Устройство для измерения фазового сдвига СВЧ-четырехполюсников Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 G01R27/32 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь.зовано для измерения фазового сдвиг различньк четырехполюсников, например, при фазировании каналов диаграммообразую1цик схем решеток.

Известен фазометр СВЧ, содержащий две ВЧ-линии, питаемые генератором СВЧ, при этом одна линия является опорной и содержит калиброванный фазовращатель, а вторая линия содержит ВЧ-узел. Сигналы с выходов обеих линий поступают в смеситель, выход которого подается на измерительный прибор fl .

Недостатками данного устройства являются сложность и низкая точность .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее генератор СВЧ-сигналов, соединенньй с ответвителем (делителем мощности), первый выход которого соединен с первым входом смесителя, а второй через непрерывный фазовращатель соединен с первой клеммой для подключения четьфехполюсника, при зтом вторая клемма для подключения четырехполюсника соединена с вторым входом смесителя, выход которого через первый вход первого усилителя промежуточной частоты (УПЧ), аттенюатор и второй УПЧ соединен с перв и вторым фазочувствительньЕми преобразователями, при этом второй вход первого фазочувствительного преобразователя соединен с входом фазовращателя на 90°, первым входом второго аттенюатора и выходом блока формирования сигнала опорной частоты, первый вход которого соединен с выходом первого фазочувствительного преобразователя и входом первого блока цифрового отсчета, а второй через датчик сигнала синхронизации - с вторым выходом непрерывного фазовращателя, выход фазовращателя на 90 соединен с BTOPBLM входом второго фазочувствительного преобразователя,выход которого соединен с входом второго блока цифрового отсчета и блока управления,первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго аттенюаторов, при этом выход второго аттенюатора соединен с вторым входом первого УПЧ С21.

Недостатком данного устройства является то, что при расширении динамического диапазона ослаблений исследуемых четырехполюсников на вход С1-1есителя поступают сверхслабые сигналы (на уровне минус 100140 дБ/Вт), при этом линейность преобразования и регулирования нарушается, амплитуда входного сигнала фазового детектора уменьшается, что приводит к снижению точности нзмерения фазового сдвига.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона ослаблений четьфехполюсника при сохранении точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазового сдвига СВЧ-четырехполюсников, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ-сигналов и делитель мощности, балансньм смеситель, усилитель промежуточной частоты и две клеммы для подключения исследуемого четьфехполюсника, введены ответвитешь, генератор частоты сдвига, блок сдвига частоты, сумматор, переключатешь , эталонный фазовращатель и последовательно соединенные детектор, блок сравнения и индикатор, при этом второй вход блока сравнения соединен с выходом управляемого источника постоянного напряжения, делитель мощности через эталонный фазовращатель соединен с первым входом балансного смесителя, выход которого через усилитель промежуточной частоты соединен с детектором,а второй вход балансного смесителя через переключатель соединен с первой клеммой для подключения исследуемого четьфехполюсника и выходом сумматора, а также с второй клеммой для подключения исследуемого четырехполюсника, причем первый вход сумматора через ответвитель соединен с вторым выходом делителя мощности, а второй вход сумматора через блок сдвига частоты соединен с генератором частоты сдвига, при этом второй вход блока сдвига частоты соединен с вторым выходом ответвителя.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 СВЧ-сигналов, делитель 2 мощности, эталонный фазовращатель 3, балансный смеситель 4, ответвитель 5, блок 6 сдвига частоты, генератор 7 частоты сдвига, сумматор 8, исследуемый четырехполюсник 9, переключатель 10, усилитель 11 промежуточной частоты с использованием узкополосного кварцевого фильтра, детектор 12, управляемь1й источник 13 постоянного напряжения, блок 14 сравнения, инди катор 15, клеммы 16 и 17 для подключения исследуемого четьфехполюсника. Выход генератора 1 сигналов соединен с делителем 2 мощности, выход ной сигнал которого через последовательно соединенные эталонный фазо вращатель 3, балансный смеситель 4 усилитель 11 промежуточной частоты детектор 12 и блок 14 сравнения поступает на индикатор 15. Второй вход блока 14 сравнения соединен с управляемым источником 13 постоянного напряжения, второй вход балансного смесителя 4 через переключатель 10 соединен с первой клеммой 16 для подключения четырехполюсника и выходом сумматора 8, а также с второй клеммой 17 для подключения четырехполюсника. Первый вход сумматора 8 через ответвитель 5 соединен с вторым выходом делителя 2 мощ ности, а второй вход сумматора 8 через блок 6 сдвига частоты соедине с выходом генератора 7 частоты сдви га. Второй вход блока 6 сдвига частоты соединен с вторым выходом ответвителя 5. Устройство работает следующим образом. СВЧ-сигнал от генератора 1 чере первый выход делителя 2 мощности и эталонный фазовращатель 3 поступает на гетеродинный вход балансного смесителя 4. Одновременно сигнал через второй выход делителя 2 мощности поступает на вход ответвителя 5 и часть его через прямое плеч ответвителя 5, блок 6 сдвига часто управляемьй генератором 7 частоты сдвига, поступает на один из входо сумматора 8. На другой вход суммат |ра 8 подается сигнал с ответвленно плеча ответвителя 5, в результате на выходе сумматора 8 образуется сложный сигнал, содержащий состав,ляющую с частотой, отличающейся от частоты сигнала генератора 1 на величину частоты сдвига и ослабленную ответвителем 5 составляющую с частотой, равной часто те сигнала ген ;ратора 1 . С выхода 264 сумматора 8 этот сигнал через переключатель 1.0 поступает на сигнальный вход балансного смесителя 4, на выходе которого образуется разностная частота, равная по величине частоте .сдвига, с амплитудой, зависящей от разности фаз между сигналами на гетеродинном и сигнальном входах балансного смесителя 4. Сигнал с выхода балансного смесителя 4 усиливается в усилителе 11 промежуточной частоты, в состав которого входит узкополосный кварцевый фильтр, настроенньй на промежуточную частоту, детектируется в детекторе 12, сравнивается с выходным напряжением управляемого источника 13 в блоке 14 сравнения, и фиксируется индикатором 15. Грубо изменяя величину сдвига фазы эталонным фазовращателем 3 устанавливают по индикатору 15 минимальную величину сигнала. Затем, изменяя величину выходного напряжения управляемого источника 13, уменьшают показания индикатора 15 до значения, близкого к нулю, после чего с помощью фазовращателя 3 точно устанавливают минимальную величину сигнала по индикатору 15 и фиксируют показания эталонного фазовращателя 3. Затем с помощью переключателя 10 в состав тракта включается исследуемый четьфехполюсник 9 и изменения повторяются. Величина сдвига фазы четырехполюсника 9 определяется как разность показаний эталонного фазовращателя 3 при этих двух измерениях. В качестве блока 6 сдвига частоты в предлагаемом устройстве применена ЛБД, модулированная по спирали с помощью кварцевого генератора частоты сдвига. Амплитуда разностной частоты на выходе балансного смесителя определяется из математического выражения математического sinЬ1 П и и Я С СО го 44 cos V+4;T sin V 2Ji коэффициент передачи смесигдетеля J амплитуда сигнала на сигнальном входе смесителя;

амплитуда сигнала на гетеродинном входе смесителя ЙЧ - девиация фазы при осуществлении модуляции ЛБВ по спирали;

V - сдвиг фаз между сигналами на гетеродинном и сигнальном входах смесителя. При этом максимальная амплитуда сигнала имеет место при

b(tlc(X . Ятях С СО ГО Минимальная амплитуда сигнала ACS . имеет место при Ч О (3) 2 Как видно из выражений (2) и (3) зависимость А от М может исчезнуть при большом подавлении несущей в блоке 6 сдвига частоты, когда величина ) Чтобы сохранить зависимость амплитуды на выходе балансного смесителя от разности фаз между сигналами на гетеродинном и сигнальном входах смесителя 4 (т.е. обеспечить й 2Jf ) вне зависимости от степени подавления несущей в блоке 6 сдвига частоты, часть сигнала несущей частоты подается на балансный см сител-ь 4 через ответвитель 5, минуя блок 6 сдвига частоты.

Таким образом, максимальная амплитуда сигнала на выходе смесителя наблюдается при разности фаз между сигналами на гетеродинном и сигнальном входах смесителя, равной

id „о

90

а минимальная - при О

Из выражений (2) и .(3) также следует , что

2Л

(4|

В этом случае при доведении минимального сигнала до значения, близкого к нулевому (как это сделано в устройстве с помощью блока 14 сравнения и управляемого источника 13), максимальное значение сигнала всегда имеет одну и ту же величину. Это стабилизирует величину перепада сигнала на входе индикатора и, следовательно, точность установки минимального значения сигнала. Благодаря этому точность измерения сохраняется в пироком диапазоне измеряемых ослаблений. Использование предлагаемого устройства позволяет проводить измерения фазового сдвига четырехполюсников с высокой точностью (10,2) в динамическом диапазоне ослаблений 0-140 дБ. При измерении фазового сдвига с помощью прибора Р4-11, гфинятого за базовый объект, точность измерения зависит от ослабления исследуемого четьфехполюсника и сохраняется в динамическом диапазоне 0-20 дБ. В предлагаемом устройстве динамический диапазон ослаблений расширен до 140 дБ при сохранении высокой точности измерения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА СВЧ-ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИ КОВ, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ-сигналов и делитель мощности, балансньм смеситель, усилитель промежуточной частоты и две клеммы для подключения исследуемого четырехполюсника, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона ослаблений четырехполюсника при сохранении точности, в него введены ответвитель, генерато частоты сдвига, блок сдвига частот сумматор, переключатель, эталонный фазовращатель и последовательно соединенные детектор, блок сравнения и индикатор, при этом второй вход блока сравнения соединен с выходом управляемого источника постоянного напряжения, делитель мощности через эталонный фазовращатель соединен с первым входом балансного смесителя, выход которого через усилитель промежуточной частоты соединен с детектором, а второй вход балансного смесителя через переключатель соединен с первой клеммой для подключения исследуемого четырехполюсника и выходом сумматора, а также с второй клеммой для подключения исследуемого четырехполюсника,причем первый вход сумматора через ответвитель соединен с вторым выходом делителя мощности, а второй вход сумматора через блок сдвига частоты соединен с генератором частоты сдвига, при этом второй вход блока сдвига частоты соединен с вторым выходом ответвителя.