Двухканальное устройство для измерения квадратурных составляющих СВЧ- сигнала Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для измерения разности фаз и зату хания исследуемого СВЧ-сигнала относительного опорного сигнала в широком частотном и амплитудном динамическом диапазоне. Известно устройство для измерения квадратурных составляющих СВЧ-сигнала относительно когерентного ему опорного сигнала, содержащее фазовьй манипулятор, сумматор, детектор и фазометр l . Недостатками данного устройства являются недостаточная широкополосность для исследования измеряемых четырехполюсников в рабочей полосе частот, так как широкополосность устройства определена фазовым манипу лятором, вьшолненным на СВЧ, невозможность одновременно с фазовым сдви гом измерять затухание исследуемого сигнала. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство, позволяющее распшристь амплитудный динамический диапазон измерений за счет устранения аттенюатора в исследуемом канале, а также одновременно с измерением разности фаз производить измерение затухания исследуемого сигнала. Устройство содержит первую и вторую клеммы для включения испытуемого четырехполюсника, последовательно соединенные вторую клемму, сумматор, квадратичный детектор, первый полосо вой фильтр и синхронный фазовый детектор , последовательно соединенные первый и второй фазовые модуляторы, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с модулирующим входом первого фазового модулятора и через делитель частоты на Ц с модулирующим входом второго фазового модулято ра и с гетеродинным входом синхронного фазового детектора ,2 Недостатком известного устройства является малый диапазон перестройки частоты генератора СВЧ из-за узкополосности фазовых модуляторов. Кроме того, реализация фазовой модуляции на СВЧ представляет большие труд ности, связанные с изготовлением и согласованием коаксиальных либо волн водных СВЧ-трактов. Цель изобретения - расширение час тотного диапазона устройства. 712 Цель достигается тем, что в двух- канальное устройство дпя измерения квадратурных составляющих СВЧ-сигнала, содержащее две клеммы для включения испытуемого четырехполюсника, последовательно соединенные вторую клемму, сумматор, квадратичный детектор, первый полосовой фильтр и синхронный фазовый детектор, последовательно соединенные первый и второй фазовые модуляторы, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с модулирующим входом первого фазового модулятора и через делитель частоты на п с модулирующим входом второго фазового модулятора и с гетеродинным входом синхронного фазового детектора, введены генератор ВЧ, гетеродин, первый и второй смесители, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй умножители на trj , причем выход гетародина соединен с гетеродинным входом первого смесителя и с сигнальным входом первого фазового модулятора, выход второго фазового модулятора соединен с гетеродинным входом второго смесителя, сигнальные входы первого и второго смесителей соединены с выходом гене- . ратора ВЧ, выход второго смесителя соединен через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и первый умножитель, частоты на In с первой клеммой, а выход первого смесителя через последовательно включенные третий полосовой фильтр и второй умножитель частцты на Гп сое- . динен с вторым входом сумматора. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. Устройство содержит генератор ВЧ 1, гетеродин 2, генератор 3 прямоугольных импульсов, делитель 4 частоты на h первый и второй фазовые модуляторы 5 и 6, второй смеситель 7, первый смеситель8, второй полосовой фильтр 9, третий полосовой фильтр 10, первый и второй умножители 11 и 12 частоты на m , испытуемый четырехполюсник 13, сумматор 14, квадратичньй детектор 15, первый полосовой фильтр 16, синхронный фазовый детектор 17, первую и вторую клеммы 18 и 19 для включения испытуемого четырехполюсника. При этом генератор ВЧ 1 соединен своим выходом с сигнальными входами второго и первого смесителей 7 и 8, 3 гетеродинный вход первого из которых соединен с выходом гетеродина 2, а гетеродинный вход второго через последовательно включенные первый фазовый модулятор 5 и второй фазовый модулятор 6 - с выходом гетеродина 2, выход второго смесителя 7 соедине с последовательно включенными вторым полосовым фильтром 9, первым умножителем 11 частоты на m , испытуемым четырехполюсником 13, а выход первого смесителя 8 соединен с последовательно включенными третьим полосовым фильтром Ю и вторым умножителем 12 частоты на m , выход которого и выхо испытуемого четырехполюсника 13 соединены с соответствующими входами СВЧ-сумматора 14, выход которого сое динен с последовательно включенными квадратичным детектором 15, первый полосовым фильтром 16, синхронным фазовым детектором 17. Первая и вторая клеммы 18 и 19 соединены соответ ственно с входом и выходом испытуемо го четьфехполюсника 13. Устройство для измерения квадратурных составляюпщх СВЧ-сигнала работает следующимобразом. Сигналы на выходах перестраиваемо го генератора ВЧ 1 и гетеродина 2 соответственно можно записать в виде

,tipviOit VrC05 a5rt + -,(ыД., .

mj Ч, 4i

, I , i T, V,co5(Wrlt-t-,npи-5it T,

гдеЦ,/m- фазовый сдвиг, вносимый

первым модулятором 5, CfjIT фазовый сдвиг, вносимый вторым модулятором 6.

i:, J ion кГц,- F., г Г кГц

TI

VcVr/2coe(wr4H, приОН -;

Mr2co5(wr-0),npH4W

VeVr/2coe(u)r-cOcH+; , при VcV.(2co.(a).-.,H..npHb.t.T,

npnOtt Yi

(2)

,

Сигнал вида (2) смешивается на втором смесителе 7 с сигналом перестраиваемого по частоте ВЧ-генератора 1, в результате чего на выходе второго полосового фильтра 9 вьщепяется разностная компонента от перемножения сигналов

TI

Тз

приОи - t T,;

(3)

npn UT-i 71 U, (tlvV ( VfCOS COpt, где Vc , Vp - амплитуды генераторов; CJe Wr 3 1° генераторов, t - время. Первый и второй фазовые модуляторы 5 и 6 осуществляют фазовую модуляцию сигнала гетеродина на умеренно низкой фиксированной частоте (75 МГц). Скачки фазы, создаваемые фазовыми модуляторами, превращают гармоническое колебание гетеродина 2 в фазомодулированное. Модуляторы 5 и 6 могут быть реализованы двумя электронными фазовращателями, устанавливающими фазовые сдвиги сигнала с большой точностью. Коммутация входов и выходов фазовращателей осуществляется электронными переключателями, управляющими сигналом генератора 3 прямоугольных импульсов и сигналов с делителя 4 частоты на И . Частота коммутации фазы может быть выбрана равной 100 и i кГц соответственно при П 100. Таким образом, сигнал на выходе второго фазового модулятора имеет

Ширина полосы пропускания фильтра 9 должна быть рассчитана на ширину эффективной полосы спектра фазомодулированного колебания.

На первый смеситель 8 поступают немодулированные колебания непосредственно с генератора 1 и гетеродина 2, поэтому на выходе третьего полосового фильтра 10, выделяющего только разностную компоненту от перемножения, сигнал можно записать в виде

U5(tl V Vr/2cos((JrWcH. ( Так как колебание вида (4) немодулированное, после третьего полосового

V,,(wr-Uc t, приОН ;

V,(ar-u3cHt4i,

Л11

V,,(oJrWcH a, приОи у-, V,(cOr-cocH -4itQ2,,U7(,,(a).

в качестве умножителей частоты мо-: гут быть выбраны стандартные приборы,30 например умножитель частоты синтезаторный . На его входе сигнал может меняться по частоте в широком диапазоне 25-50 МГц. На вьтоде умножитель может давать сигнал в пределах35 50-400 МГц. Большая широкополосность. умножителя позволяет преобразовать

фазомодулированное колебание без существенных нелинейных искажений.

Таким образом, осуществляется двойная фазовая модуляция СВЧ-сигнала, меняющегося по частоте в широких пределах, необходимых для исследования характеристик измеряемого четырехV coscJottv kxCosCcOot+cpx), j

V,co5Wot-V yrxG05(,),npM,,)

UJt). V,coeWol + V,,kx5;n{cOot+cfx),npMOU Y;

V,2COSWot-V,(),,

Квабрат огибающей сигнала (6), выделенный квадратичным дефильтра 10 должна быть рассчитана лишь на диапазон перестройки частоты генератора 1.

Далее сигналы виды (3) и (4) переносятся на диапазон СВЧ с помощью первого и второго умножителей 11 и 12 частоты. Учитывая, что умножитель увеличивает в П раз коэффициент умножения входную частоту сигнала и индекс фазовой модуляции, сигналы на выходах первого и второго умножителей 11 и 12 соответственно можно представить в следующем виде

j npnO ty,

(5)

;ta.

T, .

полюсника. Причем сама фазовая модулция получается на фиксированной умеренно низкой Частоте, что позволяет гг.ворить о высокой степени точности установления фазовых сдвигов и простоте реализации модуляторов.

Обозначив м (Of - We ) Wo и учитывая, что q, 180 Ч 2 результирующий сигнал на выходе СВЧсумматора 14, образованный сложением опорного сигнала ) и измерительного сигнала U,(t), прошедшего испытуемый четырехполюсник 13, который внес затухание К и фазовый сдвигС, можно представить в виде

приОи-Ь..

(6)

H.T, .

При

: тёктором 15, пропорционален выраЖЯНИЮ

.)V lC05U, , ПриОб1 у;

,i .Л

1г 1л 2У„У,2КхСо э(х,,-,

мГн

+ 2v,,5incfx, приои Q 1 оТ.)

Y fV k;-aV,V.,k,6ir,tfx,.T, . Далее сигнал (7) усиливается и фильтруется первым полосовым фильтром 16, который настроен на частоту генератора 3 прямоугольных импульсов В результате на выходе первого полосовогр фильтра 16 имеем Vi KxCo5q),,t, .. VibKy5inCfxC05n,t,npM-:fU T,, гдeV1ь и 2 амплитуда-, S2i - ,- частота сигнала. 2ч Т, После синхронного фазового детектирования на детекторе 17 получаем последовательность уровней, пропорциональных квадратурным составляющим исследуемого СВЧ-сигнала,

Тг

(7)

Ti VibKxCos(fx, npM06t --) U,oW- i6Xx5inc;x, . По этим значениям при необходимости легко могут быть вычислены параметры измеряемого четырехполюсника KX (fx |v, + ./ К,,3 .Vx nm ср. arctp- ПО) Л & ViftK coecfx Предлагаемое устройство способно производить измерения параметров четырехполюсников в большом динамическом амплитудном диапазоне и в достаточно широкой полосе частот.

ДВУХКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КВАДРАТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СВЧ-СИГНАПА, содержащее две клеммы для включения испытуемого четырехполюсника, последовательно соединенные вторую клемму, сумматор, квадратичный детектор, первый полосовой фильтр и синхронный фазовый детектор, последовательно соединенные первый и второй фазовые модуляторы, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с модулирующим входом первого фазового модулятора и через делитель частоты на П с модулирующим входом второго фазового модулятора и с гетеродинным входом синхронного фазового детектора, отличающеес я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены генератор ВЧ, гетеродин, первый и второй смесители, второй и третий Полосовые фильтры, первый и второй умножители на In , причем выход гетеродина соединен с гетеродинным входом первого смесителя и с сигнальным входом первого фазового модулятора, выход второго фазового модулятора соединен с гетеродинным входом второго смесителя, сигнальные входы первого и второго смесителей соединены в с выходом генератора ВЧ, выход второго смесителя соединен через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и первый змножитель частоты на fn с первой клеммой, а выход первого смесителя через последовательно включенные третий полосовой фипьтр и второй умножитель частоты на m соединен с вторым входом сумматора. СО