Цифровой ваттметр Советский патент 1987 года по МПК G01R21/04 

к

113

Изобретение относится к технике радиоизмерений, может быть использовано в измерителях мощности СВЧ и является усовершенствованием известного устройства по авт. ев. № 1095085,

Цел изобретения - повьшение быстродействия цифрового ваттметра.

На чертеже приведена структурная схема цифрового ваттметра.

Цифровой ваттметр содержит отре- зок 1 волновода, с установленной в нем дифференциальной термопарой 2, подключенной к входу компаратора 3, выход которого соединен с первым в-ходом регистра 4 последовательных приближений, второй вход регистра 4 последовательных приближений подключен к выходу генератора 5 тактовых имцульсов, выход компаратора 3 подключен чере з последовательно соеди- ненные дифференцирующий узел 6, амплитудный ограничитель 7 сЬерху и инвертор 8 к управляющему входу генератора 5 тактовых импульсов, выход дифференцирующего узла 6 подключен к входу амплитудного ограничителя 9 снизу, выход которого соединен с управляющим входом генератора 5 так- . товых импульсов, информационный выход регистра 4 последовательных приб лижений через преобразователь 10 кодов подключен к ЦАП 11, к второму входу ЦАП 11 присоединен выход источника 12 опорного напряжения, выход .ЦАП 11 подключен к подогревателю 13 термопары, информационный выход регистра 4 последовательных приближений через буферный регистр 14 подключен к индикатору 15, управляющий выход регистра 4 последовательных приближений соединен с управляющим входом буферного регистра 14.

Цифровой ваттметр работает следующим образом,

В исходном состоянии при отсутст- ВИИ мощности СВЧ в отрезке 1 волновода на входе компаратора 3 термо- ЭДС равна нулю и при каждом импульсе Генератора 5 тактовых импульсов на втором входе регистра; 4 последова- тельных приближений с выхода компаратора 3 записывается нуль в каждом разряде регистра 4 последовательных приближений. Этот же код поступает на буферный регистр 14, Нулевой код с выхода регистра 4 последовательных приближений поступает через преобразователь 10 кодов на ЦАП 11, на

12

выходе которого также остается нулевое напряжение, подогреватель 13 термопары не -нагревается. В момент окончания цикла преобразования с управляющего выхода регистра 4 последовательных приближений подается сигнал записи на вход управления буферного регистра 14, ас ним происходит запись кода мощности во все разряды буферного регистра 14 с информационного выхода регистра 4 последовательных приближений. Одновременно с этим на индикаторе 15 устанавливается нулевое показание цифрового ваттметра и сохраняется до конца следующего цикла преобразования,

С приходом в отрезок 1 волновода измеряемой мощности СВЧ на выходе . , дифференциальной термопары 2 появляется термо-ЭДС, воздействующая на вход компаратора 3, На выходе компаратора 3 происходит перепад напряжения из нулевого состояния в единичное. Этот перепад преобразуется в дифференцирующем узле 6 в импульс положительной полярности, который проходит через амплитудный ограничитель 9 снизу на нулевом уровне и запускает генератор 5 тактовых импульсов, срывая ранее существующую генерацию. Период генерации равен времени .окончания переходных процессов в ваттметре и определяется инерционностью подогревателя 13 термопары и термопары 2. По первому тактовому импульсу происходит запись единицы в старший разряд регистра 4 последовательных приближений, поскольку с выхода компаратора 3 поступает единичный уровень напряжения на первый вход регистра 4 последовательных приближений. Код с выхода регистра 4 последовательных приближений поступает через преобразователь 10 кодов на ЦАП 11, где преобразуется в напряжение и поступает на подогреватель 13 термопары, С увеличением температуры подогревателя 13 термопары термо-ЭДС на выходе тер- термопары 2 начинает падать. Если тепла, выделяемого подогревателем 13 термопары, недостаточно для компенсации нагрева термопары 2, возникающего под действием мощности СВЧ, то на выходе компаратора 3 останется единичный уровень напряжения, следующий тактовый импульс с генератора 5 тактовых импульсов запишет единицу в более младший разряд регистра 4

313

последовательных приближений, и процесс преобразования кода в напряжение на подогревателе 13 термопары повторяется.

Если тепла, выделяемого подогрева телем 13 термопары, достаточно для компенсации нагрева термопары 2, возникающего под действием мощности СВЧ, то в момент точной компенсации мощности СВЧ, поступающей на термо- пару 2, мощностью от подогревателя 13 термопары на выходе компаратора

3произойдет перепад единичного уровня напряжения в нулевой. Этот перепад преобразуется в дифференцирую- щем узле 6 в импульс отрицательной полярности, который проходит через амплитудный ограничитель 7 сверху на нулевом уровне, преобразуется в инверторе 8 в импульс положительной полярности и запускает генератор 5 тактовых импульсов, срывая ранее су- существовавшую генерацию. По тактовому импульсу, поступающему на регистр 4 Последовательных приближений, проис- ходят сброс единицы в старшем разряде и запись единицы в более младщий разряд, поскольку с выхода компаратора 3 поступает нулевой уровень напря- жения на первый вход регистра 4 ледовательных приближений. Код с выхода регистра 4 последовательных при- ближений вновь преобразуется в напряжение на подогревателе 13 термопары. Далее поразрядное уравновешивание дифференциальной системы происходит аналогично. После окончания цикла работы ваттметра на выходе регистра

4последовательных приближений имеется код, соответствующий измеряемой мощности СВЧ. В момент окончания цикла преобразования, т.е. в момент заполнения нулем или единицей самого младшего разряда регистра 4 последовательных приближений, с управляющего выхода регистра 4 последовательных приближений подается сигнал записи

на вход управления буферного регистра 14. Код с информационного выхода регистра 4 последовательных прибли- жаний записывается в буферный регистр 14 и индикатор 15 отображает информацию о величине поступающей мопщости СВЧ.

Поскольку каждый такт работы цифрового ваттметра сокращает интервал мощностей, в котором находится измеряемая мощность, в два раза, то

114

необходимое число тактов работы для измерения мощности СВЧ определяется по формуле

, , 100

,

где М - точность измерения, %.

Таким образом, для известного устройства время одного цикла работы определяется по формуле

Т, N.. t, ,

где N - число тактов работы в цикле t, - время одного такта работы, определяемое окончанием переходных процессов в ваттметре.

В предлагаемом цифровом ваттметре такты работы заканчиваются раньше окончания переходных процессов и длятся время t, причем окончание такта за время t или t в общем случае равновероятно, поэтому

. N,N, f,

где N - число тактов работы в цикле, длительность которых равна времени окончания переходных процессов в ваттметре;

NJ - число тактов работы в цикле, длительность которых меньше времени окончания переходных процессов в ватт- метре.

Таким образом, время одного цикла работы в предлагаемом ваттметре опре деляется по формуле

Т4 0,5 . N (t,+t,j).

Поскольку время t может принимать значения от О до t, с равной вероятностью , то t- определяется как t,

тогда

Т 0,75 N ( t,.

Таким образом, при использовании предлагаемого цифрового ваттметра удается получить вьшгрыш во времени по сравнению с известным, равный

К iLllL . ,00% .Z5lNiti.,

Т, Х100% 25%,

N t,

Так как термопара и подогреватель термопары устройства довольно ииер513089

ционные на современном уровне развития техники и время переходных процессов в ваттметре может достигать единиц секунд, то выигрыш во времени может получиться существенным. , 5

Например, при времени окончания переходных процессов t, 1 си точности измерения М ±0,5% количество тактов в цикле .

о « JOO - to 85 bg, 5;5- , .

N

а выигрыш во времени за один цикл измерения составит

Т T,-T,,25-N-t,0,25-8-lc 2с.

Этот выигрыш во времени особенно важен в автоматических измерителях

П6

мощности СВЧ при. нескольких подряд

измерениях.

Формула изобретения

Цифровой .ваттметр по авт. св. № 1095085, отличающийся тем, что, с целью повыше.ния быстродействия , и него введены последовательно соединенные дифференцируюш 1Й узел, Амплитудный ограничитель свер ху и инвертор, а также амплитудный ограничитель снизу, вход которого подсоединен к выходу дифференциального узла, а выход - к управляющему входу генератора тактовых импульсов, вход дифференцирующего узла соединен с выходом компаратора, а выход инвертора подключен к управляющему

ВХОДУ генератора тактовых импульсов.

Изобретение может быть использовано в измерителях мощности СВЧ и является дополнительным к авт. св. СССР № 1095085. Цель изобретения - повышение быстродействия ваттметра. Ваттметр содержит отрезок 1 волновода с термопарой 2, компаратор 3, регистр 4 последовательных приближений, генератор 5 тактовых импульсов, преобразователь 10 кодов циф- .роаналоговый преобразователь 11, источник 12 опорного напряжения, подогреватель 13, буферный регистр 14 и индикатор 15. В устройство введены дифференцирующий узел 6, амплитудные ограничители 7 и 9 сверху и снизу и инвертор 8. Использование цифрового ваттметра позволяет сократить время измерения на 25%. 1 ил. (Л