Устройство для измерения фазовых сдвигов,вносимых взаимными четырехполюсниками Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретения относится к радиоизмё тельной технике, в частности к фазо метрии, и йожет быть использовано для прецизионного измерения фазовых сдвигов высокочастотных (ВЧ) ригна лов.. Известен фазометр, позволяющий измерять разность фаз на высоких (ВЧ и сверхвысоких (СВЧ) частотах С.1. Недостатком данного фазометра является низкая точность измерения разности фаз из-за отсутствия комму тйционных устройств по входу прибора позволяющих уменьшит, погрешности неидентичности каналов фазометра. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является циф ровой фазометр, соедржащий- входной коммутатор, соединенный своими входа ми с входными клеммами фазометра, а выходами - с входами усилителейограничителей, выходы последних соединены с входат ш триггера, выходы которого через коммутатор соединены с элементами совпадений, на второй вход которого поступает пачка нмпуль сов с генератора импульсов в течение заданного измерительного времени, причем выход элемента совпадений со единен с входом электронного счетчика,, а переключение ко1 1мутаторов осуществляется блоком управления по истечении половины измерительного времени 2 , Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения, обусловленная различием электрических длин цепей коммутатора. Цель изобретения - повышение точности измерения на высоких частотах Поставленная цель достигается тем что устройство, содержащее два усилИ теля-огранияителя, триггер, коммутатор, выходов триггера, элемент ,совпаден.ий, электронный счетчик, генератор счетных импульсов и блок управле ния, при этом выходы усилителей-огра ничителей соединены с входами триггера, а выходы триггера соединены с входами коммутатора, выход которого соединен с первыдч входом элемента совпадений, а выход последнего соединен с электронным счетчиком, второй вход элемента совпадений соеди.нен с выходом генератора счетных импульсов, управляющие входы KOMi iyTaтора и генератора счетных импульсов соединены с выходом блока управления снабжено перестраиваемым генератором двумя ответвителями, тремя высокочастотными переключателями, двумя согласующими нагрузками, двумя развя зывающими аттенюаторами , двумя преобраэсвателями частоты, при этом первый выход перестраиваемого генератора соедине1| с входом первого высокочастотного переключателя, выходы которого соединены с первыми вxoдaмJ I второго и третьего высокочастотных переключателей,.вторые входы этих переключателей соединены с первой и второй согласующими нагрузками, входы управления высокочастотных переключателей соединены с тремя выходами блока управления, выходы второго и третьего высокочастотных переключателей соединены с входами первого и второго развязывающих аттенюаторов, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго ответвите™ лей, первые выходы первого и второго ответвителей соединены с внешними клеммами устройства, вторые выходы первого и второго ответвителей соединены с парвьлми входами первого и второго преобразователей частоты, вторые входы которых соединены с вторыми выходами перестраиваемого генератора, выходы преобразователей частоты соединены с входами усилителей-ограничителей. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства Первый выход перестраиваемого генератора 1 соединен с входом ВЧ переключателя 2, выходы которого соединены с входами ВЧ переключателей 3 и 4. Вторые выходы этих переключателей соединены с согласующшли нагрузками 5 и 6, Входы управления ВЧ переключателей 2-4 соединены с выходами блока 7 управления. Выходы ВЧ переключателей 3 и 4 соединены с развязывающими аттенюаторами 8 и 9, выходы которых соединены с входами ответвителей 10 и 11, Вторые выходы ответвителей 10 и 11 соединены с внешними клe /Iмaми 12 и 13 устройствар К -которым подключается исследуег- ый четырехполюсник 14, Выходы ответвит телей 10 и 11 соединены с входами преобразователей 15 и 16 частоты. Вторые входы этих преобразователей соединены с вторым - входом перестраиваемого генератора 1. Выходы преоб-разозателей 15 и 16 частоты соединены с входами усилителей-ограничителей 17 к 18, выходы которых подключены к триггеру 19. Выходдт триггера 19 соединены с комхмутатором 20 выходов триггера, выход которого соединен с входом элемента 21 совпадений jK другому входу элемента 21 совпадений подключен генератор 22 счетных импульсов. Вход этого генератора соединен с выходом блока 7 управления. Выход элемента 21 совпадений соединен с электронным счетчиком 23, Устройство работает следующим образом. Сигнал, .имеющий частоту гр (из диапазона рабочих частот перестраиваемого генератора 1}, с первого выхода генератора 1 с помощью ВЧ переключателя 2 подается на ВЧ переключатель 3 или на ВЧ переклгочатель 4,. Проходя через исследуемый взаимный четьтрехполюсник 14, сигнал генератора 1 пр . обретает фазовый сдвиг или 360°Этот фазовый сдвиг с помощью преобразователей 15 и 16 переносится на низкую частоту f С: второго выхода перестраиваемого генератора 1 на преобразователи 15 и 16 частоты подается сигнал, имеющий частотуfr р +in I который используется в качестве сигнала гетеродина. Частота этого сигнала отличае гся от частоты сигнала, проходящего через исследуемый четырехполюсник, на фиксирован ную величину {пч Усилители-ограничители 17 и 18 усиливают сигнал, имеющий частоту -Е , и формируют из него прямоугольные импульсы с корот кими передними фронтами. Передние фронты этих импульсов привязаны по . времени к моментам перехода гармони ческих колебаний через нуль. Триггер 19 формирует прямоугольный импульс, длительность которого прямо пропорциональна фазовому сдвигу, вносимому взаимным четырехполюсником 14. Длительность этого импульса с помощью элемента 21 совпадений и генератора 22 преббразуется в числ импульсный код, значение которого N прямо пропорционально измеряемому фазовому сдвигу. По мере формироваНИН этот код накапливается в электjpoHHOM счетчике 23, а затем фиксируется в нем. Измененеие фазового сдвига, внос мого взаимным четырехполюсником, пр изводится за два цикла. В первом ци ле сигнал генератора 1 с- помощью ВЧ переключателя 2 подается на ВЧ переключатель 3. Развязывающий атте нюатор 9 с помощью ВЧ переключателя 4 подключается к согласунадей нагруз ке 5, На вход элемента 21 совпадени с помощью коммутатора 20 подается сигнал с прямого плеча триггера 19, После первого измерения в счетчике 23 зафиксируется код NJ , значение которого соответствует фазовому сдв гу , гдеVG Vg+- фазовый сдвиг, вноси -f ф ч- мый каналом а устройf VKO . ства; - ( фазовый сдвиг, в.носи+ if, + if + мый каналом fe уст)ойЦ, - фазовые сдвиги, вносимые ответвителями 10 и 11; , фазовые сдвиги/ вносимые преобразователями 15 и 16 частоты, . i4if-(5 фазовые сдвиги, вносимые усилителями-Ъграничителями 17 к 18; . фазовые сдвиги, вносимые , триггером 19 по входу о и соответственно, 4дц, фазовые сдвиги, вносимые линиями связи канала о и . устройства; - фазовый сдвиг, вносимый .исследуемым четырехполюсником 14. Во втором цикле Сигнал перестраиваемого генератора 1 с помощью ВЧ переключателя 2 подается на ВЧ переключатель 4. Развязывающий аттенюатор 8 с помощью ВЧ переключателя 3 подключается к согласующей нагрузке 5, На вход элемента 21 совпадений с помощью коммутатора 20 подается сигнал с обратного плеча триггера 19. В этом цикле исследуемый четырехполюсник вносит фазовый сдзиг V. Подключение обратного выхода триггера 19 к элементу 21 совпадения приводит к тому, что устройство формирует числоимпульсный код NI, , значение которого соответствует фазовому сдвигу : 4,,- &0 a feOl4) -V%Поскольку электронный счетчик 23 суммирует коды N, и NK, то в нем зафиксируется код, значение которого соответствует фазовому сдвигу 4,+4,,-йН. Так как число разрядов электронного счетчика 23 увеличено на один, то сумма кодов.будет разделенана два и код (п-1)-го старших разрядов электронного счетчика 23 будет соответствовать точному значению фазового сдвига, вносимого исследуемыМчетырехполюсником, Таким образом, фазовые .сдвиги, в,носил1ые аналоговой частью устройства, исключаются из результата измерения и точность измерения не зависит от частоты перестраиваемого генератора 1, В предлагаемом устройстве по сравнению с известными обеспечена возможн-ость автоматического измерения абсолютных фазовых сдвигов, вносикътх контролируемыми фазовращателями баз расчленения радиочастотных соединений, а также произвольного геометрического -расположения элементов устройства и исследуемых .четырехполюсников на оръекте без снижения точности измерений; отсутствует необходимость ручной и автоматической калибровки устройства перед измерениями абсолютных фазовых СДВИГОВ) погрешность аналоговой части устройства компенсйруется и не зависит от частоты, что расяпиряет возможности эффективного использования предлагаемого устройства; отсутствует необходимость фазирования в диапазоне частот высококачественных линий связи, входящих в устройство, ВЧ переключателей и других ВЧ элементов J резко сннягаготся требования к разбросу и стабильности фазовых характеристик активных и пассивных элементов устройства, а также к разбросу и стабильности

ДЛИТеЛБНОСТИ фронтов импульсов к .ПО

рогов срабатывания усилителейограничителей и фазового детектора,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗСЖЫХ СДВИГОВ, ВНОСИМЫХ ВЗАИМНЫМИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКАМИf содержащее два усилителя-ограничителя, триггер, коммутатор выходов триггера, элемент совпадений, электронный счетчик, генератор счетных импульсов и блок управления, при этом выходы усилите™ . лей-ограничителей соединены с входами триггера, а выходы триггера соединены с входами коммутатора, выход которого соединен с первым входом элемента совпадений, а выход элемента совпадений соединен с электронным счетчиком, второй вход элемента совпадений соединен с выходом генератора счетных импульсов, управляющие входы коммутатора и генератора счетных импульсов соединены с выходом блока управления, отличают ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения на высоких частотах , оно снабжено перестраиваемым генератором, двумя ответвителями, тремя высокочастотными переключателями , двумя согласующими нагрузками, двумя развязывающими аттенюаторами, двуг я преобразователями частоты, при этом первый выход перестраиваемого генератора соединен с входом первого высокочастотного переключателя, выходы которого соединены с первыми входами второго и третьего высокочастотных переключателей, вторые входы этих переключателей соединены с первой к BTOpoft согласующими нагрузками, входы управления высокочастотных переключателей соединены с тремя выходами блока управления, выходывторого и третьего высокочастотных л переключателей соединены с входами первого и второго развязывающих аттенюаторов f выходы которых соединены с первыми входами первого и второго ответвктелей;. первые выходы первого и второго отЕетвктелей соединены с внешними клеммаьет устройства, вторые о выходы первого и второго стветзителей соединены с первыкш входами первого 4 Ьп и второго преобразователей частоты, вторые входы которых соединены с вто рым выходом перестраиваемого генера тора, выходы преобразователей частосл ты соединены с входами усилителейограничителей.