Анализатор СВЧ-цепей Советский патент 1991 года по МПК G01R27/04 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быт.ь использовано для измерения комплексных параметров СВЧ-цепей.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже приведена структурная схема анализатора СВЧ-цепей.

Анализатор СВЧ-цепей содержит генератор 1 качающейся частоты, первый 2, второй 3 и третий 4 направленные ответвители, балансный модулятор 5, первый 6 и второй 7 смесители, дискретный фазовращатель 8, исследуемую СВЧ-цепь 9, согласованную нагрузку 10, делитель 11 мощности, управ- ляюще-вычислительный блок 12, полосовой фильтр 13, измеритель 14 отношений, коммутатор. 15, детекторную секцию 16, генератор 17 модулирующего сигнала, управляемый усилитель 18, синхронный детектор 19,

Анализатор СВЧ-цепей работает следующим образом.

Выходной сигнал генератора 1 частотой (о делится с помощью первого направленного ответвителя 2 на две части, одна из которых является опорным сигналом, а другая - измерительным. В свою очередь, измерительный сигнал модулируют с помощью балансного модулятора 5 напряжением частоты Оо . При этом на выходе балансного модулятора 5 образуются различные спектральные составляющие, в том числе (Оо +Оо и - Оо . Сама же несущая оь будет подавлена за счет балансных свойств модулятора. Затем измерительный сигнал, частично отражаясь от исследуемой СВЧ-цепи 9 и распространяясь через нее, преобразуется в выходные сигналы вторичных каналов второго и третьо ел ю о о

его направленных ответвителей 3 и 4. Эти сигналы подаются на первые входы первого и второго смесителей 6 и 7. Одновременно на вторые входы первого и второго смесителей 6 и 7 поступает опорный сигнал, предварительно разделенный пополам в делителе 11 и в каждой частотной точке, например УО , обретающий поочередно два значения с равной амплитудой и фазой, сдвинутой на 90° (результат работы дискретного фазовращателя 8), Поступающие на первый и второй смесители 6, 7 сигналы смешиваются, и на их выходах образуются полезные сигналы, несущие информацию об измеряемых параметрах с частотой QO , а также паразитные гармонические составляющие. Далее сигналы с измерительной информацией поступают на входы коммутатора 15, управляемого от уп- равляюще-вычислительного блока 12, который поочередно подключает выходы первого и второго смесителей 6, 7 на входы измерителя 14 и полосового фильтра 13. При этом за время нахождения коммутатора 15 в одном из положений дискретный фазовращатель 8 половину этого времени находится в одном положении (поворот фазы проходящего через него сигнала на -45°), а половину времени - в другом (поворот фазы на +45°). Затем коммутатор 15 переключается и на измеритель 14, а также на полосовой фильтр 13 подается сигнал с другого смеси теля. Следовательно, в каждой частотной точке работы анализатора СВЧ-цепей формируются и подвергаются дальнейшей обработке четыре измерительных сигнала - по два с выхода каждого из смесителей, причем их амплитуды равны

-Ei Е2 ,

Ev Ј2

где К - суммарный коэффициент передачи измерительного канала (определяется при калибровке);

EI - амплитуда сигнала, поступающего с генератора 1;

Е2 - амплитуда сигнала, поступающего с генератора 17;

р - фазовый сдвиг между опорным и измерительным сигналами.

Первый и второй смесители 6 и 7 выполняют также и роль амплитудных детекторов фазоманипулированного сигнала, который образуется за счет манипуляции фазы опорного сигнала при его прохождении через дискретный фазовращатель 8. Причем наличие сигнала, представляющего собой результат амплитудного детектирования фазоманипулированного сигнала, несложно продемонстрировать, исходя из следующего.,

Фазоманипулированные колебания можно представить как

Don Um on COS UAj t + #(t) Umon COS t)cOS fifot - Um on Sin 6(1) -SinftJot ,

т е, мы получаем два амплитудно-манипули- рованных колебания, которые складываются в квадратуре При этом 6() изменяется

в пределах от -л /4 до л /4. Так как cos л /4 cos(- л /4) то cos$ (t) const и конкретно при этих пределах измене- ни.я cos$(t) Vo/o С другой стороны, sin 6(1) раскладывается в ряд

1

sln(t)4/7rslrt9maxc(slnQt 4- sirOQt + ...)

2л

о

где Q -у - частота манипуляции выходного сигнала дискрентного фазов- ращателя 8.

sin Фпахс Получаем

sinflft) 2-- (sinQt + gSinSQ t+ -, .)

Подставляя эти значения в исходное выражение, получаем с учетом очевидных преобразований

,-vTu,

vf,,

Uon Y j Upwocouifci - j cos( . + a ) +

30

+ я11.«| (аь-й) (ub-3tlX

coi( tn, -f 3ft ) +

Таким образом, мы получаем фактически спектр АМ-колебания, на который и реагирует первый или второй смеситель 6 или 7, выполняющий роль амплитудного детектора,

Итак, гармоническая составляющая спектра выходного сигнала Q первого или

второго смесителя 6 или 7, а также ряд ближайших ее высших гармоник ЗЙ, 5Q, 7Q, 9Q могут быть использованы как сигнал для автоматической регулировки мощности АРМ генератора 1, так как их величина

зависит только от выходной мощности генератора 1, распространяющейся в опорном канале, и не зависит от изменений мощности в измерительном канале за счет подключения различных исследуемых СВЧ-цепей.

При этом роль детектора выполняют сами смесители без применения дополнительных детекторных секций и направленного ответ- вителя петли АРМ, что повышает точность измерений и упрощает структуру СВЧ волноводного тракта,

Далее сигнал с выхода первого или второго смесителя 6 или 7 попадает на вход полосового фильтра 13, полоса пропускания которого включает частоты Q, 3Q 5Q и т.д.

до тех пор, пока составляющая (2гн 1)- Q еще достаточно существенна с точки зрения энергетической. Экспериментально установлено, что можно ограничиться значением 9 Q. Чтобы убедиться в том, что частота QH частота модуляции QO не влияют друг на друга, достаточно их сравнить. Обычно Q 256 Гц, Оо 100.000 Гц Измеритель 14, на вход которого поступает сигнал с выхода

смесителя, имеет селективный вход, настро

енный на частоту модуляции QO . тем самым отфильтровываются различные паразитные гармоники и комбинации. По прохождении полосового фильтра 13 сигнал поступает на детекторную секцию 16, слу- жащую для детектирования низкочастотного сигнала, превращения его в постоянное напряжение, которым управляется управляемый усилитель 18. Сигнал с генератора 17, поступая на управляемый усилитель 18, от- слеживает изменения выходной мощности генератора 1 и поступает на вход АРМ генератора 1, а также на второй вход измерителя 14, Так как мощность генератора 1

может в пределах всего диапазона частот

изменяться несколько раз, то система АРМ не может обеспечить в достаточной степени постоянство выходной мощности. Эти отклонения устраняет использование измерителя 14, выходной сигнал которого меняется в зависимости лишь от исследуемой СВЧ- цепи, но не от колебаний мощности генератора 1, так как эти изменения приводят к изменениям сигнала с выхода управляемого усилителя 18, а отношение сигналов с обеих входов измерителя 14 не меняется.

С измерителя 14 сигнал поступает на синхронный детектор 19, который детекто- риует синхронно с сигналом от генератора 17, и на выходе детектора 19 получаем по- .стоянные напряжения, несущие информацию об измеряемых параметрах. Далее информация обрабатывается в управляю- ще-вычислительном блоке 12 по известным

алгоритмам.

Формула изобретения Анализатор СВЧ-цепей, содержащий последовательно соединенные генератор

.

качающейся частоты и первый направлен ный ответвитель, ориентированный на па.

5

10

20

25

3035

0

45

50

дающую волну, выход вторичного канала которого соединен с входом дискретного фазовращателя, генератор модулирующего сигнала, соединенный с модулирующим входом балансного модулятора и опорным входом синхронного детектора, управляю- ще-вычислительный блок, первый выход которого соединен с входом управления частотой генератора качающейся частоты, второй выход - с управляющим входом коммутатора, третий выход - с управляющим входом дискретного фазовращателя, а вход - с выходом синхронного детектора, делитель мощности, первый выход которого соединен с первым входом первого смесителя, и второй направленный ответвитель, выход первичного канала которого предназначен для подключения исследуемой СВЧ-цепи. ориентированный на отраженную волну выход вторичного канала соединен с вторым входом первого смесителя, о т л и(ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, выход коммутатора через введенные последовательно соединенные полосовой фильтр и детектор подсоединен к управляемому входу введенного управляемого усилителя, управляющий вход которого соединен с выходом генератора модулирующего сигнала, а выход-с первым входом введенного измерителя отношений и входом управления мощностью генератора качающейся частоты, второй вход измерителя отношений соединен с выходом коммутатора, а выход - с сигнальным входом синхронного детектора, введен третий направленный ответвитель, вход первичного канала которого предназначен для подключения выхода исследуемой СВЧ-цепи, к выходу первичного канала подсоединена введенная согласованная нагрузка, а ориентированный на падающую волну выход вторичного канала соединен с вторым входом введенного второго смесителя, первый вход которого подключен к второму выходу делителя мощности, а выход - к второму входу коммутатора, при этом выход дискретного фазовращателя соединен с входом делителя мощности, а балансный модулятор включен между выходом первичного канала первого и входом первично.о канала второго направленных ответвителей.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности. Анализатор содержит г-р 1 качающейся частоты, направленные ответвители 2 и 3, балансный модулятор 5, смесители б и 7, дискретный фазовращатель 8, исследуемую СВЧ-цепь 9, делитель 11 мощности, управляюще-вычислительный блок 12, коммутатор 15, г-р 17 модулирующего сигнала и синхронный детектор 19. Цель достигается введением направленного от- ветвителя 4, согласованной нагрузки 10, полосового фильтра 13, измерителя 14 отношений, детектора 16 и управляемого усилителя 18, с помощью которых отслеживается изменение выходной мощности г-ра 1 в пределах всего диапазона частот путем формирования управляющего сигнала для автоматической регулировки его мощности, 1 ил.