Способ измерения электрической длины линии и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК H04B3/46 

ЈП

Изобретение относится к технике электросвязи. Цель изобретения - повышение точности измерения. Сущность способа заключается в измерении электрической длины линии путем учета режима короткого замыкания и холостого хода, которые создаются за счет манипуляции нагрузки поочередно с частотой Ω, что позволяет обеспечить поставленную цель. Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор 1, ответвитель 2, клавиатуру 3, блок 4 манипуляции, индикатор 8, аналого-цифровой преобразователь 9, вычислитель 10, блок 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

LTU

Фиг. 5

315

Изобретение относится к технике электросвязи и может использоваться для точного измерения электрической длины и времени задержки одномодовых протяженных трактов передачи сигнала,

Цель изобретения - повышение точности измерения

На фиг. 1 представлено распределение амплитуды стоячей волны в линии без затухания; на фиг, 2 - то же, с затуханием} на фиг, 3 - зависимость амплитуды модуляции стоячей волны от расстояния для линии с затуханием; на фиг. 4 - зависимость амплитуды модуляции стоячей волны в точке измерения от частоты зондирующего сигнала; на фиг, 5 - структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг4 б - вариант выполнения блока выделения амплитуды модуляции стоячей волны,

Устройство для измерения электрической длины линии (фиг, 5) содержит генератор 1 синусоидального сигнала, ответвитель 2, клавиатуру 3, блок 4 манипуляции, состоящий из управляемой нагрузки 5, модулятора 6 и кварцевого генератора 7, индикатор 8, аналого-цифровой преобразователь 9„ вычислитель 10, блок 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны; показана также измеряемая линия 12„ Блок 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны содержит (фиг, 6) амплитудный детектор 13} преселектор 14 частоты управляемый усилитель 15, фильтр 16, двухсторонний ограничитель 17 и выпрямитель 18,

Рассмотрим линию передачи без згту хания9 в которой распространяются ко™

лебания с длиной волны Д , а на выводе которой за счет манипуляции нагрузки поочередно с частотой И создаются ре жимы короткого замыкания (КЗ) и холос-, того хода (XX), Две картины стоячей волны в измеряемой линии, соответствующие этим двум режимам на выходе, представлены на фиг, 1 Амплитуда стоячей волны в произвольной точке линии будет меняться с частотой Ј1, возникает модуляция амплитуды стоячей волны, величина которой зависит от расстояния до управляемой нагрузки, Существенным является то, что сущест- 5

вуют точки, в которых амплитуда моду ляции стоячей волны VmЈ равна нулю и которые условно можно назвать нулями модуляции амплитуды стоячей волны,

-

Расстояние от управляемой нагрузки до этих точек определяется:

1(п+-у-) -|-, где п-0,1,2.....

Для измеряемой линии без затухания с согласованным входом максимальная величина амплитуды стоячей волны будет составлять

Vm# M«iee Vn

В случае измеряемой линии с затуханиями амплитуды падающей V , отраженной Vp и стоячей волн будут зави- сеть от расстояния 1 до нагрузки линии, как показано на фиг, 2. С ростом расстояния 1 узлы стоячей волны становятся слабо выраженными из-за уменьшения глубины и расплывания, минимумов стоячей волны, но положение экстремумов сохраняется, Так как изменения амплитуды стоячей волны и формы экстремумов с ростом расстояния происходят одинаково для обоих режимов (XX. и КЗ) на выходе измеряемой линии, то положение нулей модуляции не зависит от затухания в измеряемой линии, К этому же результату приводит математический анализ векторных диаграмм падающей и отраженной волн разной амплитуды. Зависимость амплитуды модуляции стоячей волны от расстояния для измеряемой линии с затуханием представлена на фиг, 3,

Увеличение (уменьшение) частоты зондирующего сигнала вызывает сжатие (растяжение) картины стоячей волны в измеряемой линии, что приводит к изменению амплитуды модуляции стоячей волны в точке измерения на входе из0

5

0

меряемой пинии, как это представлено

на фиг, 4, Измеряя амплитуду модуляции стоячей волны изменяя частоту зондирующего сигнала в выбранных пределах (Ff, 7г) , определяют частоты fc, f19,.,f , при которых в точке измерения находится один из нулей модуляции амплитуды стоячей волны,

Вычисление электрической длины основано на следующих соображениях, Если ца некоторых частотах f0 H4r K(ffc fQ ), которым соответствуют длины волн в линии А0и Ак в точке измерения находятся нули модуляции амплитуды стоячей волны, то геометрическая .длина линии 1 может быть записана

)-Ј;

1А

l-Cn+K+ry),

где ,2,3.,. 515

приращение количества нулей в линии передачи.

Так как геометрическая длина измеряемой линии в обоих случаях одинакова, то справедливо равенство

(пЦ.р(п+кЦ-).

Количество длин волн N , укладываю- щихся на длине измеряемой линии 1, или ЭДП может быть записано:

ИА.-Д-Г.

где . - длина волны в измеряемой ли-г нии,, соответствующая частоте

f .

тогда

N,

(пЦ-1-Jt

„ЦСбыть

учетом этого равенство переписано через

К А к .

Л NX 0 Лл

f.

о Л к

откуда получаем выражение дл трической длины линии ЭДЛ:

N К-Л к

Ч щ;-д;г

Известно соотношение межд волны в измеряемой линии /V той колебаний

С

. f 1 . С - скорость света;

j - коэффициент замедленряемой линии,

перепишется в виде Kf0

А,-4ТГК1Г07 ЭДЛ на частоте f , отличн

fflt можно найти из следующих жений:

N N

Л : -

1 К

где

к.

тогда ЭДЛ

N.

.f- Окончательное выражение длчетов ЭДЛ запишется в виде:

л , Л Л°

м - К f

V f;-rjМежду электрической длиной временем задержки сигнала в измеряемой линии tj существует однозначное соответствие:

V -b-Тогда время задержки сигнала в измеряемой линии будет определяться выражением:

t, -

NA К,

JQ

15

20

25

30

35

40

45

0

5

Устройство работает следующим образом.

Зондирующий сигнал (фиг. 5) с выхода генератора через отнетвитель 2 поступает в измеряемую линию 12, где распространяется в виде электромагнитной волны. Манипуляция управляемой нагрузки 5 блока 4 с частотой 51 , определяемой кварцевым генератором 7, производится с помощью модулятора 6 и приводит к появлению в измеряемой линии 12 двух видов отраженных (а следовательно, и стоячих) волн, которые сменяют друг друга с частотой Ј1 , что дает эффект модуляции амплитуды стоячей волны с той же частотойь Амплитуда модуляции стоячей волны на выходе ответвителя 2, который является точкой измерения, выделяется и усиливается блоком 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны. Напряжение Vfj с выхода блока 1 1 , пропорциональное величине амплитуды модуляции V,, преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя 9 и вводится в вычислитель 10 по его команде.

Вычислитель 10 в начале измерений управляет коэффициентом передачи блока 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны, что обеспечивает уровень напряжения Уд, лежащий в диапазоне рабочих значений аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, В процессе измерений вычислитель 10 управляет частотой генератора 1, осуществляя пошаговый поиск нулей модуляции на основании сравнения текущего значения V# и значений на предыдущих шагах, запоминает значения частот fc и fк и прикращение количества нулей К между ними. Для сокращения времени измерения шаг поиска изменяется в соответствии с заложенным алгоритмом. По окончании поиска вычислитель 10 вычисляет результат измерения ЭДЛ или время задержки и выводит его на индикатор 8. Клавиатура 3 используется для ввода в вычислитель 10 значений частоты Г, диапазона перестройки частоты F, , F , выбора индицируемой величины (ЭДЛ или время задержки) и команд начала или прекращения измерений. Вводимые величины также индицируются на индикаторе 8,

7157

Амплитудный детектор 13 блока 11 (фиг. 6) выделяет огибающую высокочастотных колебаний частоты f;, поступающих на его вход, преселектор 14 частоты осуществляет предварительную фильтрацию колебаний частоты Я из сигнала амплитудного детектора 13. Выделенный сигнал усиливается управляемом усилителем 15, коэффициент пере- дачи которого устанавливается в начале измерений в виде кода вычислителем 10. Фильтр 16 частоты Г1 осуществляет окончательную фильтрацию сигнала, двухсторонний ограничитель S7 позволяет избежать неоднозначности измере- нияУ из-за превышения максимального входного напряжения АЦП 9, Выпрямитель 18 формирует из сигнала частоты

Ј1 постоянное напряжение Ч&, пропорциональное амплитуде входного сигнала Полоса фильтра 16 определяет полосу пропускания блока 11, а следовательно., и отношение сигнал/шум на его выходе. Так как полезная информация заключена не в фазе, а в амплитуде в-ходного сигнала, то принципиальных ограничений на повышение добротности фильтра 16 нет.

Формула изобретений 1. Способ измерения электрической длины линии, заключающийся в подаче на вход линии гармонического сигнала, определении на входе линии экстремума стоячей волны и вычислении электрической плины линии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, перед определением на входе линии экстремума стоячей волны модулируют амплитуду стоячей волны путем изменения с частотой 51 условий отражения гармонического зон дирующего сигнала от выхода измеряемой линии за счет создания режимов ко роткого замыкания и холостого хода, измеряют амплитуду модуляции стоячей волны на входе линии, изменяют частоту гармонического зондирующего сигна8

Д

5

0

5

0

,, о 45

ла и измеряют ее при нулевом значении амплитуды модуляции стоячей волны на входе линии,

2,Устройство для измерения электрической длины линии, содержащее генератор синусоидального сигнала, индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, введень вычислитель, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора синусоидального сигнала, последовательно соединенные от- ветвитель, вход которого соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, блок выделения амплитуды модуляции стоячей волны, управляющий вход которого соединен с вторым выходом вычислителя и аналого-цифровой преобразователь, тактовый вход и выход которого соединен соответственно с третьим выходом и входом вычислителя, четвертый выход которого соединен с входом индикатора, клавиатура, вход- выход которой соединен с входом-выходом вычислителя, второй выход ответ- вителя является входом измеряемой линии, блок манипуляции, состоящий из управляемой нагрузки, подключенной к измеряемой линии, и последовательно соединенных кварцевого генератора и модулятора, выход которого подключен

к управляющему входу управляемой нагрузки.

Фиг.1

(n+l)W Фиг.З

U/8 Я J8

4 S

Фе/г4

fir-/ fft