Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника Советский патент 1991 года по МПК G01R27/32 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров радиотехнических устройств в диапазоне сверхвысоких частот.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого измерителя: на фиг. 2 -структурная электрическая схема блока управления.

Измеритель содержит генератор 1 качающейся частоты, электронно-лучевой индикатор 2, управляемый переключатель 3, подключенный к двум цепям 4 и 5 из последовательно соединенных первого (второго) вентиля 6 и первого (третьего) направленного ответвителя 7 прошедшей волны, второй направленный ответвитель 8 падающей волны, исследуемый невзаимный четырехполюсник 9 и четвертый направленный ответвитель 10 прошедшей волны, фазовый детектор 11, содержащий трехдецибельный направленный ответвитель 12 с четвертым и пятым детекторами 13. 14 и блок 15 вычитания. Кроме того, измеритель содержит уп- равляемый фазовращатель 16. пятый направленный ответвитель 17 падающей волны, первый, второй и третий детекторы 18,19, 20. управляемый коммутатор 21, аналого- цифровой преобразователь 22. вычислительный блок 23, первый цифроаналоговый преобразователь 24, цифровой индикатор 25, блок 26 гашения луча, и блок 27 управления. Блок 27 содержит генератор 28 тактовых импульсов, счетчик 29 импульсов, второй цифроаналоговый преобразователь 30, дешифратор 31. формирователь 32 коротких импульсов, блок 33 питания с программным управлением и усилитель 34 мощности.

Измеритель работает следующим образом.

На первом этапе калибровки исключается управляемый фазовращатель 16 (разрывается опорный канал). Вместо исследуемого

невзаимного четырехполюсника 9 подклю- 5 чается отрезок регулярного волновода. Под действием сигнала с первого выхода блока 27 переключатель 3 подключает к выходу пятого направленного ответвителя 17 соединенные последовательно первый вентиль 6, первый и второй направленные ответви- тели 7, 8 отрезок регулярного волновода, четвертый и третий направленные ответвите- ли 10.7 и второй вентиль 6. Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается. При этом на выходах детекторов 13,14,18, 20 появляются соответственно сигналы U 13 Ki3 Ei2 : Ui4 К14 E22 : Uie - Кш - Ki8E32:U2o K20E42 .

где К13. Ki4, Kie. Кзо - коэффициенты преобразования детекторов 13, 14, 18, 20;

Ei - напряженность электрического поля на входе детектора 13;

Еа - напряженность электрического поля на входе детектора 14;

Ез - напряженность электрического поля на входе детектора 18;

Е4 - напряженность электрического поля на входе детектора 20. .

Сигналы U13, U14 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого Ui5 Ki3Ei2-Ki4E22.0)

Сигналы U is, U is. U20 подаются на управляемый коммутатор 21, который под действием сигнала с восьмого выхода блока 27 поочередно подключает выходы блока 15, детекторов 18, 20 к входу аналого-цифрового преобразователя 22. Аналого-цифровой преобразователь 22 запускается сигналом с третьего выхода блока 27 и преобразует сигналы U is. U is. U20 в цифровые эквиваленты, которые через вычислительный блок 23 без изменения подаются на цифровой индика- 5 тор 25, где по сигналу с пятого выхода блока 27 записываются в память.

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 выхода блока 15 путем регулировки коэффициента преобразова0

5

0

5

0

5

0

ния детектора 14 добиваются по цифровому индикатору 25 выполнения условия U15 0.(2)

При этом из (1), (2) следует, что (для 3-дБ направленного ответвителя 12 2)

К1зЕИ

Е2

К1з.

(3)

Значение коэффициента Ki4 в дальнейшем не изменяется.

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 детекторов 18. 20 путем регулировки коэффициента преобразования детектора 20 добиваются по цифровому индикатору 25 условия

.(4)

При этом из (4) следует, что

2

(5J

К18 Ез «20 -

Е4

Значение коэффициента К2о в дальнейшем не изменяется.

На втором этапе калибровки подключается управляемый фазовращатель 16. На выходах детекторов 13, 14 появляются сигналы

Ui3 Ki3 ( Ei 2 + Е2 2 + 2EiE2 ) ;

Ui4 Км ( Ei 2 + Е2 2 - 2EiE2 cos ); где h -фазовый сдвиг между сигналами Ei, Ј2 обусловлен неравенством электрических длин опорного и измерительного каналов.

Сигналы Ui3, Ui4 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом (3) имеет вид Uis 4Ki3 EiE2 .

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 выхода блока 15 путем регулировки фазового сдвига, обеспечиваемого управляемым фазовращателем 16, добиваются равенства электрических длин опорного и измерительного каналов по максимуму показаний цифрового индикатора 25. По достижении равенства электрических длин опорного и измерительного каналов и,следовательно

Ui5 4Ki3EiE2.

Значение сигнала управляемым фазовращателем 16, соответствующее этому состоянию управляемого фазовращателя, в дальнейшем не изменяется.

Далее путем регулировки фазового сдвига, обеспечиваемого управляемым фазовращателем 16, добиваются нулевого показания цифрового индикатора 25. При этом сигналы на выходах детекторов 14, 13 и блока 15 будут иметь вид

Ui3 Ki3(Ei2 + E22+2EiE2cos02), Ui4 Ki4 ( Ei 2 + Ј2 2 - 2EiE2 cos#z ).

Ul5 4K13 ElE2 COSlp2 0 .

Откуда получаем pi j . Значение сигнала управления управляемым фазовращателем 16, соответствующее второму состоянию управляемого фазовращателя 15, в дальнейшем также остается постоянным.

На третьем этапе калибровки сигналом с первого выхода блока 27 управляемый переключатель 3 подключает выход пятого направленного ответвителя 17 к соединенным последовательно третьему и четвертому направленным ответвителям 7,10 отрезку регулярного, волновода, второму и первому

направленным ответвителям 8, 7 и второму вентилю 6. Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается. При этом на выходах детекторов 18, 19 появляют

ся сигналы соответственно

Ui8 Ki8E12 ,-Ui9 Ki9E52

где Kig - коэффициент преобразования детектора 19;

ЕБ - напряженность электрического поля на выходе детектора 19.

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 детекторов 18, 19 путем регулировки коэффициента преобразования

детектора 19 добиваются по цифровому индикатору условия

U19 U18(6)

При этом из (6) следует, что

35

K19 K18E1

Е5

(7)

Значение коэффициента Kig в дальнейшем не изменяется,

По сигналу со второго выхода блока 27 генератора 1 перестраивается на другую частоту и процесс калибровки повторяется. После калибровки измерителя на верхней частоте рабочего диапазона генератор 1 устанавливается в исходное состояние (перестраивается на нижнюю частоту рабочего диапазона). На этом калибровка заканчивается и вместо отрезка регулярного волновода включается исследуемый невзаимный

четырехполюсник 9. Под действием сигнала с первого выхода блока 27 управляемый переключатель 3 подключает к выходу пятого направленного ответвителя 17 соединенные последовательно первый вентиль 6,

первый и второй направленные ответвители 7, 8,исследуемый невзаимный четырехполюсник 9, четвертый и третий направленные ответвители 10, 7 и второй вентиль 6. Сигналом с седьмого выхода блока 27 управляемый фазовращатель 16 устанавливается в

свое первое состояние, соответствующее фазовому сдвигу, при котором обеспечивается равенство электрических длин опорного и измерительного каналов. Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается. При этом на выходах детекторов 13, 14, 18, 20 появляются сигналы

Ui3 Kw ( Ei 2 + Е2 2 -г 2EiE2 cosy ) ;

Ui4 Км ( Ei 2 + E2 2 - 2EiE2 cosp ) ; Ui8 Ki8E32,Ui9 KigE52;

U20 - K20E42, где px -измеряемый фазовый сдвиг.

Сигналы Ui3, Ui4 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид

Ui5 4KiaEi Eacospx,

Под действием сигнала с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 поочередно подключает выходы детекторов 18, 19, 20 и блока 15 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который поочередно запускается сигналом с третьего выхода блока 27, преобразует сигналы Die. Ui9, U2o, Die в цифровые эквиваленты the, Uig, Uao, Uis и передает их на вычислительный блок 23. По сигналу с четвертого выхода блока 27 вычислительный блок 23 запоминает эти сигналы для дальнейшего использования.

По сигналу с восьмого выхода блока 27 управляемый фазовращатель 16 устанавли

вается в свое второе состояние и на выходах детекторов 13, 14 появляются сигналы

Uis Ki3 ( Ei 2 + Е2 2 Н- 2EiE2 ) ;

Ui4 Ki4 ( Ei 2 -f E2 2 - 2EiE2 slnpx ) ;

Сигналы Ui3, Ui4 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид

Ui5 4Ki3EiE2sinpx.

По сигналу с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 подключает выход блока 15 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который преобразует сигнал U is в цифровой эквивалент Uis и передает его на вычислительный блок 23, запоминающий этот сигнал для дальнейшего использования.

Под действием сигнала с первого выхода блока 27 управляемый переключатель 3 подключает выход пятого направленного ответ- вителя 17 к соединенным последовательно третьему и четвертому направленным ответ- вителям 7, 10, исследуемому невэаимному четырехполюснику 9. второму и первому направленным отаетвителям 8.7 и второму вентилю

6, Электромагнитная вол на распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается. При этом на выходах детекторов 19,20 появляются соответственно

сигналы

U19 KigEs2: U2o К20Е42.

Под действием сигнала с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 поочередно подключает выходы детекторов

19, 20 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который запускается сигналом с третьего выхода блока 27, преобразует сигналы Dig , U2o в цифровые эквиваленты Uig, передает их на вычислительный блок,

запоминающий эти сигналы, и по седьмому импульсу с четвертого выхода блока 27 по заложенной в его постоянную память программе реализует следующие алгоритмы

КПр 10lg () ;Кобр 10lg ;

-иif

Гобр 1и;Т arctguf30 ft Ю1д рЫ ,

V ПР /

5

0

е

5

0

где Кпр, Кобр - модули коэффициентов передачи исследуемого невзаимного четырехполюсника 9 в прямом и обратном направлениях;

Гпр, Гобр - модули коэффициентов отражения в прямом и обратном направлениях;

fa - измеряемый фазовый сдвиг коэффициента передачи в прямом направлении; вентильное отношение.

Значения параметров Кпр, Кобр, ГПр, х, Гобр, / на данной частоте генератора 1 запоминаются в вычислительном блоке 23.

По сигналу с блока 27 генератор 1 перестраивается на другую частоту и процесс измерения повторяется. Одновременно с этим по сигналу с четвертого выхода блока 27 осуществляется выборка из памяти вычислительного блока 23 измерительной информации и передача ее в цифроаналоговый преобразователь 24, который преобразует цифровые сигналы Кпр. Кобр. Гобр. Гпр, fk ,fi в аналоговые сигналы и поочередно передает их на вертикальные пластины электроннолучевого индикатора 2. Таким образом, на его экране образуется совокупность светящихся точек, из которых формируется изображение частотных характеристик измеряемых параметров. Одновременно на табло цифрового

индикатора 25 индицируются записанные в его память по сигналу с пятого выхода блока 27 значения измеренных параметров на желаемой частоте.

Блок 27 работает следующим образом.

Генератор 28 вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов, которые поступают на вход счетчика

29.В результате на выходе счетчика 29 формируется двоичный код, который подается на входы цифроаналогового преобразователя

30,дешифратора 31 и блока 33. Цифроанало- говый преобразователь 30 вырабатывает ступенчато изменяющийся сигнал, который поступает на второй выход блока 27 управления частотой генератора 1. Дешифратор 31 на каждом из своих выходов вырабатывает сдвинутые во времени относительно друг друга импульсы, которые подаются на формирователь 32. Формирователь 32 представляет собой схему из четырех дифференцирующих цепочек, к каждой из которых подключен логических элемент ИЛИ в качестве формирователя импульса с крутым фронтом. Сигнал с первого инвертора блока 32 поступает на третий выход блока 27 и предназначен для запуска аналого-цифрового преобразвателя 22. Сигнал со второго инвертора блока 32 подается на четвертый выход блока 27 и предназначен для обеспечения записи измерительной информации, поступающей с аналого-цифрового преобразователя 30 в вычислительный блок 23.Сигнал с третьего инвертора блока 32 подается на пятый вы- -ход бл.ока 27 и предназначен для обеспечения записи информации с вычислительного блока в блок памяти цифрового индикатора 25. Сигнал с четвертого инвертора блока 32 поступает на шестой выход блока 27 и предназначен для гашения обратного хода луча электронно-лучевого индикатора 2. Блок 33 вырабатывает сигнал управления управляемым фазовращателем 16, который поступает на восьмой выход блока 27. Усилитель 34 вырабатывает сигнал управления управляемым переключателем 3 и поступает на первый выход блока 27. Цифровой сигнал в виде двоичного кода поступает на седьмой выход блока 27 и предназначен для управления состоянием управляемого коммутатора 21.

Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей измеритель параметров невзаимного четырехполюсника позволяет дополнительно измерять фазовые сдвиги коэффициентов передачи четырехполюсников, что дает возможность вместо двух измерителей использовать один и тем

0

самым повысить производительность измерений и сократить затраты на приобретение дополнительной аппаратуры, ее эксплуатацию и ремонт. 5Формул а изо бретени я

1. Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника, содержащий генератор качающейся частоты, выход управления разверткой которого соединен с входом го-.

ризонтального отклонения электронно-лучевого индикатора, а вход управления качанием частоты - с первым выходом блока управления, управляемый переключатель, к первому выходу которого подключены по5 следовательно соединенные первый вентиль, первый направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу вторичного канала которого подключен первый детектор, второй направленный ответвитель, к второму выходу управляемого переключателя подключены последовательно соединенные второй вентиль, третий направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу втое ричного канала которого подсоединен второй детектор, и четвертый направленный ответвитель падающей волны, а к управляющему входу - второй выход блока управления, выходы первого и второго де0 текторов подсоединены соответственно, к первому и второму входам управляемого коммутатора, а выход третьего детектора - к его третьему входу, выход управляемого коммутатора через последовательно соеди5 ненные аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок и первый ци{ ро-аналоговый преобразователь подсоединен к входу горизонтального отклонения электронно-лучевого индикатора, второй

0 выход вычислительного блока соединен с входом цифрового индикатора, а управляющий вход электронно-лучевого индикатора соединен с выходом блока гашения луча, причем управляющие входы аналого-цифро5 вого преобразователя,вычислительного блока, цифрового индикатора, блока гашения луча и управляемого коммутатора соединены, соответственно, с третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами блока

0 управления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров, введен пятый направленный ответвитель падающей волны,

5 включенный между выходом генератора качающейся частоты и входом управляемого переключателя, выход вторичного канала пятого направленного ответвителя падающей волны соединен с входом третьего детектора, вторичный канал второго направленного ответвителя ориентирован на прошедшую вояму и соединен с первым входом введенного фазового детектора, второй вход которого через введенный управляемый фазовращатель соединен с выходом вторичного канала четвертого направленного ответвителя падающей волны, а выход - с четвертым входом управляемого коммутатора, при этом выходы первичных каналов второго и четвертого направленных ответ- вителей предназначены для подсоединения исследуемого невзаимного четырехполюсника, а управляющий вход управляемого фа- зовращателя соединен с восьмым дополнительным входом блока управления. 2. Измеритель по п. 1,отличающийся тем, что фазовый детектор содержит 3-дБ направленный ответвитель, первый вход которого является первым входом фазового детектора, второй вход - его вторым входом, а первый и второй выходы соответст0

5

0

венно через четвертый и пятый детекторы соединены с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого является выходом фазового детектора.

3. Измеритель поп. 1,отличающий- с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и формирователь коротких импульсов, выходы которого являются соответственно третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока управления, при этом выход счетчика импульсов через второй цифроана- логовый преобразователь является вторым выходом блока управления, через блок питания с программным управлением - восьмым дополнительным выходом, через усилитель мощности - первым выходом и, кроме того,является седьмым выходом блока управления.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров. Измеритель содержит г-р 1 качающейся частоты, электронно-лучевой индикатор 2, управляемый переключатель 3, вентили 6, направленные ответвители 7, 8, tO и 17, исследуемый невзаимный четырехполюсник 9, фазовый детектор 11, управляемый фазовращатель (УФ) 16, детекторы 18, 19 и 20, управляемый коммутатор 21, АЦП 22, вычислительный блок 23, ЦАП 24, цифро