Радиоимпульсный фазометр Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

О

Ч

х| Оч

сл ел

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к СВЧ измерительной технике.

Цель изобретения - увеличение точности измерения и расширение динамического диапазона путем устранения влияния на эти величины неидентичности сверхвысокочастотных трактов фазометра.

На фиг. 1 представлена структурная схема радиоимпульсного фазометра; на фиг. 2 - схема программ измерений комплексного коэффициента передачи исследуемого объекта.

Радиоимпульсный фазометр содержит генератор 1, первый делитель 2, квадратурный ответвигель 3, ответвитель 4, детекторы 5-8. сумматор 9, усилители 10-13, аттенюатор 14, фазовращатель 15, аналого- цифровые преобразователи 16-19 (АЦП), второй и третий делители 20 и 21. регистры 22-25, дешифратор 26 адреса, формирователь 27 импульсов, блок 28 синхронизации и вычислительно-индикаторный блок 29, содержащий индикатор 30, интерфейсный блок 31 индикатора, процессор 32, оперативное запоминающее устройство 33 (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство 34 (ПЗУ), переднюю панель 35, интерфейсный блок 36 передней панели, шину 37 адреса (ША), шину 38 управления (ШУ) и шину 39 данных (ШД). Фазометр имеет клеммы 40 я

41для подключения исследуемого объекта

42(х).

В фазометре выход генератора 1 подключен ко входу делителя 2. К первому выходу первого делителя 2 подключены входная клемма 40 исследуемого объекта (х), выходная клемма 41, которая соединена с последовательно соединенными аттенюатором, фазовращателем 15 и вторым делителем 20. Ко второму выходу первого делителя 2 подключены последовательно соединенные ответвитель 4 и третий делитель 21. Первые выходы второго и третьего делителей 20 и 21 подключены к входам сумматора 9, вторые выходы - к входам квадратурного ответвителя 3, Между выходом ответвителя 4 и ШД 39 включены последовательно соединенные детектор 5 и усилитель 10, и АЦП 10 и регистр 22. Между выходом сумматора 9 и ШД 39 включены последовательно соединенные детектор 6, усилитель 11. АЦП 17 и регистр 23. Между выходами квадратурного ответвителя и ШД 39 включены последовательно соединенные детектор 7, усилитель 12, АЦП 18 и регистр 24 и последовательно соединенные детектор 8 и усилитель 13, АЦП 19 и регистр 25. Выходы дешифратора 26 адреса подключены к управляющим входам режсгров 22-25 и к второму входу блока 28 синхронизации. Адресные и управляющие входы дешифратора 26 адреса подключены к ША 37 и к ШУ 38. К выходу усилителя 10 подключен формирователь 27 импульсов, выход которого подключен к первому входу блока 28 синхронизации, выход которого подключен к тактовым входам АЦП 16-19, а входы данных - к ШД 39. Процессор 32, ОЗУ 33, ПЗУ 34, интерфейсный блок 31 индикатора, интерфейсный блок 36 передней панели соответственно подключены к ШД 39, к ША 37 и к ШУ 38, Передняя панель 35 подключена к интерфейсному блоку 36 передней панели. Выходы интерфейсного блока 31 индикатора подключены к входам индикатора 30.

Радиоимпульсный фазометр работает следующим образом.

С генератора 1 радиоимпульсные сигналы поступают на вход делителя 2, годе они

разветвляются на опорный и измерительный сигналы. Измерительный сигнал поступает на вход исследуемого объекта, а опорный - на вход ответвителя 4. На входах детектора 6-8 суммируются опорный сигнал

и измерительный сигнал, прошедший исследуемый объект42, аттенюатор 14 и фазовращатель 15. Суммирование сигналов происходит в сумматоре 9 и квадратурном ответвителе 3. Опорный сигнал ответвляется в ответвителе 4 и поступает на вход детектора 5. Продетектмрованные в детекторах 5-8 сигналы представляют собой видеоимпульсы, которые поступают на входы усилителей 10-13.

Напряжения видеосигналов на выходах

усилителей 10-13 соответственно равны

Ui iUl2 (ail2(1)

U2 U|2 а2 + Ь2КхКаКф|2(2)

U3 IUl2 аз + ЬзКхКаКф|2(3)

U4 IUl2 а4 + Ь4КхКаКф|2,(4)

где U - напряжение радиоимпульсного сигнала на выходе генератора;

ai - комплексный коэффициент передачи (ККП) цепи генератор 1 - усилитель 10;

32 - ККП цепи генератор 1 - усилитель

11,минуя исследуемый объект;

аз - ККП цепи генератор 1 - усилитель

12,минуя исследуемый объект;

34 - ККП цепи генератор 1 - усилитель

13,минуя исследуемый объект; Ка - КПП аттенюатора;

Кф - КПП фазовращателя; Кх - КПП исследуемого объекта; ЬгКхКаКф - КПП цепи генератор 1 - усилитель 11, проходящий через исследуемый объект;

ЬзКхКаКф - КПП цепи генератор 1 - усилитель 12, проходящий через исследуемый объект;

Ь4КхКаКф - КПП цепи генератор 1 - усилитель 13, проходящий через исследуемый объект.

На первых четырех этапах измерений исследуемый объект к клеммам 40 и 41 не подключают.

На первом этапе устанавливают бесконечное ослабление аттенюатора 14. При этом амплитуда видеоимпульсов с учетом квадратичности характеристики детекторов на выходах усилителей 10-13 составляет: Un IUI2 lail2(5)

Un IUI2 Ia2|2(6)

U31 IUI2 Ia3l2(7)

U41 U|2 lad2.(8)

Величины, определяемые равенствами (5)- (8), преобразуются в цифровые сигналы в АЦП 16-19 и заносятся в регистры 22-25. Время измерения относительно начала длительности импульса устанавливается задержкой в блоке 28 синхронизации импульса с формирователя 27 импульсов. Величина задержки определяется состоянием передней панели 35, цифровой код, величиина которого равна требуемой задержке из процессора 32 по шине 39 данных поступает на входы данных блока 28 синхронизации. Цифровые сигналы с выходов регистров 22- 25 по сигналам с дешифратора 26 адреса подаются в шину 39 данных, откуда заносятся в ОЗУ 33.

На втором этапе аттенюатор 14 устанавливается в нулевое ослабление, а фазовращатель 15 устанавливается в положение, при котором он вносит фазовый сдвиг, равный я/2. Тогда амплитуда видеоимпульсов на выходах усилителей 10-13 равна: Ui2 IUI2 lail2 да(9)

U22 IUI2 Ia2 + b2 (10) U32 IUI2 аз + Ьз О (11)

U42 IUI2 I34 + D4 eJ V(12)

Аналогично изложенному выше, величины из выражений (9)-(12) преобразуются в цифровой сигнал и заносятся в ОЗУ 33.

На третьем этапе устанавливают фазовращатель 15 в положение, при котором он вносит фазовый сдвиг, равный л. Амплитуды сигналов на выходах усилителей 10-13 становятся равными:

Ui3- IUI2 la,l2 .(13)

U23 IUI2 |а2 + Ь2еЖ12 (14) U33 IUI2 аз + Ьз (15) U«- IUI2 |Э4 + Ь4 (16) Аналогично величины из выражений (13)-{16) преобразуются в цифровой сигнал и заносятся в ОЗУ 33.

На четвертом этапе фазовращатель 15 устанавливают в положение, при котором он вносит фазовый сдвиг, равный 3/2 л (или

0

- тг/2). Амплитуды сигналов на выходах усилителей 10-13 равны:

Uu- IUI2 lail2 .&(17)

U24 I UI2 Ia2 + b2e j|l2(18)

U34 IUI2 Ia3 + (19)

1)44 IUI2 Ia4 + b4e-j/2l2 (20) Величины из выражений (17)-(20) также преобразуются в цифровой код и заносятся в ОЗУ 33.

0 На пятом этапе фазовращатель 15 вновь устанавливают в положение, при котором он вносит нулевой фазовый сдвиг, к клеммам 40 и 41 подключают исследуемый объект. Амплитуды видеосигналов на выходах 5 усилителей 10-13 становятся равными:

Uis IUI2 lail2(21)

U25 IUI2 Ia2 + b2«xl2(22)

U35 IUI2 |аз+ВзКх12(23)

U45 IUI2 |34+b4Kx|2(24)

0

Эти сигналы преобразуются в цифровой код и заносятся в ОЗУ 33.

На шестом этапе процессор 32 производит вычисление следующих промежуточных 5 величин:

2 (U23/U13)-U22/U12-U24/U14,

2 U22/U12 + U24/U14 - 2 (U21/Ul1 )} 2 ( U33/U13 ) - U32/U12 - U34/Ut4f ,

о г i 1л. л f i -«. L I п. /ti Л Г I «. лГ/1I- 7 Л 1 /

2 U32/U12 +U34/U14-2(U31/U11 )

2 ( U43/U13 ) - U42/U12 - U44/U14 2 U42/U12 +U44/Ul4-2(U41/Ull) (27 )

Rl

5 R2

U24/U14-U22/U12

R3

2 U22/U12 +U24/U14 -2(U21/U11)

U34/U14 - U32/U12

2 U32/U12 -f U34/Ul4-2(U31/Un)

U44/U14-U42/U12 2 U42/U12 +U44/Ul4-2(U41/Uli)

(28) (29) (30)

Zi .Si2+Ri2

Z2

Z3

U21/U11 S22+R22

U3i/0ii S32+R32

U41/U.11

(31) (32) (33)

„- S1Z-S22 +B12-R 2-(U;5/UI5)Z1 +(U35/U15)Z2l(S2-S3) 2l()(S2-S3)-(l4-tt3)(Sl-S2)

50t -Sa -f n2 -R3 -(U35/U|5 lZ;+(U s/Ul5 )Z3l(si-S2) , 2 ( R l - R2 ) (S2 - S3 ) (Л2 - R3 ) ( SI - S2 )) W

tSl2-S22+Rl2-R -(U;5/Ul5)2:i-b(U35/m i)7;|(R;-Rj)

2(CS1-S2)(B2-R3J-(S2-S3;)(R1-B2;)

S;2-S32-rR;;-R3;-(UK/Ul5);+(UfS/Ul5)Z3|(Rl-R2) . . J|(Sl-S2)(R2-Ra)-(S2-Sa)(R1-R2)

55

Преобразование выражений (34) и (35) путем постановки значений St. S2, Зз, Rt. R2,

R3, 21, Z2, Z3, U25/U15: U35/U15, U45/U15 ИЗ

выражений (1)-(33) приводит к следующим равенствам

у- |КХ| sin (36)

х I Кх I cos р ,(37)

где |КХ| и / соответственно модуль и фаза коэффициента передачи измеряемого объекта,

На последнем этапе процессор 32 производит вычисление величин

|Kx|v.(38)

В - arctg(y/x) fr(39)

Через ШД 39 и интерфейсный блок 31 индикатора величины А и В, соответствующие измеряемым величинам iKxl и .выводятся на индикатор 30 и считываются оператором.

Из выражений (38) и (39) следует, что измеренные величины А и В не зависят от параметров СВЧ трактов фазометра и их неидентичности (коэффициенты ai, аг, аз, 34, bi, ba. Ьз, b4), следовательно, увеличивается точность измерения и расширяется динамический диапазон радиоимпульсного фазометра.

Получение столь же высокой точности в известном измерителе разности фаз может быть достигнуто лишь при равенстве I aa I lba 1- I аз I ibs I lad I b4l и при идеальной работе сумматора и квадратурного ответвителя, что трудно выполнимо.

Формула изобретения Радиоимпульсный фазометр, содержащий генератор, первый делитель, вход которого подключен к выходу генератора, последовательно подключенные к первому выходу первого делителя клеммы для подключения исследуемого объекта, аттенюатор, фазовращатель и второй делитель, последовательно подключенные к второму выходу периого делителя ответвитель итре- чий делитель, квадратурный ответвитель,

входы которого подключены к первым выходам второго и третьего делителей, сумматор, входы которого подключены к вторым выходам второго и третьего делителей, четыре цепи из последовательно соединенных детектора и усилителя, подключенные соответственно к выходам ответвителя, сумматора и двум выходам квадратурного ответвителя, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности и расширения динамического диапазона, в него введены вычислительно-индикаторный блок, четыре цепи из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя и регистра, включенные между выходами соответствующих усилителей и шиной данных вычислительно-индикаторного блока, формирователь импульсов, подключенный к выходу первого усилителя, блок синхронизации, первый вход которогоо подключен к выходу формирователя импульсов, входы данных которого - к шине данных вычислительно-индикаторного блока, а выход - к тактовым входам аналого-цифровых преобразователей, и дешифратор адреса, выходы которого подключены к управляющим входам регистров и второму входу блока синхронизации, а адресные и управляющие входы - к шине адресов и шине управления

вычислительно-индикаторного блока соответственно, причем вычислительно-индикаторный блок содержит процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, интерфейс индикатора и интерфейс передней панели, которые соответственно соединены каждый с шиной данных, шиной адреса и шиной управления, а также содержит индикатор, входы которого соединены с выходами интерфейса индикатора, и переднюю панель, выходы которой соединены с входами интерфейса передней панели.

Начало

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к СВЧ измерительной технике. С целью увеличения точности и расширения динамического диапазона в фазометр, содержащий генератор 1. три делителя 2, 20, 21, сумматор 9, четыре детектора 5, 6, 7, 8, ответвитель 4, квадратурный ответвитель 3, четыре усилителя 10, 11, 12, 13, аттенюатор 14, фазовращатель 15, введены четыре АЦП 16, 17, 18, 19, четыре регистра 22, 23, 24, 25, формирователь 27 импульсов, дешифратор 26 адреса, блок 28 синхронизации, ОЗУ 33, ПЗУ 34, интерфейсные блоки 31 и 36, индикатор 30, передняя панель 35, шина 39 данных, шина 37 адресов, шина 38 управления, процессор 32. Применние процессорной техники для управления и вычисления сдвига фаз позволяет избежать ошибок из-за неидентичности условий проведения исследований объекта СВЧ-техники.

Ввод величины задержки измерения относительно фронта радиоимпульса

Считывание показаний АЦП, запоминание значенн(| напряжения прв Кх О

Считывание показаний АЦП, запоминание значений напряжения при Кх I (fx #/2

Считывание показаний АЦП, запоминание значений напряления при Кх I (fx #

Считывание показаний АЦП, запоминание значений напрянония при К х I р,

Вычисление промежуточных констант

Считывание показаний АЦП

1

ймисленкэ Кх, fx

Вывод-на индикацию

Редактор Н. Химчук

фаг. 2

Составитель Ю.Макаревич

Техред М.МоргенталКорректор М. Максимишинец

JL.

ycx

нет

да

да

Пуск

8Т

да

1