Устройство для измерения фазовых характеристик Советский патент 1986 года по МПК G01R25/02 

при этом постоянные составляющие токов лавинных фотодиодов 16 суммируются, а фазоразностные составляющие компенсируются. С сумматора 20 сигнал поступает на сумматоры 18 и 19, на другие входы которых подаются сигналы соответственно сФД13иТ4. В сумматорах 18 и 19 происходит компенсация постоянной составляющей токов лавинных фотодиодов 16, Сигналы с сумматоров 18 и 19, пропорциональные

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, для измерения фазовых характеристик радиоустройств на высоких и сверхвысоких частотах,

Цель изобретения - повьшение точности измерений фазовых характеристик, а также расширение функциональных возможностей устройства путем измерения модуля коэффициента пере- дачи.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения фазовых характеристик,

Устройство для измерения фазовых характеристик содержит высокочастотный генератор 1, первьй 2 и второй 3 делители мощности, первьш 4 и второй 5 ферритовые вентили, исследуемый СВЧ-элемент 6, источник 7 когерентного света, первый 8 и второй 9 оптические фазовращатели, оптический расщепитель 10 на три луча, полуволновую фазосдвигающую пластину 11, пер- вый 12, второй 13 и третий 14 фазовые детекторы, каждый из которых состоит из электрооптического модулятора 15, лавинного фотодиода 16 и . фильтра 17 нижних частот, первый 18, второй 19 и третий 20 сумматоры, блок 21 деления, индикатор 22 и дополнительный индикатор 23. Причем первый ферритовый вентиль 4, исследуемый. СВЧ-элемент 6 и второй делитель мощности 3 образуют измерительный канал, а второй ферритовый вентиль 5, источник 7 когерентного света, оптический фазовращатель 8 и оптический

соответственно косинусу и синусу разности фаз колебаний в опорном и измерительном каналах, поступают на блок 21 деления. Его выходной сигнал поступает на. индикатор 22. Он не зависит от модуля коэф. передачи исследуемого СВЧ-элёмента 6. Сигнал с сумматора 20, зависящий от модуля коэф, передачи исследуемого СВЧ-элемента 6, поступает на индикатор 23, 1 з,п, ф-лы, 1 ил.

5

10

5

0 5 Q 5

расщепитель 10 на три луча образуют канал опорных колебаний.

Устройство работает следующим образом,

СВЧ-сигнал. от высокочастотного генератора 1 поступает.на вход первого делителя 2, на выходах которого получаются два синфазных сигнала. Один из этих сигналов поступает в измерительный канал и, пройдя первый вентиль 4 и исследуемый СВЧ-злемент 6, изменяет свою фазу и амплитуду в соответствии с фазой и модулем оэффи- циента передачи исследуемого СВЧ-элемента 6, Далее этот сигнал поступает на второй делитель мощности 3, на выходах которого получаются три синфазных сигнала одинакового уровня, один из которых поступает на управляющий вход первого фазового детектора 12, второй - на управляющий вход второго фазового детектора 13 и третий - на управляющий вход третьего фазового детектора 14,

Сигнал с второго выхода первого делителя модности 2 поступает в канал опорных колебаний. Пройдя через второй ферритовый вентиль 5, этот сигнал поступает на модулирующий вход источника 7 когерентного света. Модулированный по поляризации световой пучок с источника 7 проходит через первый оптический фазовращатель 8 и поступает на оптический расщепитель 10, с которого выходят три световых пучка равной интенсивности. Первый световой пучок с выхода оптического расщепителя 10 поступает на вход первого фазового детектора 12, второй из этих

10

20

пучков через второй оптический фазо- ;вращатель 9 поступает на вход второго фазового детектора 13, а третий пучок через полуволновую фазосдвигаю- щую пластинку 11 - на вход третьего фазового детектора 14.

При прохождении через злектрооп- тические модуляторы 15 световых пучков, модулированных по поляризации опорными колебаниями, между ортогональными компонентами поляризации возникает добавочный сдвиг, но уже пропорциональньй амплитуде и фазе СВЧ- колебаний из измерительного канала, прошедших.исследуемый СВЧ-злемент 6 и поступающих на электроды электрооптических модуляторов с второго делителя мощности 3.

Оптические анализаторы, установленные в электрооптических модуляторах 15, выделяют линейную поляризацию и тем самым превращают двойную модуляцию световых пучков по поляризации .колебаниями опорного и измерительного каналов в модуляцию этих пучков по интенсивности.

Поскольку одинаковы интенсивности всех трех световых пучков, пост упаю-. щих на входы электрооптических модуляторов 15с оптического расщепителя 10 и одинаковы амплитуды колебаний измерительного канала,, поступающие на управляющие входы модуляторов 15 с второго делителя мощности .3, то величины постоянных составляющих токов на выходе фильтров 17 нижних частот также будут одинаковы.

Фазоразностная составляющая сигнала на выходе фильтра 17 нижних частот первого фазового детектора 12 пропорциональна произведению бесселевых .функций первого порядка от .иицз на синус разности фаз между колебаниями опорного и измерительного ка- . . налов.

I Световой пучок, попадающий на вход третьего фазового детектора 14, проходит через полуволновую фазосдвигаю- щую пластину 1 1, которая опрокидывает фазу модуляции на противоположную и, следовательно, Фазоразностная составляющая на выходе фильтра 17 нижних частот третьего фазового детектора 14 будет равна произведению бесселевых

15

35

25

,Q

.

40

50

функций первого порядка от U и Uj,j на минус синус разности фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов, т.е. будет равна фазо- разностной составляющей с выхода пер10

231644

вого фазового детектора 12 но противоположна ей по знаку.

Световой пучок, поступающий на второй фазовый детектор 13, за счет второго оптического фазовращателя 9 проходит оптический путь на четверть длины волны СВЧ-сигнала больший, чем световые пучки, поступающие на первый 12 и третий 14 фазовые детекторы. В результате Фазоразностная составляющая на выходе фильтра 17 нижних частот .второго фазового детектора 13 пропорциональна произведению бесселевых функций первого порядк а

0

5 от U( и Uuj на косинус разности фаз

5

между колебаниями опорного и измерительного каналов.

Сигналы с выхода первого 12 и третьего 1.4 фазовых детекторов поступают на входы третьего сумматора 20, где происходит их суммирование. Поскольку постоянные составляющие токов лавинных фотодиодов 16 одинаковы по. амплитуде и знаку, то они просумми5 руются, а фазоразностные составляющие компенсируются, так как они одинаковы по амплитуде, но обратны по знаку. На выходе третьего сумматора 20 будет получена постоянная составляюQ щая токов фотодиодов. Эта постоянная составляющая с выхода третьего сумматора 20 поступает на вторые входы первого 18 и второго 19 сумматоров, на первые входы которых поступают сигналы с выходов второго 13 и третьего 14 фазовых детекторов. В сумматорах 18 и .19 происходит компенсация постоянной составляющей токов лавинных фотодиодов 16, и сигнал на выходе второго сумматора 19 равен фазоразностной составляющей с выхода третьего фазового детектора 14, пропорциональной синусу разности фаз колебаний в опорном и измерительном каналах, а сигнал с выхода первого сумматора 18 равен фазоразностной составляющей с выхода второго фазового детектора 13, пропорциональной косинусу разности фаз колебаний в опорном и измерительном каналах. Эти сигналы поступают на входы аналогового блока 21 деления, где происходит деление их друг на друга. В результате

. сигнал на выходе блока 21 деления пропорционален тангенсу разности фаз меж5 ду колебаниями опорного и измеритель- каналов и не зависит от амплитуды сигнала в измерительном канале, т.е. модуля коэффициента передачи ис0

0

следуемого СВЧ-элемента 6. Этот фазо- разностный сигнал с блока 21 деления поступает на индикатор 22 фазы, где индицируется.

Кроме того, постоянная составляющая токов фотодиодов зависит от амплитуды сигнала в измерительном канапе, т.е. от модуля коэффициента передачи исследуемого СВЧ-элемента 6, но не зависит от разности фаз колебаний в опорном и измерительном каналах,Эта составляющая с выхода третьего сумматора 20 поступает на вход дополнительного индикатора 23, програ- дуированного в единицах модуля коэффициента передачи, где индицируется.

Начальную калибровку предлагаемого устройства можно проводить с помощью первого оптического фазовращателя 8 в режиме калибровки, когда исследуемый СВЧ-элемент 6 исключен из измерительного тракта.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее высокочастотный генератор, соединенный с первым делителем мощности, к первому выходу которого подключен первый фер- ритовый вентиль, выход которого является входом для подключения исследуемого СБЧ-элемента, к второму выходу первого делителя мощности подключен второй ферритовьй вентиль, соединенный с модулирующим входом источшзка Когерентного света, оптически связанного с первым оптическим фазовращателем, первый фазовый детектор, включакщий последовательно соединенные лавинный фотодиод и фильтр нижних частот, выход последнего из которых является выходом фазового

детектора, и индикатор, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений фазовых ха5 рактеристик, в фазовый детектор введен электрооптический модулятор, включенный на входе лавинного фотодиода, вход электрооптического модулятора является входом фазового

10 детектора, между выходом первого оп- , тического фазовращателя и индикатором последовательно включены оптический расщепитель на три луча, второй оптический фазовращатель, второй фазовый

5 детектор, идентичный первому, первый сумматор и блок деления, между вторым выходом оптического расщепителя на три луча и вторым входом блока деления последовательно включены полуволновая

20 фазосдвигающая пластина, третий фа- зовьй детектор, идентичный первому, и второй, сумматор, третий выход оптического расщепителя на три луча оптически соединен с входом первого фазового детектора, к выходу которого подключен третий сумматор, выход третьего сумматора соединен соответственно с вторыми входами первого и второго сумматоров, выход третьего фазового детектора соединен с вторым входом третьего сумматора, а также введен второй -делитель мощности, вход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, а его выходы соответственно соединены с управляющими входами электрооптических модуляторов первого,второго и третьего фазовых детекторов. 2. Устройство по п.1, о т л и - чающ ееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения модуля коэффициента передачи, к выходу третьего сумматора подключен дополнительный ин дикатор.

25

30

35

40

Редактор) А.Козориз Заказ 1708/48

Составитель Е .Адамова

Техред И.Попович Корректор С.Шекмар

Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по,делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к радиотехнике . Повышается точность измерения фазовых характеристик, а также .расширяются функциональные возможности устройства путем измерения модуля коэф.передачи. СВЧ-сигнал высокочастотного генератора 1 делится дели телем мощности (ДМ) 2 на два синфазных сигнала. Один сигнал поступает в измерительный канал, где проходит через ферритовый вентиль 4, исследуемый СВЧ-элемент 6 и ДМ 3. Три синфазных сигнала одинакового уровня с ДО 3 поступают на соответствующие фазовые детекторы (ФД) 12, 13, 14. Второй сигнал с ДМ 2 поступает в канал опорных колебаний, образованный феррито- вым вентилем 5, источником 7 когерентного света, оптическим фазовращателем (ОФ) 8 и оптическим расщепителем 10 на три луча. Образуются три световых пучка равной интенсивности. Один световой пучок поступает на ФД 12, второй через оптический фазовращатель 9 поступает на ФД 13, а третий через полуволновую фазосдвигающую пластинку 11 - на ФД 14. Каждый ФД состоит из электрооптического модулятора 15, лавинного фотодиода 16 и фильтра 17 нилсних частот. Сигналы с ФД 12 и 14 поступают на сумматор 20, (Л ю ND