Измеритель фазочастотных характери-СТиК чЕТыРЕХпОлюСНиКОВ СВч Советский патент 1981 года по МПК G01R27/28 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ СВЧ

Изобретение относится к технике измерений фаэочастотных характеристик (ФЧХ) четырехполюсников СВЧ. Известно устройство для наблюдения ФЧХ на экране осциллографа, содержащее осциллограф, фазовый детек тор, генератор линейно-частотных колебаний, устройство выделения нуль-переходов, линию задержки и генератор линейно-нарастающего напр женин l. Недостатком его является огранич ный частичный диапазон измерений ФЧХ и низкая точность измерений, об словленные отсутствием технических средств для исключения неидентичност каналов фазового детектора. Известно также устройство для автоматического измерения ФЧХ, которое содержит фазовую систему синхрониза ции частоты стабильного генерр.тора, два смесителя, делители мощности и осциллографический индикатор 2J. Низкая помехоустойчивость этого устройства обусловлена неустойчивостью фазовой системы синхронизации частоты при больших расстройках. Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение точности измерений. Достигается это тем, что в измерителе, содержащем два делителя мощности, стабильный генератор, два смесителя, фазочувствительный элемент, управляемый фазовращатель и осциллографический индикатор, введены ВО.ПНОмер, усилитель, третий делитель мощности, третий и четвертый смесители, два усилителя промежуточной частоты, двухканальный коммутатор, линия задержки, ограничитель, два формирующих элемента, делитель частоты, сумматор, синхронизатор, однопозиционный переключатель и элемент nawfти, при этом вход первого из упомя- нутых делителей мощности соединен с одним из входов измерителя, а первый выход названного делителя мощности через последовательно соединенные волномер и усилитель подключен к-управляющему входу синхронизатора, к входу Х осциллографического индикатора и к входу первого формирующего элемента, а второй выход первого делителя мощности соединен с одним из подвижных контактов двухканального коммутатора, второй подвижный контакт которого соединен с одним из выходов второго из упомянутых делителей мощности, входом соединенного с

вторым входом измерителя, а вторым выходом соединенным через линию задержки с входом третьего дели1 еля мощности, первый выход которого соединен с одним из входов третьего амесителя, второй вход которого подключен к первому и четвертому непо движным контактам двукканального коммутатора, а второй выход третьего делителя мощности соединен с одним иэ входов четвертого смесителя, второй 9ХОД которого подключен к второму, и третьему неподвижным контактам двухканального коммутатора, управляющий вход которого соединен с одним из выходов первого формирующего элемента, второй выход которого соедине с управляющим .входом однопозиционного переключателя, первый неподвижный контакт которого через один из входов элемента памяти соединен с входом синхронизатора, выход которого подключен к второму входу элемента памяти, второй выход которого подключен к одному из входов сумматора, второй вход которого подключен к входу Y осциллографического индикатора и ковторому неподвижному контакту одНопозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом фазочувствительного элемента первый вход которого подключен к выходу управляемого фазовращателя, управляющим входом,соединенным с выходом сумматора, а второй вход фазочувствительного элемента подключен к выходу первого из упомянутых смесителей, первый вход которого через первый усилитель промежуточной частоты подключен к выходу третьего смесителя, а второй вход смесителя соединен с выходом второго из упомянутых смесителей, первый вход которого соединен с выходом стабильного генератора и с входом управляемого фазовращателя, а второй вход второго смесителя через второй усилитель промежуточной частоты подключен к вьЕсоду четвертого смесителя и через последовательно соединенные ограничитель f второй формирующий элемент и делитель частоты подключен к входу .Z яркостной модуляции осциллографического индикатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные Д1 граммы работы устройства.

Устройство содержит делители мощности 1 и 2, двухканальный коммутатор 3, смесители 4 и 5, усилители промежуточной частоты (УПЧ) 6 и 7, смесители 8 и 9, стабильный генератор 10, фазоизмерительный элемент 11, управляемый фазовращатель 12, однопозиционный переключатель 13, осциллографический индикатор 14, элемент памяти 15, синхронизатор 16 сумматор 17, волномер 18, усилитель 19, первый формирукнций элемент 20,

линия задержки 21, третий делитель мощности 22, ограничитель 23, второй формирующий элемент 24, делитель частоты 25 и входы 26 и 27 измерителя.

Устройство работает следующим образом.

Входы 26 и 27 измерителя подключаются к выходу исследуемого четырехполюсника и к выходу опорного генератора с линейночастотной модуляцией (ЛЧМ) по несимметричному пило- образному закону (на фиг. 1 не показаны) .

Сигналы через делители мощности 1 и 2 и через двухканальный коммутатор 3 поступают на входы смесителей 4 и 5, к которым в качестве сигнала гетеродина подается сигнал, снимаемый с делителя мощности 22, задержанный по времени линией задержки 21. В результате смешивания сигнала ЛЧМ, задержанных по времени относительно друг друга, на выходе смесителей 4 и 5 возникают сигналы биений с частотами

Fj-i rt 3; () Frfa -jiT-tj), (2)

где Fr,. , . значения частот биений; t, - время задержки сигналов ; Jf - скорость изменения

- частоты;

Т - длительность ЛЧМ сигналов. .

Fft Frf

Сигналы биений поступают на входы

УПЧ 7 и б, полоса пропускания которых выбрана таким образом, что они усиливают только сигналы биений с частотой Fj , которые имеют форму, приведенную на фиг. 2 в,г.

Из выражения () очевидно, что могут возникать нестабильности частоты F(y за счет непостоянства скорости изменения частоты входных сигналов и времени задержки. Поэтому для компенсации нестабильности частоты F(5 / в устройство введены стабильный генератор 10 и смесители 8 и 9, с помощью которых фаза исследуемых сигналов переносится на сигнал стабильного генератора. Для этого сигналы с выхода УПЧ 6 и 7 поступают соответственно на смесители 8 и 9. На выходе смесителя 8 выделяется |Сигнал с разностной частотой. Анали|тическое вьфажение сигнала на выходе смесителя 8 имеет вид ср. (t)Unp.,,cos (fp-F, )t + ip,- ,(3)

где Unn - амплитуда сигналанавыnp.-i ходе смесителя 8;

fr частота колебаний генератора ; О . - фаза, вносимая опорным

каналом;

fj фаза, вносимая линией задержки.

Этот сигнал поступает на смеситель 9, 5 на выходе которого выделяется сигнал с суммарнойчастотой, аналитиче&кое выражение которого Unp4 (t)Unp.4COs(fr t + fi,+4., ), d где Urip-4 амплитуда выходного сигнала;Ч - фаза,вносимая измерител HiBv каналом; измерительное значение Сигналы с выходов смесителя 9 и ста бильного генератора 10 поступают на фазоизмерительный элемент 11, с выхода кот;орого снимается сигнал, про порциональный разности фаз входных сигналов, поступающий на переключатель 13. Коммутатор 3 и переключатель 13 управляются импульсами, сни маемыми с формирующегоэлемента 20 на вход которо О поступают импульсы с волномера 18, подключенного к дел телю мощности (на-фиг. 2 д,е). Изме рения ФЧХ производятся в два цикла Первы Цикл, когда переключатель 13 коммутатор 3 находятся в положении При этом сигнал опорного канала поступает на смеситель 5, а сигнал из мерительного канала на смеситель 4 и с выхода фазоизмерительного элемента снимается сигнал, пропорциональный значению разности фаз V-i, Ф -- Ф 44 -Ч Ч И Ч 2L Этот сигнал записывается в элемент памяти 15. Элемент памяти 15 и синхронизатор 16 предназначены для запоминания сигнала и выдачи его при очередном цикле измерения, когда переключатель 13 и коммутатор 3 находятся в положении II, на сумматор 17, на второй вход которого поступает в этот момент времени сигнал с фазоизмерительного элемента 11, про порциональный значению разности фаз ф -ip -Ч Ч И М V При этом на выходе сумматора появит ся сигнал, пропорциональный значению разности фаз ч,, 4 2( ip - Ч-/). . (7) Этот сигнал в виде сигнала ошибки поступает на управляемый фазовращатель 12,который из1меняет фазу колебаний высокостабильного генератора до тех пор, пока на выходе сумматора сигнал ошибки не будет равен нулю, тем самым компенсируя ошибку измерений из-за неидентичности каналов. Для Обеспечения синхронной выдачи, записанную информацию на сумматор, в предлагаемое устройство введен синхронизатор.Он представляет собой временной дискриминатор, который управляет элементом памяти путем временного совмещения записанных импульсов волномера 18 с поступающим ;на его вход при очередном цикле изме рения, обеспечивая тем самым синхрон ную, с входным сигналом. сумматора вы.дачу записанной информации. Для повышения точности измерений и удобства отсчета показаний, устройство снаожено схемой формирования частотных меток, содержащий ограничитель, формирующий элемент 24 и делитель частоты 25. Если в вьгражение (1) подставить значения - и F..,/Trf,, (8) где Af - величина девиации частоты; J - период частот биений, то получим Af T/tsTcT, (9) Из этого выражения очевидно то, что если отрезок времени, равный длительности ЛЧМ сигнала,разделить с дискретностью, равной Ч , то количество дискретов будет определять величину девиации частоты, а их номер - его текущее значение. При этом из вырах ения (8) очевидно-то, что величина каждого дискрета будет равна изменению частоты на величину Аискр (о) При этом отсчет значения частоты производится по формуле f fo + (11) где f - значение частоты входных сигналов; fo - начальная частота девиации; п - номер импульса на индикаторе. Прибольших значениях скорости изменения частоты входных сигналов величина F(f может быть достаточно высокой, поэтому в предлагаемом устройстве для обеспечения удобства снятия показаний предусмотрен делитель частоты (25).В этом случае отсчет значения частоты производится по формуле : 1 tx. где k - коэффициент деления делителя частоты. Для того, чтобы получить частотные метки, сигнал с выхода УПЧ 6 по-ается на последовательно соединеные ограничитель 23, формирователь 4, делитель 25, с которого сигнал оступает на индикатор, представляюий собой рсциллографическое устройтво, развертка которого запускается срывается импульсами с волномера 8. На индикатор исследуемый сигнал оступает с переключателя 13,-когда н находится в положении II. Резульат измерений высвечивается в виде рафика с частотными метками. Диапаон измеряемых частот составляет от 3 о 60 Ггц, Формула изобретения Измеритель фазочастотных характеистик четырехполюсников СВЧ, содержащий два делителя мощности, стабильный генератор, два смесителя, фазочувствительный элемент, управляе мый фазовращатель и осциллографический индикатор, отличающий.с я тем, что, с целью расширения час тотного диапазона и повышения точности измерений, в него введены волномер, усилитель, третий делитель мощности, третий и четвертый смесители, два усилителя промежуточной частоты, двухканальный коммутатор, линия задержки, ограничитель, два формирующих элемента, делитель часто ты, сумматор, синхронизатор, однопозииионный переключатель и элемент памяти, при этом, вход первого из упомянутых делителей мощности соединен с одним из входов измеритзеля, a первый выход названного делителя мощности через последовательно соеди ненные волномер и усилитель подключен к управляющему входу синхронизатора, к входу X осциллографического индикатора и к входу.первого формирующего элемента, а второй выход первого делителя мощности соединен (D одним из подвижных контактов двухканального коммутатора, второй подвижный контакт которого соединен с одним из выходов второго из упомянутьй делителей мощности, входом соединенного с вторым входом измерителя, а вторым выходом,соединенным через линию задержки с входом третье го делителя мощности,первый выход ко торого соединен с одним из входов третьего смесителя,второй вход котор го подключен к первому и четвертому неподвижным контактам двухканального коммутат ора, а второй выход третьего делителя мощности соединен с одним изВХОДОВ четвертого смесителя, второй вход которого подключен к втором и третьему неподвижным контактам двухканального коммутатора, управляю щий вход которого соединен с одним из выходов первого формирующего элемента, второй выход которого соединен с управляющим входом однопозиционного переключателя, первый неподвижный контакт которого через один из входов элемента памяти соединен с входом синхронизатора, выход которого подключен к второму входу элемента памяти, второй выход которого подключен к одному из входов сумматора, второй вход которого подключен к входу Y осциллографического индикатора и к второму неподвижному контакту однопозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом фазочувствительного элемента, первый вход которого подключен к выходу управляемого фазовращателя, управляющим входом,соединенным с выходом сумматора, а второй вход фазочувствительного элемента подключен к выходу первого из упомянутых смесителей, первый вход которого через первый усилитель промежуточной частоты подключен к выходу третьего смесителя, а второй вход смесителя соединен с выходом второго из упомянутых смесителей, первый вход которого соединен с выходом стабильного генератора и с входом управляемого фазовращателя , а второй вход второго смесителя через второй усилитель промежуточной частоты подключен к выходу четвертого смесителя и через последовательно соединенные ограничитель, второй формирующий элемент и делитель частоты подключен к входу Z яркостной модуляции осциллографического индикатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W 371534, кл. G 01 R 29/00, 1971. 2,Авторское свидетельство СССР № 428302, кл. G 01 R 27/28, 1972 (прототип).