Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника Советский патент 1992 года по МПК G01R27/28 

со ю со

ел

межуточных частот. С второго выхода направленного ответвителя 2 сигнал поступает на вход смесителя 11 и далее на вход усилителя 13 промежуточной частоты, на второй вход смесителя 11 поступает сигнал с гетеродина 10. С выхода усилителя 12 промежуточной частоты сигналы поступают н входы фазовых детекторов 14, 16, где формируются сигналы рассогласования, причем на второй вход фазового детектора 16 поступает сигнал с выхода усилителя 13 промежуточной частоты, прошедший через фазовращатель на 90° 15. С выхода фазового детектора 14 сигнал поступает на аналого- цифровой Преобразователь 17 и на регистрирующий блок 19, а с выхода фазового 16 детектора - на аналого-цифровой преобразователь 18 и на регистрирующий блок 20.1 ил.

Использование: измерительная техника для измерения фазовых сдвигов, амплитуд коэффициентов передачи четырехполюсников. Существо изобретения. В устройстве высокочастотный сигнал от генератора СВЧ 1 через направленный ответвитель 2, исследуемый четырехполюсник 3 и фазовращатель 5 поступает на переключатель СВЧ 7, на второй вход которого поступает сигнал от генератора СВЧ 1 через направленный ответвитель 2, образцовый четырехполюсник 4 и аттенюатор 6. Переключение осуществляется по сигналу от низкочастотного генератора 8, После переключателя СВЧ 7 частота сигнала с помощью смесителя 9 и гетеродина 10 переносится в область про(Л С

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды и фазы коэффициентов передачи четырехполюсников, например отрезков линий передач, фазовращателей, аттенюаторов и др.

Известны устройства для измерения амплитуды и фазы, в которых измерения проводятся с преобразованием частоты, а сам процесс измерений осуществляется на низкой частоте, индикация фазы проводится низкочастотным фазометром.

К недостаткам таких устройств следует отнести невысокую точность.

Близки к предлагаемому устройству измерители разности фаз и ослаблений группы ФК2: ФК2-14, ФК2-18ФК2-26,

реализующие способ измерения амплитуд и фаз четырехполюсников, основанный на подключении четырехполюсника и проведении измерений с переносом частоты сигнала в область промежуточных частот. Однако и эти устройства не обеспечивают достаточную точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника, реализующее способ измерения амплитуд и фаз четырехполюсников путем уравновешивания автокомпенсатора полярно-координатного типа.

Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига содержит последовательно соединенные генератор СВЧ, исследуемый четырехполюсник, фазовращатель, переключатель СВЧ, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, первый усилитель мощности, первый реверсивный двигатель, первый регистрирующий блок, последовательно соединенные образцовый четырехполюсник и аттенюатор, выход последнего подключен к второму входу переключателя СВЧ, а вход образцового четырехполюсника подключен к выходу генератора СВЧ, и последовательно соединенные усилитель некомпенсации,

амплитудный детектор, второй усилитель мощности, второй реверсивный двигатель, второй регистрирующий блок, причем вход усилителя некомпенсации подключен к выходу переключателя СВЧ, первый реверсивный двигатель связан механически с фазовращателем, второй реверсивный двигатель связан механически с аттенюатором, связь первого и второго усилителей мощности соответственно с первым и вторым реверсивными двигателями - индуктивная, переключатель СВЧ - магнитозависимый, управляется от сети переменного тока частотой 5 Гц, второй вход фазового детектора

подключен к выходу генератора СВЧ, обладает недостаточной степенью точности измерения фазовых сдвигов (особенно малых фазовых сдвигов - 3° по фазе), кроме того, из-за отсутствия переноса частоты в область

промежуточных обладает частотной зависимостью, что сказывается дополнительными погрешностями при измерениях фаз.

Целью изобретения является повышение точности измерений,

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, исследуемый

четырехполюсник фазовращатель, переключатель СВЧ, последовательно соединен- ные образцовый четырехполюсник и аттенюатор, выход которого подключен к второму входу переключателя СВЧ, а выход

образцового четырехполюсника связан с выходом генератора СВЧ, а также первый фазовый детектор, первый и второй регистрирующие блоки, дополнительно введены направленный ответвитель, вход которого

подключен к выходу генератора СВЧ, первый выход подключен к входу исследуемого четырехполюсника, второй выход соединен с вторым входом вновь введенного второго смесителя, низкочастотный генератор, выход которого подключен к второму входу переключателя СВЧ, последовательно соединенные первый смеситель, гетеродин и

второй смеситель, первый и второй усилители промежуточной частоты, низкочастотный фазовращатель, второй фазовый детектор, первый и второй аналого-цифровые преоб- разователи, при этом первый вход первого смесителя связан с выходом переключателя СВЧ, его второй вход связан с первым выходом гетеродина, выход первого смесителя через последовательно соединенные первый усилитель промежуточной частоты, первый фазовый детектор, первый аналого- цифровой преобразователь соединен с первым регистрирующим блоком, второй вход второго смесителя соединен с вторым выходом гетеродина, выход второго смесителя через последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовый детектор, второй аналого-цифровой преобразователь связан с вторым регистрирующим блоком, причем выход низкочастотного фазовращателя подключен к второму входу первого фазового детектора, а выход- с выходом второго усилителя промежуточной частоты, при этом второй вход второго фазового детектора соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 СВЧ, направленный ответвитель 2, исследуемый четырехполюсник 3, образцовый четырехполюсник 4, фазовращатель 5, аттенюатор 6, переключатель 7 СВЧ, низкочастотный генератор 8, смесители 9 и 11, гетеродин 10, усилители 12 и 13 промежуточной частоты, фазовые детекторы 14 и 16, низкочастотный фазовращатель 15, аналого-цифровые преобразователи 17 и 18, регистрирующие блоки 19 и 20.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотный сигнал от генератора 1 СВЧ через направленный ответвитель 2 поступает на входы исследуемого 3 и образцового 4 четырехполюсников и далее от исследуемого четырехполюсника через фазовращатель 5 - на первый вход переключателя 7 СВЧ, а от образцового четырехполюсника 4 через аттенюатор 6 - второй вход переключателя 7-СВЧ, который переключает входы по сигналу от низкочастотного генератора 8. Таким образом, на вход первого смесителя 9 поступают сигналы, проходящие поочередно либо по цепи исследуемый четырехполюсник 3 - фазовращатель 5, либо по цепи образцовый четырехполюсник 4 - аттенюатор 6. С помощью аттенюатора 6 сигналы по указанным цепям выравниваются по амплитуде, одновременно вводится

0

фазовращателем 5 калиброванный фазовый сдвиг так, чтобы общий фазовый сдвиг между цепями составлял 180°, что определяется по степени подавления сигнала на выходе

переключателя 7 СВЧ. Далее СВЧ-сигнал переносится в область промежуточных частот с помощью смесителя 9 и гетеродина 10, затем усиливается усилителем 12 промежуточной частоты и поступает на вход фазового детектора 14, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора 1 СВЧ через направленный ответвитель 2, смеситель 11 (на второй вход последнего поступает сигнал с гетеродина 10), усили5 тель 13 промежуточной частоты с фазовым сдвигом на 90°, полученным после низкочастотного фазовращателя 15. После аналого- цифрового преобразователя 17 сигнал поступает на регистрирующий блок 19. С выхода усилителя 13 промежуточной частоты сигнал промежуточной частоты поступает также на вход фазового детектора 15, на второй вход которого поступает сигнал с выхода усилителя 12 промежуточной часто5 ты. Фазовый детектор 16 формирует сигнал рассогласования, который после преобразования в аналого-цифровом преобразователе 18 поступает на регистрирующее устройство 20.

Процедура измерений заключается в

0 определении по показаниям аттенюатора 6 и фазовращателя 5 относительных значений амплитуд и фаз коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника 3, для чего в одну из ветвей, проходимых сигналом, пе5 ред коммутатором СВЧ, включен образцовый четырехполюсник 4.

Спектр фазоманипулированного сигнала описывается следующим образом:

о

a(t) АО {cos в cos (oi+ . sin 9 cos 0«

(Wo +Q)t-cos( ftfe +Q)

sj 7E

(tOo + 3 Q)t-cos(M0 -3 й)г1 + }

(1) где в- индекс фазовой манипуляции;

Юо -частота сигнала генератора СВЧ; Q- частота манипуляции фазового дискрета.

На выходе фильтра с полосой пропуска- ® ния меньшей, чем частота переключений фазового дискрета, сигнал принимает вид

а(т) АО cos в cos ufc t(2)

Амплитуда этого сигнала равна нулю при

индексе фазовой манипуляции в - -п , т.е.

суммарный фазовый сдвиг измеряемого 3 и образцового 4 четырехполюсников равен 180°, что позволяет определить фазовый

5

сдвиг измеряемого четырехполюсника 3. При этом повышается точность измерений за счет использования принципа подавления несущей частоты в спектре фазоманипу- лированного сигнала как средства установки эталонного фазового сдвига при равных амплитудах. Можно показать, что при отличии разности фаз на 180° всего на 0,6° подавление несущей составляет 40 дБ и легко регистрируется. Кроме того, точность измерений возрастает и за счет переноса частоты в область промежуточных частот, а также за счет использования более точного электронного регистрирующего блока.

С выхода регистрирующих блоков 19 и 20 снимаются квадратурные компоненты ДА sin Д#, A A cosAy , где АД разность амплитуд и фаз исследуемого 3 и образцового 4 четырехполюсников, при условии равенства 180° начального фазового сдвига в ветвях исследуемый четырехполюсник 3 - фазовращатель 5 и образцовый четырехполюсник 4 - аттенюатор 6. Учитывая, что, как правило, требуемый допуск на фазовращатель составляет примерно 10 дБ и 10%, то вначале А рфактически определяется разностью амплитуд, что упрощает процесс контроля.

П р и м е р. В качестве генератора 1 СВЧ берется стандартный генератор типа Г4, направленный ответвитель - СВЧ-тройник (стандартный прибор), фазовращатель 5 - типовой СВЧ-прибор, аттенюатор 6 - стандартный прибор группы Д8, переключатель 7 СВЧ - серийно выпускаемый переключатель, например, типа Орландо, низкочастотный генератор 8 - стандартный генератор, смеситель 9 и 11 - СВЧ-тройники с вмонтированными диодами, например, ДКС-7М, гетеродин 10- стандартный генератор (синтезаторный), усилители 12 и 13 промежуточной частоты могут быть построены на базе транзистора 2П3068 и настроены на разностную частоту генератора 1 СВЧ и гетеродина 10, фазовые детекторы 14 и 16 могут быть построены на базе серийной микросхемы 28УКН1А, низкочастотный фазовращатель 15 на 90° - типовой прибор - фазовращатель RC-типа, цифровые преобразователи 17и 18-типовые, регистрирующие блоки 19 и 20 - типовые, в частности аналого-цифровой преобразователь 17 с регистрирующим устройством 19 является стандартным вольтметром, например Ф283.

Предлагаемое устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника позволяет повысить качество разрабатываемых СВЧ-элементов, так как повышение точности измерений их параметров позволяет лучше их настраивать.

Формула изобретения Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника, содержащее генератор СВЧ, последовательно соединенные исследуемый четырехполюсник, фазовращатель, переключатель СВЧ, последовательно

соединенные образцовый четырехполюсник и аттенюатор, выход которого подключен к второму входу переключателя СВЧ, а также первый фазовый детектор, первый и второй регистрирующие блоки, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй смеситель, низкочастотный генератор, последовательно соединенные первый смеситель, гетеродин и второй смеситель, два

усилителя промежуточной частоты, низкочастотный фазовращатель, второй фазовый детектор, два аналого-цифровых преобразователя и направленный ответвитель, вход которого подключен к выходу генератора

СВЧ, первый выход подключен к входу исследуемого четырехполюсника, а второй выход - к второму входу второго смесителя, выход низкочастотного генератора подключен к второму входу переключателя СВЧ,

первый вход первого смесителя соединен с выходом переключателя СВЧ, его второй вход соединен с первым выходом гетеродина, а его выход через последовательно соединенныепервыйусилитель

промежуточной частоты, первый фазовый детектор, первый аналого-цифровой преобразователь соединен с первым регистрирующим блоком, второй вход второго смесителя соединен с вторым выходом гетеродина, а его выход через последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовый детектор, второй аналого-цифровой преобразователь соединен с вторым регистрирующим блоком, причем выход низкочастотного фазовращателя подключен к второму входу первого фазового детектора, а выход - с выходом второго усилителя промежуточной частоты, при этом второй вход второго фазового

детектора соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты.