соединен с входом основного канала второго направленного ответвителя, выход которого является входом для подключения исследуемого четырехполюсника, а к его втоjpOMy выходу последовательно подсое- . динены второй управляемый аттенюатор и второй ферритовый вентиль и основной канал третьего направленного ответвителя выход основного канала которого является выходом для подключения исследуемого четырехполюсника, стробоскопический преобразователь частоты, вход которого подключен к выходу генератора строб-импульсов , а выход - к входу преобразователя частоты, блок, управления, первыЯ и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго управляемых аттенюаторов, усилитель и электроннолучевую трубку, отличающееся тем, что, с целью повышения, точности при измерении фазовых сдвигов невзаимных четырехполюсников, в устройство введены третий управляемый аттенюатор, коммутационный цифровой фазометр, генератор метки,блок вывода информации, блок коррекции и сумматор мощности, причем вход третьего управляемого аттенюатора подключен к выходному плечу вторичного канала первого направленного ответвителя, управляющий вход - к третьему выходу блока управления, а выходк первому входу сумматора мощности, к второму, третьему и управляющему входам которого подключены соответственно выходы второго и третьего направленных ответвителей и блока управления, к выходу сумматора мощности подсоединен вход стробоскопиW ческого преобразователя частоты,вход коммутационного цифрового фазометра подключен к выходу преобразовг уеля частоты, а его первый, второй и третий выходы подключены соответственно к входам блока управления, блока вывода информации, блока коррекции и усилителя, к первому, второму и третьему входам электроннолучевой трубки подключены соответственно выхоtsD to да блока вывода информации, усилителя и генератора метки, к входу которого подсоединен выход генераО Ч тора качающейся частоты, второй выход генератора метки соединен с вторым входе блока вывода информаto 1ЩИ, а первый и второй выходы блока коррекции подключены соответственно к третьему входу блока вывода информации и корректирующему входу усилителя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутационный цифровой фазометр состоит из последовательно соединенных формирователя напряжений, триггера, выход которого является входом коммутацион;ного цифрового фазометра, фиксатора

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ, Известно устройство для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников , содержащее генератор качающейся частоты, блок управления, модулятор, делитель мощности, два управ ляемых аттенюатора, два ферритовых вентиля, четыре направленных ответвителя, два СВЧ переключателя, отрезок волновода, исследуемый невзаимный четырехполюсник, два управляемых СВЧ переключателя, два тройника, квадратурный и противофазный восьмиполюсники, четыре детектора, две схемы вычитания, двухканальный электронный коммутатор, синхронный детектор, индикатор с нулем в середине шкалы, электроннолучевую трубку .11 в этом измерителе существует погрешность измерения, обусловленная наличием в измерительном тракте квадратурного и противофазного вось миполюсников, в которых производитс интерференция СВЧ сигналов, необходимость предварительного измерения ослаблений исследуемого четырехполюсника для введения поправок в результат измерения, что также ведет к увеличению погрешности измерения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения фазовых сдвигов четырехпохшюНИКОВ, содержащее генератор качающейся частоты, первый выход которого через основной канал первого направленного ответвителя подключен к входу тройника, его второй выход,- к входу генератора строб-импульсов, первый выход тройника через первый управляемый аттенюатор и первый ферритовый вентиль соединен с входсм основного ка нала второго направленного ответвителя, выход которого является входо для подключения исследуемого четырехполюсника г а к его второму выходу последовательно подсоединены вто рой управляемый аттенюатор, второй ферритовый вентиль и основной канал третьего направленного ответвйтеля, выход основного канала которого является выходом для подключения исследуемого четырехполюсника , стробо скопический преобразователь частоты вход которого подключен к выходу генератора строб-импульсов, а выход к входу преобразователя частоты, блок управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго управляемых аттенюаторов, усилитель и электроннолучевую трубку 2. Однако данное устройство не .обеспечивает высокую точность измерений фазовых сдвигов невзаимных четырехполюсников. Цель изобретения - повышение точности при измерении фазовых сдвигов невзаимных четырехполюсников. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников, содержащее генератор качающейся частоты, первый выход которого через основной канал первого направленного ответвйтеля подключен к входу тройника, а его второй выход - к входу генератора строб-импульсов, первый выход тройника через первый управляемый аттенюатор и первый ферритовый вентиль соединен с входе основного канала второго направленного Ответвйтеля, выход которого является входом для подключения исследуемого четырехполюсника, а к его второму выходу последовательно подсоединены второй yпpaвляe ый аттенюатор, второй ферритовый вентиль и основной канал третьего направленного ответвйтеля, выт ход основного канала которого-является выходом для подключения исследуемого четалрехполюсника, стробоскопический преобразователь частоты, вход которого подключен к выходу генератсч а строб-импульсов, а шлход - к входу преобразователя частоты, блок управления, первый и второй выходы КОТОРОГО подключены соответственно к упрэвляняцим входам первого и второго управляемых аттенюаторов, усилитель и электроннолучевую трубку, введены третий управляемый аттенюатор, коммутационный фазометр, генератор метки, блок вывода информации, блок коррекции и сумматор мощности, причем Вход третьего управляе юго аттенюатора подключен к выходно плечу вторичного канала первого напавленного ответвйтеля; управляющий вход - к третьему выходу блока управления, а выход - к первому входу суьвлатора мсицности, к второму, третьему и управляющему входам которого подключены соответственно выходы вто рого и третьего направленных ответви телей и блока управления, к выходу сумматора мощности подсоединен вход стробоскопического преобразователя частоты, вход коммутационного цифрового фазометра подключен к выходу преобразователя частоты, а его первы второй и третий выходы подключены со ответственно к входам блока управления , блока вывода информации, блока коррекции и усилителя, к первому, второму и третьему входам электроннолучевой трубки подключены соответственно выходы блока вывода информации , усилителя и генератора метки, к входу которого подсоединен выход генератора качающейся частоты, второ выход генератора метки соединен с вторым входом блока вывода информации, а первый и второй выхода блока коррекции подключены соответственно третьему входу блока иавода информации и корректирукядему входу усилиТеля, при этом коммутационный цифровой фазометр состоит из последовательно соединенных формирователя напряжений триггера, выход которого является входом коммутацирнного цифрового фазометра, фиксатора уровня, сумматора импульсов, аналого-цифрового преобра зователя, причем второй выход тригге ра, выход аналого-цифрового преобразователя и второй выход сукматора им пульсов являются соответственно перВШ4, вторым и третьим выходами комму тационного цифрового фазометра. На фиг. 1 приведена структурная схе ма устройства для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников; на фиг,2 структурнёш схема кокмутационного цифрового фазометра. Устройство для измерения фазовых сдвигов четьфехполюсников, содержит генератор 1 качающейся частоты, первый выход которого через основной ка нал направленного ответвителя 2 подключен к входу тройника 3, а его второй выход - к входу генератора 4 строб-импульсов, первый выход тройника 3 через управляемый аттенюатор 5, ферритовый вентиль б соединен с входом основного канала направленного ртвётвнтеля 7, выход является входом для подключения исследуемого четырехполюсника 8, а к его второму выходу последовательно подсоединены .управляемый аттенюатор 9, ферритовый вентиль 10 и основной канал направленного ответвителя 11, вы ход основного канала которо1 о являет ся выходом для подключения исследуемого четырехполюсника 8, стробоскопи ческий преобразователь 12 частоты, вход которого подключен к выходу генератора 4 строб-импульсов, а выход к входу преобразователя 13 частоты, блок 14 управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам управляеWJX аттенюаторов 5 и 9, усилитель 15, электроннолучевую трубку 16, управляемой аттенюатор 17, коммутационный цифровой фазометр 18, генератор 19 метки, блок 20 вывода информации, блок 21 коррекции и сунадатор 22 мощности, причем коммутационный цифровой фазометр 18 состоит из последователь- но соединенных формирователя 23 напряжений , триггера 24, выход которого является входом коммутационного цифрового фазометра 18, фиксатора 25 уровня, сумматора 26 импульсов и аналого-цифрового преобразователя 27. Устройство работает следующим образом. В режиме калибровки вместо исследуемого четырехполюсника 8 в тракт включается эквивгшентный по геометрическим размерам четырехполюсник, не вносящий в тракт фазового сдвига. На генераторе 1 качающейся частоты устанавливаются необходимые для проведения измерений пределы качания частоты. Блок 14 управления переводится в режим измерения прямого (обратного или невзаимного в зависимости от задачи измерения) фазового сдвига. При таком состоянии блока 14 управления управляемый аттенюатор 5 находится в закрытом состоянии и отключается от выхода сумматора 22 мощности выход направленного ответвителя 11. Предположим, что в начальный мо мент работы измерителя блок 14 управления установился в такой, режим, при котором управляемый аттенюатор 9 закралт, а управляемый аттенюатор 17 открыт. В, этом случае СВЧ сигнал поступает от генератора 1 качакицейся частоты на вход направленного оТветвителя 2 с выхода которого часть СВЧ сигнала (определяемая переходным ослаблением ответвителя через открытый управляеьый аттенюатор 17, сумматор 22 мощности поступает-на вход стробокопнческого преобразователя 12 частоты. После двойного прео(Н азования частоты в стробоскопическом преобразователе 12 и преобразователе 13 частоты сигн измерительной информации поступает на вход ко(утационного циф рового фазометра 18 и описывается выр€1жением ,siyi(), где Uo - амплитуда преобразованного сигнала К. - коэффициентпередачи изме.рительвого тракта, - фазовый сдвиг, вносимый измерительным трактом. После прохождения определенного целого, определяемого конкретной схемой построения триггера 24.количества периодов исследуемого сигнала с выхода коммутационного цифрового фазометра 18 на вход блока 14 управления подается управляющий сигнал, который осуществляет перекоммутацию управляемых аттенюаторов 5, 9 и 17. В этом случае закрывается управляемый аттенюатор 17 и открывается управляекый аттенюатор 9. При этом СВЧ сигнал генератора 1 качакнцейся частоты через направленный ответвитель 2,. тройник 3, управляемый аттенюатор 9, ферритовый вентиль. 10, направленный ответвитель 11 (эквивалентныйК четырехпо люсник 8, направленный ответвитель 7 поступает на вход ферритового вентиля б и поглощается им. С выхода направленного ответвителя 7 снимается СВЧ сигнал, который через сумматор 22 мощности, стробоскопический преобразователь 12 и преобразователь 13 частоты, в котором осуществляется его преобразование на низкую промежуточную частоту, поступает на вход коммутационного цифрового фазометра 18 и описывается выражением (. где Кл - коэффициент передачи измерительного тракта, - фазовый сдвиг, вносимый измерительным трактом. После прохождения определенного целого количества периодов второго исследуемого сигнала с выхода коммутационного цифрового фазометра 18 подается управляющий сигнал на вход блока 14 управления, который возвращает измеритель в первоначальное сос тояние и процесс измерения повторяется. Во время описанного цикла изме рения частота генератора 1 качакедейс частоты остается неизменной. Поскольку фазовые сдвиги и ф не равны друг другу (в общем случае) то один полупериод коммутации по вре мени будет больше или меньше (в зависимости от величины фазовых сдвигов) второго полупериода. Равенство полупериодов наступит только в случае, когда разность и Ч будет равна .180°. Таким образом, временная разность полупериодой коммутации будет однозначно определять разность фазош х сдвигов Ц и . Последующи ми схемными элементами коилиутационно го цифрового фазометра временная раз ность преобразуется в постоянное напряжение и .затем в цифровой код. Постоянное напряжение усиливается усилителем 15 и поступает на электронно лучевую трубку 16. цифровой код поступает на входы блока 20 вывода информации и блока 21 коррекции. Блок 20 вывода информации преобразует цифровой код по сигналу с генератора 19 метки непосредственно в цифры и выводит для индикации на электроннолучевую трубку (ЭЛТ 16. Блок 21 коррекции запоминает цифровую информацию о фазовом сдвиге, вносимом измерительным и преобразовательным трактом, и по специальной команде оператора или автоматически корректирует и нормализует сигналы, поступающие на ЭЛТ 16, как в цифровой, так и в аналоговой формах. В этом случае на экране ЭЛТ 16 наблюдается прямая линия, расположенная строго по центру экрана, и индицируются нули. Калибровка измерителя на измерение и новзаимно-го фазовых сдвигов осуществляется аналогично, только в . случае калибровки обратного фазового сдвига постоянно выключается управляемый аттенюатор 9 и от выхода сумматора 22 мощности отключается выход направленного ответвителя 7, а подключается выход направленного ответвителя 11. В случае калибровки измерителя на измерение невзаимного фазового сдвига постоянно выключается управляемый аттенюатор 17, а управляемое аттенюаторы 5 и 9 попеременно коммутируются. В режиме измерения фазовых сдвигов исследуе1 вый четырехполюсник В включается в измерительный тракт, измеритель усгтанавливается в один из четырбх алгоритмов работы (измерение прямого фазового сдвига измерение обратного фазового сдвига, измерение невзаимного фазового сдвига, панорамное наблюдение прямого, обратного и невзаимного фазовых сдвигов. Процесс измерения осуществляется аналогично процессу калибровки. При этом на экране ЭЛТ 16 могут наблюдаться как исправленные (скорректированные, так и неисправленные (содержащие значения фазового сдвига, вносимого самим измерительным трактом результаты измерения как в панорамной, так и в цифровой формах. В описанном измерителе соблюдаются следующие соотношения между часто-, той качания генератора 1 fy , которая определяет и время развертки панорамного ийдикатора, частотой коммутации ft , промежуточной частотой исследуемого сигнала сы и частотой повторения стробирукицих импульсов и . , к где VI - количество точек- на экране электроннолучевой трубки 16, необходимое для получения непрерывной линии k - количество периодов исследуемого сигнала, укладываю щееся в одном периоде коммутации , определяется структурой триггера 24 коммутационного цифрового фазометра 18 с учетом обеспечения заданного быстродействия всего фазометра в целом. Исходя из заданной погрешности if преобразования измерительной информации в стробоскопическом преобразователе 12, определяется частота повторения строб-импульсов где fc - интервал времени, эквива лентный 1 измеряемого фазового сдвига, на промежуточной высоте Таким образом, частота повторения /строб-импульсов Iff связана с проме eff. / жуточной частотой -исследуемого сигнала и частотой коммутации выражениями vf - . гч . lW-ЭбО K-Sl- boКИРк-ЬбО Из этой формулы, задавшись погрешностью стробоскопического преобразования и частотой качания генератора, можно определить 5ц ,tM ,5L . Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает более точное измерение фазовых сдвигов на частотах от 2 до 12000 МГц (погрешность измерений составляет ±1), позволяет уменьшить время измерения каждого из трех параметров ( исключая время калибровки ) на фиксированной частоте до нескольких десятковмиллисекунд, обеспечить панорамное воспроизведение на экране ЭЛТ 16 одновременно трех измеряеNtjx параметров. Отсчет величины фазового сдвига осуществляется в цифровой форме, при этом результат измерения фазового сдвига на заданной частоте индицируется на экране ЭЛТ1Б.

Фт.г