Способ измерения вносимых фазовых ошибок дискретного двоичного фазовращателя Советский патент 1992 года по МПК G01R27/28 

Основными недостатками этих способов являются низкая скорость измерений фазовый ошибок, опредепяемая необходимостью последовательного переключения, а затем и измерения во всех дискретных фазовых состояниях фазовращателя, а также достаточно большим временем на калибровку; невозможность измерений на высоком уровне мощности, что, учитывая особенности работы коммутационных элементов в интенсивных СВЧ полях, снижает достоверность результата, большие габариты и высокая стоимость рабочих мест по измерению фазовых характеристик,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, основанный на испопьзовамим измерителя векторных отношений СВЧ-сигналов. В приборе сигнал, подаваемый от внешнего источника, делится из два канала: опорный и измерительный. Опорный канал используется в качестве калибровочного, сигнала в измерительном канале используется как зондирующий для подачи на объект иссле- дова .я. В преобразователе частоты используется первичное преобразование входное сигнала на частоту 20 МГц, на ко- гооой осуществляется синхронизация с сиг- малом гетеродина, и вторичное - на частоту 55 кГц, на которой работает индикаторный блок.

Известному способу свойственны пере- чис. аыше недостатки (,00, ско- росчь измерения 15 с), Кроме того, ограничение по уровню мощности генератора СБЧ мВт приводит к гому.-что измеряемые фазовые ошибки могут отличаться от вносимых в реальных условиях эксплуатации, при которых мощность может достигать уровня 10 Вт и более.

Цель изобретения -уменьшение времени измерений и достижение возможности измерения фазовых ошибок на высоком уровне мощности.

Указанная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу на СВЧ-вход фазовращателя подают СВЧ-сигнал, а на управляющие входы - управляющие напряжения со скважностью 0 2, сиихронизиро- ванные по фронту или спаду, период следования которых с увеличением номера разряда многразрядного двоичного фазовращателя уменьшается в два раза, измеряют амплитуды спектральных составляющих выходного сигнала, по которым определяют вносимые фазовые ошибки, при этом минимальный период следования управляющего напряжения, подаваемого на первый раз0

5

0

5

0

5

0

5

0

ряд многоразрядного двоичного фазовращателя, выбирают в 50 и более раз больше суммы длительностей фронта и стада, а фазовую ошибку, вносимую n-м разрядом, определяют по амплитуде () гармоники выходного спектра.

В случае синхронизации управляющих импульсов по спаду анализу подвергают отрицательные гармоники, в случае синхронизации по фронту - положительные.

Предложенное измерение фазовых характеристик фазовращателя основано на том, что между фазовыми ошибками каждого дискрета фазовращателя и величиной гармоник спектра выходного сигнала существует строгая математически и физически обоснованная связь. Переключение в режиме меандра разряда Дтг обеспечивает подавление в спектре выходного сигнала четных гармоник, прежде всего несущей (так называемый фазоманипулированный сигнал), Величина подавления зависит от фззовой ошибки разряда Атг и от неравенства длительностей фазовых состояний 0 и 7f . Все эти факторы увеличивают уровень четных гармоник, Для устранения влияния неравенства длительностей частота управляющих импульсов в предлагаемом способе устанавливается достаточно малой

(DO 0,02-т- г- в связи с чем длителььф т Теп

ность переходных процессов не превышает 2% длительности фазовых состояний,

Таким образом, при указанных воздействиях на СВЧ-сигнал уровень несущей гармоники при фазовой манипуляции является функцией фазовой ошибки. Известно, что при идеальной фазовой манипуляции, т.е. при фазовой ошибке Др 0, несущая и все четыре гармоники подавлены полностью, при &j0 0,5°- подавление несущей 51 дБ, при &р 1° - подавление несущей 45,5 дБ, при Др 2° - 39,3 дБ и т.д. Таким образ м, между подавлением несущей и &р существует монотонная однозначная зависимость со средней крутизной 6 дБ/град при ошибках до 3°, 3 дБ/град - при ошибках 3-6°, 1 дБ/град- при ошибках больше 6°, что дает возможность оценивать фазовую ошибку методом анализа выходного спектра сигнала.

Точность измерения уровня гармониче- скмх составляющих спектра при использовании современных спектроанализаторов не превышает 0,5 дБ, т.е. методологическая абсолютная погрешность измерения фазовой ошибки не превышает 0,1°. Очевидно,

что оценку фазовой ошибки разряда &к можно проводить и по другим четным гармоникам, но это менее удобно ввиду их меньшего уровня (по мощности).

Аналогично измеряются фазовые ошибки младших разрядов.

При цифровом переключении п-диск- ретного фазовращателя (в случае синхронизации управляющих импульсов по фронту либо по спаду) зависимость между подключаемым очередным разрядом и рядом гармоник в спектре выходного сигнала, подавляемых при его помощи: первый разряд Дя обеспечивает подавление гармоник с п 0 ±2к (это уже отмечалось выше), второй разряд ( Дя /2) - с п -1 ± 4k; третий разряд ( Ая /4) - с n -3± 8k; четвертый разряд ( Ая/8) - с п -7 ±16k; пятый разряд ( Дя /16) -с п -15± 32k, где п - номер гармоники в спектре выходного сигнала, k 0, 1, 2,3,4,...

Приведенные зависимости характерны для случая синхронизации управляющих импульсов по спаду. В случае синхрониза- ции по фронту зависимости имеют зеркаль- ный указанному вид, что позволяет сохранить общность рассуждений.

Для достижения поставленной цели изобретения наилучшим образом из приведенных рядов для измерения фазовой ошибки выбирают гармоники с наименьшим порядковым номером: для Дя- п 0; для Атг/2 - п -1 (или +1); для Дя /4 - п ±3; для Ая/8 - п ±7; для Дя /16 - п ±15; т.е. разряду п (1,2,...) соответствует гармоника () в спектре выходного сигнала.

Зависимости подавления указанных гармоник от фазовых ошибок соответствую- щих разрядов имеют почти совпадающий характер, так, например, ошибка в разряде ДлУ 4 - 1 ° обеспечивает уровень третьей гармоники 43,4 дБ; 2° - 37,3 дБ, ошибка в разрядке Дя/2-1°-44,1 дБ; 2°-38,1 дБ и т.д.

Таким образом для удобства вычислений можно построить одну градуиро- вочную кривую зависимости &р от уровня соответствующих гармоник, или использовать одну и ту же шкалу, увели- чив при этом погрешность измерения всего на 0,15 градуса, что значительно точнее, чем в известных методах. В эти же величины укладывается и погрешность экстраполированных точек, напри- мер 39 дБ - 1,5°.

Оценка фазовых ошибок фазовращателя может производиться при одновременной работе всех разрядов так как фазовая

модуляция в каждой ячейке влияет только на свой ряд гармоник и не влияет на другие. Это дает возможность устранить из измерений многочисленные коммутации ячеек и сократить время измерений более чем в 2П раз, где п - количество дискретов фазовращателя.

На фиг.1 показаны блок-схемы устройства для измерений фазовых характеристик методом фазового кольца (а) и короткого замыкания (б); на фиг.2 - типичный выходной спектр дискретного двоичного п-раз- рядного фазовращателя, на управляющие входы которого поданы последовательности меандров Q на фиг.З - усредненная зависимость фазовой ошибки разрядов п п/2; я/4; я/8; тг/16 от уровней гармоник с п 0; ±1; ±3;± 7; ± 15 соответственно; на фиг.4 - блок-схема устройства для измерения фазовых ошибок дискретногофазовращателяпопредлагаемому способу.

На фиг.1 обозначены 1 - генератор СВЧ; 2. 6, 7 - вентили; 3 - источник питания; 4 - фазовращатель; 5, 8 - аттенюатор; 9 - радиоизмерительная линия; 10-усилитель.

На фиг.4 обозначены: 1 - генератор СВЧ; 2 - анализатор спектра; 3 - генератор управляющих сигналов; 4 - дискретный фазовращатель.

Пример. Осуществление предлагаемого способа с помощью блок-схемы, показанной на фиг.4.

Выходной СВЧ-сигнал с генератора 1 подан на СВЧ-вход дискретного фазовращателя 4. На управляющие входы фазовращателя 4 с выходов генератора 3 управляющих сигналов поданы последовательности меандров: на вход дискрета Атг- с частотой Ц, на вход Атг/2 - с частотой 2Q , на вход Ая/4 - с частотой 4Q , на вход Ая /8 - с частотой 80о и на вход Дтг/16 - с частотой 1бОэ.

В результате фазовой модуляции, происходящей с вышеперечисленными частотами, СВЧ-сигнал образует на выходе дискретный спектр, типичный вид которого показан на фиг.2. При помощи анализатора 2 спектра в выходном спектре измеряют дискретные составляющие.

В случае синхронизации управляющих импульсов по спаду по величин© гармоник с п Q, И,-3,-7,-И5 в соответствии с зависимостью, «приведенной на фмг,2, делают заключение о фазовых ошибках разрядов Аж; Атг/2; &rt/4; Ату/8; Агат/16 соответственно, в случае синхронизации

по фронту аналогичное заключение делают по величине с п 0,1, Э, 7, 15.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа измерения фазовых ошибок заключается б повышении точности измерения фазовых ошибок менее 1°, s уменьшении времени измерения фазовых ошибок более чем в 2П раз, в уменьшении габаритов рабочего места, в одновременной индикации всех фазовых ошибок, что позволяет не только повысить скорость измерения, но и существенно упростить настройку фазовращателей за счет возможности легко определить комбинационные ошибки, возникающие вследствие взаимодействия отдельных разрядов по отраженным волнам

Предлагаемый способ не имеет ограничений по уровню мощности входного сигнала, что повышает достоверность (точность) измерений фазовых характеристик фазовращателей, используемых на ВУМ.

Формула изобретения

Способ измерения вносимых фазовых ошибок дискретного двоичного фазовращателя, основанный на подаче на его вход СВЧ-сигнала, а на управляющие входы управляющих напряжений, отличающий- с я тем, что, с целью сокращения времени

измерений и достижения возможности измерений на высоком уровне мощности, в качестве управляющих напряжений используют прямоугольные напряжения со скважностью 2, синхронизированные по фронту

или спаду, период следования которых с увеличением номера разряда многоразрядного двоичного фазовращателя уменьшается в 2 раза, измеряют амплитуды спектральных составляющих выходного

сигнала, по которым определяют вносимые фазовые ошибки, при этом оптимальный период следования управлякщего напряжения, подаваемого на первый разряд многоразрядного двоичного фазовращателя, выбирают не менее чем в 50 раз больше суммы длительностей фронта и спада, а фазовую ошибку, вносимую n-м разрядом, определяют по амплитуде ()-й гармоники

выходного спектра

Фиг.1

6)

si w ti zi IT от б в г э s «i Ј г т о - г- g- ь- s- 9- г- &- в-ov-n-zt- ft-«- si680 Јl

ФиеЬ