Устройство измерения разности фаз когерентных сигналов Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерите ной технике и может .быть использова для точного измерения разности фаз и коэффициента затухания одного сигнала относительно когерентного ему другого. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, состоящее из генератора СВЧ, измерительного четырехполюсНика, ОБП-модулятора, подмодулятора смесителя СВЧ,..усилителя промежуточ ной частоты (УПЧ), фазового детекто (ФД), причем генератор СВЧ, исследуемый четырехполюсник,- смеситель СВЧ, УПЧ, ФД соединены последовательно, кроме этого с выходом СВЧ генератора соединен ОБП-модулятор, выход которого соединен с вторым входом СВЧ смесителя, а выход подмодулятора соединен с гетеродинным входом ФД и с модулирующим входом ОБП-модулятора fu. В данном устройстве использован принцип переноса информации о фазовом сдвиге на промежуточную частоту, на которой и измеряется фазов сдвиг. Разность фаз измеряется ПЧ-фазометром, который может быть реализов также, как и в приборе ДК-1-12 , (измеритель ослабления и разности фаз), где ПЧ-фазомётр реализован на базе фазового детектора, гетеродиннь1й вход которого соединен через фазовый модулятор с выходом подмоду лятора Однако ошибки возникающие из-за нестабильности амплитуды генератора СВЧ, нестабильности коэффициента .передачи смесителя СВЧ, а также ошиб из-за нестабильности фазовой характеристики УПЧ и фазового детектора приводят к ухудшению точности измерения разности фаз и коэффициента затухания испытуемого четырехполюсника. Цель изобретения - повьпаение точ йости измерения разности фаз и коэф циента затухания. Поставленная цель достигается те что в устройство, содержащее генера тор СВЧ, клеммы для подключения исследуемого четырехполюсника, ОБПмодУлятор, подмодулятор, а также последовательно соединенные СВЧ-сме ситель второй вход которого соединен с выходом ОБП-модулятора, усили тель промежуточной частоты, фазовь1й детектор, причем выход подмодулятора соединен через фазовый модулятор с гетеродинным входом фазового детектора, а выход генератора СВЧ соединён с входной клеммой испытуемого четырехполюсника и с входом ОБП-модулятора, модулирующий вход которого соединен с выходом подмодулятора и входом делителя частоты на Ц выход которого соединен с модулирующим входом фазового, модулятора, дополнительно введены два амплитудных модулятора, два генератора низкой частоты, СВЧсумматор, два синхронных детектора и два фильтра нижних частот, причем выход фазового детектора соединен с входами синхронных детекторов, а выходы каждого из генераторов низкой частоты соответственно соединены с модулирующими входами амплитудных модуляторов и с гетеродинными входами соответствующих синхронных детекторов, выходы которых соединены с входами соответствующих ФНЧ, при этом выход исследуемого четырехполюсника соединен с входом первого амплитудного модулятора, тогда,как выход генератора СВЧ также соединен с входом второго амплитудного модулятора, а выходы амплитудных модуляторов соединены с соответствующими входами СВЧ сумматора, выход которого соединен с первым входом СВЧ смесителя. На чертеже Изображена структурная схема устройства. Устройство состоят из генератора СВЧ 1, ОБП-модулятора 2, измеряемого четырехполюсника 3, амплитудного модулятора 4, амплитудного модулятора 5, СВЧ сумматора 6, выполненного в виде обычного СВЧ тройника, СВЧ смесителя 7, усилителя 8 промежуточной частоты (УПЧ), фазового детектора 9, подмодулятора 10, генератора 11 низкой частоты, генератора 12 низкой частоты, синхронных детекторов 13 и 14, фильтров 15 и 16 нижних частот, фазового модулятора 17, делителя 18 частоты на И . При этом выход генератора СВЧ Iсоединен и .с входом амплитудного модулятора 5, ОБП-модулятора 2 и с входом амплитудного модулятора 4 через испытуемый четырехполюсник 3, а выходы амплитудных модуляторов 4 и 5, модулирующие входы которых соединены с выходами генераторов IIи 12 низкой частоты ( F и F2) соответственно, соединены с соответствующими входами СВЧ сумматора 6, выход которого соединен с одним из. входов СВЧ смесителя 7, на другой вход которого поступает сигнал с ОБП-модулятора 2, модулирующий вход которого соединен с выходом подмодулятора 10, а выход СВЧ смесителя 7 через УПЧ 8 соединен с вхо дом фазового детектора 9, гетеродин ный вход которого соединен с выход фазового модулятора 17, сиг нальный вход которого соединен с выходом .подмодулятора 10 непосредственно, а модулйрунидий вход - через делитель на И 18, выход же фазового детектора 9 соединен с входами синхронных детекторов 13 и 14 на гетеродинные входы которых подаются сигналы с генераторов 12 и 11 низкой -частоты ( Fj и f ) соответс венно, а выходы синхронных детекторов 13 и 14 соединены с соответствующими фильтрами 16 и 15 нижних частот; сигнал с которых поступает на ЭВМ. Работа устройства основана на , введении в устройство калибровочног канала, сигнал которого проходит через тот же тракт, что и измерител ный сигнал, т.е, калибровочный сигнал подвергается тем же нестабил ностям, что и измерительный. ZlriH того, чтобы калибровочный и измерительный сигналы существовал одновременно и могли быть разделимы в устройство вводят два амплитудных модулятора, которые модулируются двумя разными по частоте генератора низкой частоты. Синхронные детекторы разделяют на выходе устройства измерительный и калибровочный каналы, и по отношению их сигналов судят об истинном значении разности фаз и коэффициентов затухания. Ниже приводится анализ прохождения сигна лов через устройство. Сигнал на выходе сумматора СВЧ 6 пропорционален ,cos52,t)cos( (1) AoO 2COSS2j.t), где Ар - амплитуда СВЧ генератора индекс амплитудной модуляции сигналом с частотой т - индекс амЬлитудной модуляции сигналом с частотой . F . ; 2-, k)( - затухание, вносимое четырехполюсником 3, if - фазовый сдвиг, вносимый исследуемым четырехполюсником . Сигнал на выходе УПЧ 8 пропорциоен выражению xkCi1coe Wnpt -tJx -&(fn4it),co5x AoKikosLWnpi tfпцЦ 14W.2C05 Slji, ( . где k(t) - нестабильность коэф- . фициента передачи СВЧ смесителя, ACfj, ц() - нестабильность фазовой характеристики ТПЧ 8. Сигнал, поступающий на гетеродинвход ФД 9, описывается выражением ,i4 06t + bf qjait llpil-y i V, . . гдеТ.П/F,-,,. - частота подмодулятора, П - коэффициент деления делителя частоты} неточность установки нулевого и 90-та градусных сдвигов фазового модул тора и нестабильность фазовой характеристики фазового детектора. Сигнал на выходе ФД 9 будет пропорнален Г...тг..-1 2 -со5 чх+ьср„(,со5ЯЛ 4 гчгл 2 C05 &tfn4W-ulf ф8 (Ф+Wjcoe9l Д При , noakxVtw . / -,р 25 t « %4W-Mfqelt) оЛпоЭКШ Sl,i. S «t64n4(( глво 41 2CoeQAj При-у . Сигнал на выходе синхронного детек- а 13 описывается выражением (5) К( f .., ИФ.9 Wl при (5) MeoefW . гм-1 () il-4i T Из выражения (5) можно записат выражение сигнала в комплексной ф ме iih p U4n4V V&c a,aWl . . Сигнал на выходе синхронного д тектора 14 будет пропорционален в , ражению Mno3kxK(t TM при 04:1 -у MnoSlCx Ct) .) , Из выражения (6) можно записать выражение сигнала в комплексной форме АоД„оЭ кК(1),,иЬ.с ;э11Я Тогда отношение двух сигналов между собой в комплексной форме будет .. Из полученного выражения видно, что все нестабильности устраняются, так как калибровочный сигнал проходит фактически все те же цепи, что и измерительный и существует одновременно с ним. Применение одновременно с измерительным сигналом калибровочного сигнала отличает предлагаемое устройство от известного и позволяет повысить точность измерения разности фаз и коэффициента затухания измеряемого четырехполюсника.

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАЗ;НОСТИ ФАЗ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ, состоящее из генератора СВЧ, клемм для подключения исследуемого четырехполюсника, ОБП-модулятора, подмодулятора, а также из последовательно соединенных СВЧ-смесителя,второй вход которого соединен с выходом ОБП-модулятора, усилителя промежуточной частоты, фазового детектора, причем выход подмодулятора сбединен через фазовый модулятор с гетеродинным входом фазового детектора, а выход генератора СВЧ соединен с входной клеммой испытуемого четырехпблюс- ника и с входом ОБП-модулятора, моду-; лирующий вход которого соединен с выходом подмодулятора и входом делителя часто ы на П , выход к6то .рого соединен с модулирующим входом фазового модулятора, о т л и ч а rout е е с я тем, что, сцелью поры- / шения точности измерения разности фаз и коэффициента затухания, в устройство введены два амплитудных модулятора, два генератора низкой частоты. СВЧ-сумматор, два синхронных детектора и два фильтра нижних частоты (ФНЧ), причем выход фазового детектора соединен с входами синхронных детекторов, а выходы каждого из генераторов низкой частоты соответственно соединены с модулирующими входами амплиV тудных модуляторов и с гетеродинными входами соответствующих синхронных детекторов, выходы которых соединеF ны с входами соответствующих ФНЧ, при этом выход исследуемого четырехполюсника соединен с входом первого амплитудного модулятора, тогда как выход генератора СВЧ также соединён Р с входом второго амплитудного модух лятора, а выходы амплитудных модуля торов соединены с соответствующими входами СВЧ-сумматора, выход которого соединен с первым входом СВЧ-сме S сителя. 7

кзвм