Устройство для измерения параметров четырехполюсника Советский патент 1993 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей комплексного коэффициента передачи СВЧ-четырехполюсни- ков дляавтоматизированных измерительных систем.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения параметров четырехполюсников, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, делитель мощности, модулятор, смеситель, полосовой фильтр и детектор, а также регистрирующее устройство, при этом управляющий вход модулятора соединен с выходом подмодулятора второй выход полосового фильтра соединен с входом компаратора, а второй выход делителя мощности и второй вход смесителя являются, соответственно, выходом и входом для подсоединения исследуемого четырехполюсника, отличается тем, что, с целью повышения быстродействия введен генератор низкой частоты, выход которого соединен с входом введенного счетчика, выход подмодулятора соединен с входом введенного формирователя интервала счета, второй вход которого соединен с выходом компаратора, первый выход - с управляющим входом счетчика, второй выход - с входом сброса детектора, а третий выход - с управляющим входом введенного аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного к выходу детектора, причем выходы аналого-цифрового преобразователя и счетчика соединены, соответственно, с входами амплитуды и фазы регистрирующего устройства.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема одного из возможных вариантов исполнения подмодулятора; на фиг.З - схема модусо С

ioo

о о

со ю ел

лятора; на фиг.4 - один из возможных вариантов структурной схемы ФИС; на фиг.5 приведены эпюры напряжений и спектры сигналов, поясняющие работу предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора СВЧ 1, делителя мощности 2, один из выходов которого подключается к исследуемому четырехполюснику 3, смесителя 4, полосового фильтра 5, детектора 6, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7, модулятора 8, компаратора 9, генератора НЧ 10, подмоду- лятора 11, формирователя интервала счета (ФИС) 12, счетчика 13 и регистрирующего устройства 14.

Устройство работает следующим образом.

С выхода СВЧ-генератрра 1 через делитель мощности 2 сигнал Acosft) t, где ш- круговая частота СВЧ-сигнала, подается на вход исследуемого четырехполюсника 3 и на вход модулятора 8. С выхода исследуемого четырехполюсника сигнал Axcos( - (fa), где Ах-амплитуда сигнала на выходе исследуемого четырехполюсника, а р - вносимый им фазовый сдвиг, поступает на вход смесителя 4. Импульсы с круговой частотой Ј2 с выхода НЧ-генерато- ра 10 поступают на вход подмодулятора 11 и счетный вход счетчика 13. Подмодулятор выполняет функции делителя частоты на 360 - фазовращателя и вырабатывает два меандра С1 и С2 с круговой частотой Q/360, сдвинутые на л /2 друг относительно друга, для управления p-i-n-диодами модулятора 8. Он может быть выполнен, например, на основе делителя частоты на 90, двух JK- триггеров и двух токовых ключей, формиру- ющих управляющий ток p-i-n-диодов модулятора 8, как показано на рис.2. Временные диаграммы напряжений на входах токовых ключей (меандров С1 и С2) приведены на эпюрах 1 и 2 фиг.5. Эти сигналы поступают на управляющие входы модулятора 8. Кроме того, один из двух сигналов (С2) поступает на вход ФИС в качестве опорного НЧ-сигнала. Модулятор 8 представляет собой четырехпозиционный фазовраща- тель, последовательно переключающий фазу входного сигнала на 0, л/2 , л, 3 л/2. Полный цикл модуляции осуществляется с круговой частотой Q /360. Такая дискретная фазовая модуляция является первым приближением линейной фазовой модуляции от 0 до 2 пс круговой частотой Q/360, которая эквивалентна ОБП-модуляции. Поэтому сигнал на выходе модулятора 8, имеющий дискретный спектр, приведенный на эпюре 5 фиг.5, в первом приближении бли0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

зок к сигналу ОБП-модулятора. В нем также подавлены несущая и одна боковая частота. Вторая боковая частота имеет вид ( О) - Q/360)t+ . Такой модулятор может быть выполнен, например, на основе трехдецибельного направленного ответви- теля, двух p-i-n-диодов и отрезков линии передачи, как показано на фиг.З. Сигнал на выходе смесителя 4 представляет собой сумму двух меандров с круговой частотой Q/360, сдвинутых по фазе на тс /2 друг относительно друга, и амплитудами, зависящими от фазы сигнала на выходе исследуемого четырехполюсника 3 рх . Форма этого сигнала для нескольких значений фазы fb приведена на эпюрах 6 - 11 фиг.5. Первая гармоника этого сигнала выделяется полосовым фильтром 5 и имеет вид AxKcos( Q/360) , где К- коэффициент передачи смесителя и полосового фильтра. На эпюре 3 фиг.5 приведена временная диаграмма этого сигнала. Этот сигнал поступает на входы активного детектора 6 и компаратора 9. Сигнал с выхода компаратора 9 представляет собой меандр с круговой частотой Q/360, запаздывающий относительно опорного меандра С2 на фазу (fa или на время tx 360 лрх/Q (360 тг) (2 л/Q). Форма этого сигнала приведена на эпюре 4 рис,5. Но - это период сигнала НЧ-генератора 10, а 360 х/2 л - фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника 3 в градусах. Таким образом, сосчитав, на сколько импульсов НЧ-генератора запаздывает сигнал с выхода компаратора 9 относительно сигнала С2, мы получим фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника 3 в градусах.

Роль управляющего устройства в описываемом амплифазометре выполняют ФИС, которая запускается сигналом Пуск. Формирователь интервала счета после получения сигнала Пуск выполняет следующие функции:

1) вырабатывает сигналы установки в нуль пикового детектора 6 и счетчика 13;

2) формируют сигнал разрешения счета на счетчик 13 после получения первого фронта спада меандра С2 и остановки счета после получения первого следующего за этим фронта спада меандра с выхода компаратора 9;

3) формирует после прохождения первой полной рабочей для активного пикового детектора 6 полуволны меандра с выхода компаратора 9, что необходимо для заряда конденсатора в детекторе, сигнал пуска АЦП 7;

4) формирует после остановки счета и получения сигнала Готовность параметров с АЦП 7 сигнал Готовность параметров.

В соответствии с вышеперечисленными функциями ФИС, его структурная схема может иметь вид, представленный на рис.4.

Схема работает следующим образом.

Сигнал Пуск подается на ФИС 12, где он разводится на входы формирователя импульса сброса счетчика 13, формирователя импульса сброса детектора 6 и формирова- теля сигнала Готовность параметров. Формирователи импульсов Сброс счетчика и Сброс детектора по получении сигнала Пуск вырабатывают импульсы, устанавливающие в ноль счетчик 13 и детек- тор 6. Эти импульсы устанавливают также в исходное состояние формирователь сигнала Разрешение счета и формирователь им- пульса Пуск АЦП соответственно. Формирователь сигнала Готовность пара- метров по получении сигнала Пуск либо устанавливается в исходное состояние, если сигнал Готовность параметров выдается в виде импульса, либо снимает сигнал Готовность параметров, если этот сигнал выдается уровнем, это означает, что выходные данные не сформированы и идет процесс измерения. Формирователь сигнала Разрешение счета после установки в ис- хоДное состояние переходит в режим ожи- дания фронта спада меандра С2 с выхода подмодулятора 11, по которому он вырабатывает сигнал, разрешающий счет импульсов НЧ-генератора 10 счетчиком 13 до прихода фронта спада сигнала с выхода компаратора 9, по которому счет останавли- гается. Счет может начинаться и по фронту нарастания меандра С2 с выхода подмодулятора 11, но тогда и остановка счета должна происходить по фронту нарастания меандра с выхода компаратора 9. Формирователь импульса Пуск АЦП после установки е исходное состояние переходит в режим ожидания полной рабочей (для активного детектора) полуволны меандра с выхода компаратора 9, по которой на выходе активного детектора устанавливается напряжение, равное амплитуде напряжения на выходе полосового фильтра 5. После этого формирователь вырабатывает импульс пус- ка для АЦП 7, по которому АЦП 7 производит измерение напряжения на выходе активного детектора 6. По окончании измерения АЦП 7 формирует сигнал Готовность параметров Л ЦП, который поступает на форми- рователь сигнала Готовность параметров устройства, на который поступает, также, сигнал Разрешение счета. После получения обоих сигналов формирователь выдает сигнал Готовность параметров, что означает, что измерение окончено и на входах регистрирующего устройства 14 сформированы цифровые коды амплитуды и фазы. По этому сигналу коды переписываются в регистрирующее устройство.

В зависимости от конкретного варианта применения устройства и построения его функциональных узлов структурная схема ФИС может несколько меняться. Так, если в качестве регистрирующего устройства используется цифровой индикатор, который не обрабатывает сигнал Готовность параметров (например, съем данных осуществляется с фиксированным временем задержки после подачи сигнала Пуск или при ручных режимах измерения, когда сигнал Пуск формируется с помощью кнопки), в схеме может вообще отсутствовать формирователь сигнала Готовность параметров. В случае, если в устройстве применен детектор без схемы сброса (с саморазрядом),в ФИС может отсутствовать формирователь импульса Сброс детектора. В случае работы устройства в режиме непрерывного измерения амплитуды и фазы с индикацией информации на цифровых табло сигнал Пуск должен регенерироваться внутри ФИС, при этом, если частота регенерации высокая, на входе регистрирующего устройства 14 желательна установка буферного регистра, в который переписывается информация из счетчика 13 и АЦП 7 после каждого цикла измерений, так как в режиме измерения информация на входах регистрирующего устройства 14 непрерывно изменяется и показания цифрового табло могут стать неразборчивыми. При работе устройства в составе автоматизированных комплексов в качестве регистрирующего устройства используется ЭВМ, которая синхронизирует работу устройства с внешними устройствами, вырабатывает сигнал Пуск и обрабатывает сигнал Готовность параметров.

Конкретное исполнение ФИС сильно зависит от параметров сигналов обмена ФИС с другими функциональными узлами и внешними устройствами, а значитотвыбора конкретных схем детектора, АЦП, счетчика, регистрирующего устройства и конкретных типов внешних устройств.

Предлагаемое устройство было разработано для автоматизированной системы контроля параметров СВЧ-радиокомплек- са. Все функциональные узлы устройства были отработаны и испытаны в диапазоне СВЧ-частот от 3 до 5 ГГц при различных частотах импульсов НЧ-генератора 10. Для получения максимальной точности измерений и быстродействия передаточная функция полосового фильтра 5 (активный фильтр шестого порядка) оптимизировалась с помощью ЭВМ, при этом для частоты сигнала НЧ-генератора 64 МГц (частота сигнала модуляции 177,778 кГц) минимальное время от момента появления СВЧ-сигнала до начала замера составляет около 12 мкс при ожидаемой точности измерений примерно 3-4°. В качестве выходного каскада активного детектора 6 использовался прецизионный термокомпенсированный логарифмический усилитель, коэффициент передачи которого был выбран таким образом, что отсчет амплитуды СВЧ-сигнала на выходе АЦП 7 (использовалась серийная микросхема 1108ПВ1А) производился в децибеллах. Предложенный вариант построения ампли- фазометра позволяет использовать его как самостоятельно с выводом результатов измерений на цифровую индикацию, так и в составе автоматизированных измерительных систем при управлении от ЭВМ и с выдачей на ЭВМ результатов измерений, что существенно расширяет функциональные возможности. Полученное очень высо- кое быстродействие СВЧ-амплифазометра позволяет использовать его для измерения амплитуды и фазы импульсных СВЧ-сигна- лов с длительностью импульса до 20 мкс. Кроме того, к достоинствам предложенного СВЧ-амплифазометра следует отнести возможность проведения измерений при амплитудной или фазовой модуляции сигнала

СВЧ-генератора, что невозможно при использовании промышленных фазометров. Формула изобретения Устройство для измерения параметров четырехполюсника, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности, модулятор, смеситель, полосовой фильтр и детектор, а также регистрирующее устройство, при этом управляющий вход модулятора соединен с выходом подмодулятора, второй выход полосового фильтра соединен с входом компаратора, а второй выход делителя мощности и второй вход смесителя являются соответственно выходом и входом для подсоединения входа и выхода исследуемого четырехполюсника, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, введен генератор низкой частоты, выход которого соединен с входом введенного счетчика, выход подмодулятора соединен с входом введенного формирователя интервала счета, второй вход которого соединен с выходом компаратора, первый выход - с управляющим входом счетчика, второй выход - с входом сброса детектора, а третий выход - с управляющим входом введенного аналого- цифрового преобразователя, подсоединенного к выходу детектора, причем выходы аналого-цифрового преобразователя и счетчика соединены соответственно с входами амплитуды и фазы регистрирующего устройства.

Хр- 1-л- диодам модуля/пора

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании СВЧ-амплифазометров для автоматизированных измерительных систем. Сущность изобретения: для расширения функциональных возможностей СВЧ-амп- лифазометр выполнен в виде последовательно соединенных СВЧ-генератора, делителя СВЧ-мощности, смесителя, полосового фильтра, активного детектора, АЦП, параллельно включены модулятор, подмо- дулятор, к которому через делитель частоты на 90 подключен НЧ-генератор, второй выход которого подсоединен к счетчику. Работой детектора АЦП и счетчика управляет схема формирования интервала счета, работой которой управляют сигналы с подмоду- лятора, АЦП, а также с подсоединенного к полосовому фильтру компаратора. 5 ил.

/|

%

О/л подмодуля тора Фиг.З

Щи г. 2

Фиг. 4