Способ измерения сдвига фаз в четырехполюсниках Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к фазоизЗ мерительной технике и может быть использовано для создания измерителей, фазовых сдвигов R четырехполюсниках на повышенных частотах.

Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз в четырехполюсниках за счет-roroj что формируется третий сигнал и производятся измерения мощности измеряемого-,

.опорногоS суммарного и второго суммарного сигналов между опорным и третьим сигналом, а по полученным результатам находят значения угла фа зового сдвига.

На чертеже приведена структурная схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1 сигналов, направленные ответвители 2 и 3, исследуемое устройство 4 измерители 5-8 мощности, устройство 9 управления, элементы 10-13 нагрузки, высокочастотное реле 14-, измерительные мосты 15 и 19, делитель 20 мощности, ферритовые вентили 2.1 и 22, плавный фазовращатель 23, плавный аттенюатор 24, управляемый двухпозиционный фазовращатель 25.

При этом генератор 1 через направленный ответвитель 2 подключает ся к входу исследуемого устройства 4 выход которого через последовательно включенные реле 14, измерительНьй мост 19 и делитель 20 мощности подключен к измерителям 7 и 8 мощ ности, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входу устройства 9 управления, Выходы устройства 9 управления соединены с управляющими входами реле 14 и фазовращателя 2 и 5. Второй выход направленного ответвите™ ля 2 подключен к входу второго от.ветвителя 3, выходы которого соединены с последовательно включенными ферритовым вентилем 21, фазовращателем 23, аттенюатором 24, двзгхпозиционным фазовращателем 25, ферритовым вентилем 22, выход которого соединен с вторым входом реле 14,, Второй выход ответвителя 3 соединен с входом измерительного моста 15, выход которого через измеритель 5 мощности соединен с первым входом устройства управления. Третий выход измерительного моста 15 через аналогичньй мост 18 и мост 16 подклю-

352

чен к второму входу устройства управления, а третий выход моста 18 подключен к второму входу моста 17 и второй вход моста 16 подключен

к выходу делителя 20 мощности. При этом все вторые выходы мостов 15, 1би 18, 19 подключены к элементам 10-13 нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

По команде устройства 9 управления, генератор 1 подает на вход исследуемого устройства 4 высокочастотный сигнал частотой СО и амплитудой DO

, реле 14 переводится в 1. В этом случае на вход положение моста 19 поступает сигнал с выхода устройства 4 (измерительный сигнал), Мосты 15-1,9, делитель 20 и коаксиальные нагрузки 10-13 предназначены для формирования су 1марного, разностного и второго суммарного сигналов. На входы измерителей 5-8 мощности подаются сигналы вида

(1)

(Где комплексные константы К,, , К , з

к:

характеризуют

4

неидеальность мостов 15-19, делителя 20, нагрузрк 10-13, а также учитывают компексные коэффициенты отражения измерителей 5-8 мощности. .

,В случае i, Kj, .Ц К4 -ъ kl) 1, используя результат измерений мощности сигналов (1) легко определить сдвиг фаз между опорным и измерительным сигналом. Однако вследствие неидеальности мостов 1519, делителя--20, нагрузок 10-13, точность измерения сдвига фаз, вносимого исследуемым устройством 4 будет невысокой. Для учета неидеальности элементов структурной схемы, устройство 9 управления переводит реле 14 в положение В этом случае на вход моста 19 поступает третий сигнал, для формирования которого используются ферритовые. вентили 21 и 22, фазовращатель 23, аттенюатор 24 и двухпозиционный фазовращатель 25. Мосты 15-19, делитель 20 и нагрузки 10-13 формируют новые суммарный, разностный и второй сум марньй сигналы вида (1). Преобразовав систему равенств (1 получим: 4 i:c,;P; lUop- C,, 1 lUoUj|coSVcZ:C,;P; |UoU3|5;nt E:C4;Pгде Р, , PZ , РЗ показани измерителей 5-8 мощности С , ..., С константы, являющиеся функциями коэффициентов 1, k4 . Отношение комплектных опорного и третьего сигналов имеет с учетом системь (2) следующий вид; ii, , i-tJ-oiJ VP.., ZC;P;tP. Il По команде устройства 9 управления фазовращатель 25 переводится в положение 1. Шкалу плавного фаз вращателя 23 устанавливают в положение ок / , а шкалу аттенюатора 24 в положение if, . Комплексный третий сигнал будет равен ( . С по мощью измерителей 5-8 мощности производится измерение мощности опорно го, новых суммарного, разностного и второго суммарного сигналов (. , Рп п РН Эти показания заносятся в память устройства 9. Затем фазовращатель 25 переводится в поло женив 2, при этом фаза третьего сигнала изменяется на постоянную величину , а амплитуда изменяется в /3 раз. Вновь с помощью измерителей 5-8 производится измерение мощности опорного, новых суммар ного, разностного и второго суммарного сигналов (Р, ,,Р« 1- Показания измерителей 5-8 заносятся в память устройства 9. Принимая во внимание соотношение (3) получим вы ражение для отношения третьвго сиг нала до изменения его фазы на посто янную величину I 6 I и после изменени . U,,icl; P, P,.- (4) 1:::(;..;Гр,-р,4 Аналогичные операции проводятся K-l раз (при К 4), причем в i -ом измерении фазу третьего сигнала сдвигают дополнительно с помощью фазовращателя 23 на угол, близкий к (i-1) 360 К перед изменением на по- , стоянную величину fcLf . В результате в памяти устройства 9 накапливается 8 К показаний измерителей 5-8 мощности, связанных соотношением (4), , ;кс, (i..,. l fe jcJOP.P, ;,, Il(ji,,4Jd,p.4p, г -icJ,,,.iJ;)P.P Решая методом наименьших квадратов систему (5), получим значения коэффициентов J, , d, ., JtЗатем реле 14 переключается в положение 1, при этом на вход моста 19 поступает измерительный сигнал. С помощью измерителей 5-8 мощности производится измерение мощности суммарного, разностного, второго суммарного и опорного сигнала ( Р , Р РЗ 4 3 фазовый сдвиг исследуемого устройства 4 определяют по формуле (j,P,J,P, tj 0(fct 4Р,5Рг абРПР4 Таким образом,значительно повышается точность измерения сдвига фаз в четьфехполюсниках за счет учета неидеальности мостов 15-19, делителя 20, элементов 10-13 нагрузки и измерителей 5-8 мощности, которые учитьшаются за счет коэффициентов (5,- 5Предлага емый способ позволяет повысить точность измерения не менее чем R j паза.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ В ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКАХ, основанный на суммировании и вычитании измерительного и опорного сигналов, измерении мощности суммарного и разностного сигналов, сдвиге измерительного сигнала на угол 90 , суммировании опорного и сдвинутого измерительного сигналов, измерении мощности второго суммарного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига фаз в четырехполюсниках, измеряют мощность опорного сигнала, формируют третий сигнал, формируют новые суммарный, разностный и второй суммарный сигналы путем суммирования и вычитания третьего и опорного сигналов, суммирования сдвинутого на угол 90 третьего и опорного сигналов, проводят серию из К (при К 4) измерений мощности опорного, новых суммарного, разностного и второго суммарного сигналов до изменения фазы третьего сигнала на постоянную величину и после изменения его фазы на постоянную ве ичину, причем в i -м измерении третий сигнал сдвигают дополнительно на угол, близкий к (i-1) 360°/К, запоминают результаты всех 8 К измерений мощ§ ности, а сдвиг фаз определяют по результатам измерений мощности сл опорного, суммарного, разностного я второго суммарного сигналов по формуле , . ,,1Рл1гРг Рз сР.ргсЬр , где Р,, Р„ Р,, Р - мощности соответственно суммарного, разностного, второго сзгммарного, опорного сигналов. 3,,с121«1,,б коэффициенты. 1