ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ Советский патент 1973 года по МПК G01R21/04 

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники, в частности к цифровым измерителям мощности СВЧ. По основному авт. св. № 291158 известен цифровой измеритель мощности СВЧ с компенсацией начальной частоты частотно-импульсного преобразователя с помощью реверсивного счетчика. Однако в известном измерителе из-за нестабильности температуры окружающей среды разнесение во времени измерения и компенсации приводит к погрещности. С целью уменьщения влияния изменения окружающей температуры в предлагаемом измерите«те выход частотно-импульсного моста связан с суммирующим входом реверсивного счетчика через схему «ИЛП и два вентиля, управляемых по двум потенциальным входам соответствующими выходами триггерного регистра, а вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом частотно-импульсного моста через вентиль, управляемый по одному потенциальному входу. Благодаря этом реализуется следующий алгоритм измерения: интервал разбит на два равных промежутка, между которыми производится компенсация начальной частоты. Па фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого цифрового измерителя мощности СВЧ; на фиг. 2 и 3 - временная диаграмма его работы. Алгоритм работы измерителя построен таким образом, что весь измерительный цикл Гпз состоит из трех тактов, причем временные отрезки первого и третьего такта равны между собой, а их сумма равна продолжительностп второго такта t, (t,-t) t,-t,2T,.(1) Алгоритм работы измерителя при нулевом градиенте температуры окружающей среды, т. е. ири постоянной температуре окружающей среды, реализуется следующим образом. В первый такт работы схемы измеряемая мощность СВЧ на измеритель не подается, с выхода частотно-импульсного моста / начальная частота FQ поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 2 (PC). В момент 1 подается контролируемый сигнал РСВЧ, под действием которого на выходе моста устанавливается частота F (фиг. 2,а), поступающая на вычитающий вход реверс 5вного счетчика 2 на время 2То второго такта работы измерителя. По окончании этого такта в момент tz прекращается подача контролируемого сигнала, в результате чего на выходе моста вновь устанавливается начальная частота FO, которая на время Го третьего такта работы измерителя вновь подается на суммирующий вход реверсивного счетчика. Результирующее число импульсов AyV, зарегистрированное реверсивным счетчиком и является информацией о величине измеряемой мощности. Влияние нестабильности температуры окружающей среды на результат измерения при данном алгоритме работы измерителя происходит следующим образом. Предположим, что температура окружающей среды линейно возрастает, определяем число AyV, зарегистрированное PC при отсутствии контролируемого сигнала в течение всего измерительного цикла (фиг. 2,6). Зарегистрированное реверсивным счетчиком число импульсов NI в первый такт работы измерителя (счет на суммирование) определяется как N, (F,K()dt F,T, о где К - коэффициент, определяемый величиной нестабильности температуры окружающей среды и температурным коэффициентом сопротивления термистор а. Число импульсов N2, зарегистрированное реверсивным счетчиком во второй такт работы измерителя (счет на вычитание), равно t, Nt (P.Kf)df F,t,2 2 С учетом выражения (1) получаем Nt 2F,T,4KTo.(4) За время третьего такта работы измерителя (счет на суммирование) реверсивный счетчик зарегистрирует число импульсов , равное Л, :: f (Р F,t, - J ....2 -F.t + Учитывая выражение (1), получаем N F,T.При определении результирующего числа импульсов AN, зарегистрироваиного реверсивным счетчиком за весь измерительный цикл, при отсутствии контролируемого сигнала и градиенте температуры окружающей среды, ие равном нулю, с учетом уравнений (2), (4), (6) имеем N N,-{N,-N, 0(7), т. е. аддитивная погрешность измерения, обусловленная нестабильностью температуры окружающей среды, при данном алгоритме работы устройства равна нулю, независимо как от чувствительности и быстродействия преобразователя, так и от скорости изменения температуры окружающей среды. Ритм работы измерителя задает тактовый генератор 3, генерирующий непрерывную последовательность коротких импульсов с периодом повторения TO. В исходном состоянии триггеры 4-7 находятся в состоянии, при котором вентили 8-// и высокочастотный переключатель 12 закрыты. Следовательно, измеряемая мощность на термистор 13 не поступает, и схе.ма автобалансного частотно-импульсного моста находится в установившемся состоянии (1), генерируя последовательность импульсов с частотой F(t), определяемой выражением f( , где Uni и т - амплитуда и длительность импульсов, Pt(t -меняющаяся во времени мощность, эквивалентная воздействию на термистор изменяющейся температуры внешней среды. Цикл измерения начинается с нажатия в момент времени о (фиг. 3,6) кнопки 14, переводящий триггер 4 во второе устойчивое состояние, при котором вентиль 8 открывается, обеспечивая поступление коротких импульсов от тактового генератора 3 на счетные входы триггера 5 (входной триггер регистра, состоящего из триггеров 5, 5 и 7). При поступлении тактовых импульсов напряжения на единичных и нулевых выходах триггеров 5-7 изменяются в соответствии с временными диагра.ммами, показанными на фиг. 2,6, где дополнительные индексы «1 и «О отмечают единичный и нулевой выходы триггеров. Получаемые таким образом перепады напряжения используются затем для управления вентилями 9-11 и высокочастотным переключателем 12 в соответствии с принятым алгоритмом. Вентиль 9 по первому входу управляется перепадами напряжения с единичного выхода триггера 5, а по второму - с нулевого выхода триггера 6. Вентиль // управляется по первому входу перепадом напряжения с нулевого выхода триггера 5, а по второму входу-с единнчноного выхода триггера 7. Вентиль 10 управляется напряжением с единичного выхода триггера 6. На импульсные входы всех вентилей 9--11 подаются импульсы с выхода частотноимпульсного моста /. Импульсы с выходов вентилей 9 и // через схему «ИЛИ 15 подаются затем на суммирующий вход реверсивного счетчика 2, а импульсы с выхода вентиля 10 непосредственно поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика. Вентиль 9 открыт в течение времени Та (между первым и вторым тактовыми импульсами генератора 3). Так как в это время переключатель 12, управляемый перепадом напряжения с единичного выхода триггера 6, закрыт, то счетчик в соответствии с выражением (2) зарегистрирует число импульсов N (фиг. 3,а) N, F,T, В момент поступления с триггера 3 второго импульса вентиль W и переключатель 12 открываются на время 2Го (между вторым и четвертым тактовыми импульсами генератора 3), при этом поступающая на термистор мощность СВЧ РИЗ приводит к уменьшению частоты с выхода частотно-импульсного модулятора / на величину P Fo-P,S-P,(10) где S - чувствительность частотно-импульсного моста. Следовательно, на вычитающий вход реверсивного счетчика через вентиль 10 в течение промежутка времени 2Го поступает частота, определяемая выражением F(i) F,-Kf-S-P.(11) Число импульсов, зарегистрированное реверсивным счетчиком за время 2То второго такта работы измерителя, определится с учетом выражения (3) следующим образом Л, J (F, - Kt S-P)df 2F,T, -4K7i-2S-P -To.(12) В момент поступления с генератора .3 четвертого тактового импульса переключатель 12 закрывается, частота на выходе частотно-импульсного модулятора увеличивается на величину Af S-Pn3. Следовательно, через открытый вентиль 11 и схему «ИЛИ /5 на суммирующий вход реверсивного счетчика за время Го третьего такта работы измерителя поступает число импульсов Лз, определяемое выражением (7). Таким образом, по окончании измерительного цикла (момент поступления с генератора 3 пятого импульса) в реверсивном счетчике в соответствии с выражениями (7, 9 и 12) окажется зарегистрировано число N N, + N,-N 2S-P.T, (13) Это уравнение показывает, что в данном измерителе результирующее число N (выходная информация) однозначно определяется величиной измеряемой мощности РИЗ « не зависит от скорости изменения частоты на выходе частотно-импульсного модулятора, обусловленной нестабильностью температуры окружающей среды. Для возвращения всей схемы в исходное состояние (для подготовки ее к следующему циклу измерения) из перепада напряжения с нулевого выхода триггера 5 с помощью формирующего устройства М и вентиля 17, управляемого перепадом напряжения с единичного выхода триггера 7, формируется короткий импульс, по времени совпадающий с пятым тактовым импульсом генератора 3 (фиг. 3,6). Этот импульс, поступая на второй вход пускового триггера 4, переводит его в исходное состояние, при котором вентиль 8 закрывается. Предмет изобретения Цифровой измеритель мощности СВЧ по авт. св. № 291158, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния изменения окружающей температуры, выход частотно-импульсного моста связан с суммирующим входом реверсивного счетчика через схему «ИЛИ и два вентиля, управляемых по двум потенциальным входам соответствующими выходами триггерного регистра, а вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом частотно-импульсного моста через вентиль, управляемый по одному потенциальному входу.

Р--0

5 У

TO

II

f

f 1

ШШШШШ

I I

гiL

t t

I I 1L

t

--

t

JI

t

t

i t