Способ определения амплитудно-фазовой погрешности программно-управляемых аттенюаторов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к области электро-и радиотехнических измерений и может быть применено для аттестации аттенюаторов, входящих в калибраторы и эталоны фазы, по параметру амплитудно-фазовой погрешности, причем как обычных, так и программно управляемых аттенюаторов.

Цель изобретения - повышение точности измерения. .

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - частотно-фазовая характеристика аттенюатора; на фиг.З - амплитудно-фазовая зависимость аттенюатора при ралных частотах.

Устройство для реализации способа определения амплитудно-фазовой погрешности программноуправляемых аттенюаторов содержит первый генератор 1 высокой частоты, блок 2 фазовой автоподстройки частоты, два СВЧ-смесителя 3 и 4, цифровой вольтметр 5, кварцевый генератор 6, СВЧ измерительную головку 7 с выводами для подключения программно управляемого аттенюатора 8, последовательно соединеннее фильтр 9 и усилитель 10, вычислитель 11, второй генератор 12, высокой частоты и два делителя 13 и 14 частоты соединенных выходами с входами блок 2 фазовой автоподстройки частоты, а входами соответственно с выходами первого и второго генераторов 1 и 12 высокой частоты, и фазометр 15, Выход блока 2 фазовой автоподстройки частоты .соединен с управляющим входом второго генератора 12, выход которого соединен с входом первого СВЧ-смесителя 3. Два входа последнего соединены с выходами СВЧ измерительной головки 7, вход которой соединен с выходом первого генератора Т. Первый и второй входы второго СВЧ-смесителя 4 соединены с выходами первого СВЧ-смесителя 3; третий вход - с выходом кварцевого генератора 6, а выходы соединены с входами фильтра Q. Выходы усилителя 1.0 соединены с входами цифрового вольтметра 5 и фазометра 1.5, а вычислитель 11 содержит выходные шины для подключения программно управляемого аттенюатора 8, а входами соединен с кодовы ми выходами цифрового вольтметра 5 и фазометра 15. -.

Реализация способа, и устройства .возможна на основе следующих узлов и серийных приборов:.

генераторы 1 и 12 высокой частоты - синтезатор частоты 46-72 и генератор Г4- 151 соответственно;,

программно управляемый аттенюатор 8 - аттенюатор типа НЭ2.243924;

СВЧ измерительная головка 7 - измерительная головка из прибора Г4-33;

СВЧ-смеситель 3 - смеситель от прибора Р4-37;

смеситель 4 - смеситель от прибора Ф1- 4;

фильтр 9 - фильтр типа PC;

усилитель 10 - усилитель типа УЗ-33;

цифровой вольтм.етр 5 - вольтметр типа В7-35:

электронный фазометр 15 - фазометр, типа ФК2-35;

вычислитель 1.1 - микропроцессор МП типа КР580ВМ80,

Способ реализуется посредством этого устройства следующим.образом.

Программно управляемый аттенюатор 8

может работать при частотах до 12,5 ГГц,;но

практически при аттестации фазометримеской аппаратуры он используется на частотах до 20 МГц при ослаблениях до 80 дБ. Учитывая, что аттенюаторы являются мини- мально-фазо.выми цепями, целесообразно использовать линейный участок частотно- фазовой характеристики аттенюатора (см.

фиг.2). Выбирают диапазон частот от 0 до приблизительно 0,1 части всего частотного диапазона тд, так как на этом участке фазовый сдвиг четырехполюсника минимально- фазового типа пропорционален частоте.

От генератора 1 сигнал высокой частоты fs4 О.Ид 1250 МГц, проходящий через программно управляемый аттенюатор 8, ослабляют ступенями в 10 дБ от 0 до 80 дБ, т.е. О, 10, 20... 80 дБ. На аттенюатор 8 сигнал

поступает через СВЧ измерительную головку 7, в которой/чтобы не было отражений,- производится качественное согласование волнового сопротивления. Сигнал переключения Ступеней ослабления аттенюатора

вырабатывается вычислителем 11 пой ле окончания процесса измерения напряжения цифровым вольтметром 5 и фазы электронным фазометром 15. Далее сигнал с СВЧ измерительной головки 7 передается на

СВЧ-смеситель 3, где частота 1250 МГц, на которой работает аттенюатор 8, смешива ет- ся с частотой 12550 М Гц от перестраивае о- го генератора. Делители 13 и 14 частоты .имеют коэффициенты деления m 125 и П2

126 соответственно. Блок 2 фазовой автоподстройки частоты поддерживает значение частоты генератора 12 1260 МГц, СВЧ-смесителя 3 сигналы с частотой 1260 МГц.- 1250 МГц 10 МГц поступают на

второй смеситель 4, где сигналы смешиваются с сигналами частотой 10,001 МГц кварцевого генератора 6. После фильтра 9 сигналы частотой 1 кГц поступают на усилитель 10 и далее на входы фазометра 15 и

цифрового фольтметра 5. Фазометр 15 Измеряют фазовый сдвиг, а вольтметр 5 - уровень выходного напряжения ступеней ослабления аттенюатора. , - . Для определения амплитудно-Фазовой

погрешности (АФП) со значениями в 0,1- 0,01° необходимо, чтобы измерительна i часть устройства (узлы 7, 3, 4 и 9) име|ла погрешность , как минимум в три раза мёйь- шую. Произведем оценку погрешности ука1

занной измерительной части.: . АФП измерительной части может быть представлена выражением +k Ах ,

уде Луъ - аддитивная погрешность по фазе на частоте измерения:

k -- коэффициент (суммарный) крутизны АФП всех звеньев на ослабление о. 10 дЬ. который проявляется на фазометре;

Ах значение ослабления, задаваемое аттенюатором.

Исследования в нашем случае дают следующие результаты:

1,5°; k 0,03 -rP-f- : Ах - 80 дБ. . дБ

Отсюда: 1,5° + 0,0380 3,9. - .

Таким образом, на частоте измерения изм 1250 МГц погрешность определения АФП аттенюатора 8 равна 3,9°. Чтобы такая высокая погрешность измерителя не играла существенной роли, при определении АФП .аттенюатора необходимо, чтобы АФП аттенюатора была в 20 раз больше погрешности измерителя, т.е.

.(1)

Для этого и надо проводить измерения на сверхвысоких частотах (фиг.З), где

при Ча СТОТе Гиам, (ИЗЧ) АуЭц .

в то время, кзк на частоте f « изм , (г) . что метрологически некорректно.

Учитывая, что программно управляемый аттенюатор, является минимально-фазовой линейной целью, погрешность- аппаратуры, с помощью которой измеряет- ся. АФП аттенюатора, снижается до значения

3 9° ( град/дБ .

ТизМ Т

Так, например, для всего диапазона амплитуд в 80 дБ на частоте 10 МГц

. - .-. 1250/10 °-031 Фад/80 дБ.

Следовательно, способ осуществляется следующим образом. .

Выбирают из диапазона частот аттенюатора линейный участок от 0 до т изм 0,1 fa, где Ai/Зат удовлетворяет условию (1).

Программно изменяют значения ступеней ослабления аттенюатора от 0 до 80 дБ.

Изменяют АФП при всех ступенях ослабления от О до 80 дБ.

Вычисляют АФП аттенюатора как разность максимального и минимального значений АФП для частотм f г.л... 1250 МГц.

Вычисляют АФП для диапазона ослаблений при частоте, на которой используется аттенюатор, например

5при 20 МГц Аномии prpiL ФЭД/ООдБ.

при 10 МГц ДуЭЮмин фад/80дБ

при 1 МГц и т.д. аналогично.

Определяют АФП применительно к ступени ослабления в 10 дБ по формуле

Л(ш)-в граД/Ю ДБ,

где п 8 - число ступеней. Изобретение позволяет аттестовать описанным способом новый программно управляемый аттенюатор типа ЕЭ2, 243, 924, который создан на основе интегральных резисторов.

Формула изобретения

1. Способ определения амплитудно-фазовой погрешности аттенюаторов, заключающийся в том, чго подают на вход аттенюатора испытательный сигнал, последовательно изменяют ослабление аттенюатора от 0 до Мдб, переносят частоту выходного сигнала аттенюатора на низкую частоту, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, частоту fv,cn испытательного сигнала устанавливают равной 0,1 от верхнего диапазона частот, работы аттенюатора, измеряют при последовательном изменении в указанном диапазоне ослабления аттенюатора погрешность преобразованного сигнала, а амплитудно- фазовую погрешность Л на ступень ослабления определяют по формуле

45

Д ю - (Аймаке ДуУлин). fncn П

где Ломаке максимальное значение по- грешности;

- минимальное значение погрешности;

Граб - рабочая частота аттенюатора; частота испытательного сигнала; n - число ступеней ослабления.

2. Устройство для определения ампли1 тудно-фазовой погрешности программно- управляемых аттенюаторов, содержащее первый генератор высокой частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, два СВЧсмесителя, цифровой вольтметр и фильтр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, в него введены кварцевый генератор, СВЧ-изме- рительная головка с выводами для подключенияпрограммно-управляемогоаттенюатора, усилитель, вычислитель, фазометр, второй генератор высокой частоты и два делителя частоты, соединенных своими выходами с входами блока фазовой авто- подстройки частоты, а входами - соответственно с выходами первого и второго генераторов высокой частоты, выход блока фазовой автоподстройки частоты соединен с управляющим1 входом второго генератора высокой частоты, второй выход которого со0

5

единен с входом первого СВЧ-смесителя, два входа которого соединены с выходами измерительной головки, вход которой соединен с выходом первого генератора высокой частоты, первый и второй входы второго СВЧ-смесителя соединены с выходами первого СВЧ-смесителя, третий вход - с выходом кварцевого генератора, а выходы соединены с входами фильтра, выходы которого через усилитель соединены с входами цифрового вольтметра и фазометра, вычислитель содержит выходные шины для подключения программно-управляемого аттенюатора, а входами соединен с кодовы- м и выходами цифрового вольтметра и фазометра. . .. - -.

Изобретение относится к области фазовых измерений и может быть использовано преимущественно при аттестации аттенюаторов как обычных, так и программно управ- ляемых. .Сущность изобретения заключается в том, что на вход аттенюатора подают испытательный сигнал, последовательно изменяют ослабление аттенюатора от 0 до М дБ, перенося частоту выходного сигнала аттенюатора на низкую частоту, частоту fncn испытательного сигнала устанавливают равной 0,1 от верхнего диапазона частоты работы аттенюатора, измеряют при последовательном изменении в указанном диапазоне ослабления аттенюатора погрешность преобразованного сигнала, а амплитудно-фазовую погрешность AI/Э на ступень ослабления определяют по .л„ (А( Думин) fpa6 формуле р.р - ----- -- - - , ... . -,- Тисп. где - максимальное значение погрешности; - минимальное значение погрешности; трзб - рабочая частота аттенюатора; fWn - частота испытательного сигнала; п - число ступеней ослабления. Устройство для реализации способа содержит генераторы 1 и 12 высокой частоты, блок 2 фазовой автоподстройки частоты, два СВЧ- смесителя 3 и 4, цифровой вольтметр 5. кварцевый генератор 6, СВЧ измерительную головку 7 с выводами для подключения программно управляемого аттенюатора 8, фильтр 9, усилитель 10, вычислитель 11, два делителя 13 и 14 частоты и фазометр 15, 2 с.п. ф-лы, 3 ил. Х| 00 Os fc сх

%г. f