Цифровой измеритель малых уровней мощности сверхвысоких частот Советский патент 1981 года по МПК G01R21/04 

1

Изобретение относится к технике радиоизмерений.

Известен цифровой измеритель двух уровней мощности сверхвысоких частот, содержащий высокочастотный переключатель, к которому подключены управляющий генератор и термисторный мост, к измерительной диагонали которого последовательно подключены импульсный усилитель, пиковый детектор и генератор управляемой частоты, и первый счетчик импульсов .

Однако известный цифровой измеритель обладает статической погрешностью, обусловленной имеющейся следящей системой, дополнительной погрешностью преобразования из-за того,что процесс преобразования разбит на два последовательных этапа; преобразование мощности СВЧ в промежуточный параметр, а именно в частоту следования, импульсов, а затем уже преобразование параметр - код, и погрешностью преобразования, вызванной изменением температуры окружакицей среды и другими возмущающими факторами. Цель изобретения - повышение т-очности измерений.

Для этой цели в цифровой измеритель мсШых уровней -мощности сверхвысоких частот, содержащий высокочастотный переключатель, к которому подключены управляющий генератор и термисторный мост, к измерительной диагонали которого последовательно подключены импульсный усилитель, пиковый детектор и генератор управляемой частоты, и первый счетчик импульсов, введены два :вычитающих.

10 блока, второй счетчик импульсов, два двоичных умножителя, блок пересчета и цифровой клю1Ч, при этом информационные вход счетчиков соединены соответственно с выходами первого

15 вычитанхцего блока, первый вход которого соединен с выходом генератора управляемой частоты, а второй с питающей диагональю термисторного моста и выходом второго вычитающего

20 блока, цифровые выходы счетчиков импульсов через соответствукяцие двоичные умножители подключены к входам второго вычитающего блока, выход: второго счетчика соединен с информа25ционным входом цифрового ключа, управляющий вход которого соединен с управляющими входами счетчиков и выходов блока пересчета, вход которого соединен с выходом управляющего ге30нератора. На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового измерителяi на фиг. 2- временные диаграмма, пояснякяцие работу цифрового измерителя. Цифровой измеритель мгшы уровней мощности сверхвысоких частот со держит высокочастотный переключател 1, к которому подключены управляющи генератор 2 и термисторный мост 3, измерительной диагонали которого по ледовательно подключены импульсный усилитель 4, пиковый детектор 5 и генератор б управляемой частоты, а также счетчик 7 импульсов, два вычи тающих блока 8 и 9, счетчик 10 импульсов, два двоичных умножителя 11 и 12, блеа 13 пересчета и цифровой ключ 14, при этом информационные вх ды счетчиков 7 и 10 соединены соответственно с выходами вычитающего блока 8, первый вход которого соединен с выходом генератора б управляемой частоты, а второй - с питеиощей диагональю термисторного моста 3и выходом вычитающего блока 9, цифровые выходы счетчиков 7 и 10 им пульсов, через соответствующие двоич ные умножители 11 и 12 подключе.ны к входам вычитающего блока 9, выход счетчика 10 соединен с информационным входом цифрового ключа 14, упра ляющий вход которого соединен с управляющими входами счетчиков 7 и 10 и выходом блока 13 пересчет;а, вход которого соединен с выходом управляю щего генератора 2, при этом термисторный мост 3 содержит термистор 15 На фиг. 2 а приведен сигнал управляющего генератора 2; на фиг. 26 - выходной сигнал генератора б управляемой частоты, на фиг. 2в выходной сигнал вычитающего блока 9; на фиг. 2г - код счетчика 7 импульсов или пропорциональный ему ча тотно-импульсный сигнал с выхода двоичного умножителя 11; на фиг.2д код счетчика 10 импульсов или пропорциональный ему частотно-импульсный сигнал с выхода двоичного умножителя 12. Цифровой измеритель работает сле дующим образом. При отсутствии мощности СВЧ включении цифрового измерителя разб ланс Термисторного моста 3 имеет максимальное значение, .так как термистор 15 холоден. При этом генерат 6 управляемой частоты вырабатывает максимальную частоту F. Если в нача;|ьный момент времени коды N и N соответственно, счетчиков. 7 и 10, равны нулю, т.е. Ч N а О, то равны нулю частоты (ij и Fa, вырабаты ваемые двоичными умножителями 11 и 12, так как 2 а. 2V М :о Где FO - опорная частота ,двоичных умножителей 11 и 12, п - разрядность счетчиков 7 и 10. На выходе вычитающего блока 9 получается разностный сигнал F - F. На выходах вычитающего блока 8 получаются разностные сигналы UFvt F - foe и & F,L FOC - Ij,. На каждом выхоце импульсы разностной стоты появятся лишь при условии Д . Таким образом, в момент включения разностный сигнал появляется на выходе вычитающего блока 8, соединенного с информационным входом счетчика 7. Счетчик 7, двоичный умножитель 11 и ВЕЛчитающие блоки 8 и 9 пре.дставляют собой первый следящий преобразователь, отрабатывающий сигнал -f - FOC (Р + fs. + F) - F так как в начале работы то Д F .iJF - F . Импульсы uF поступают на информационный вход счетчика 7, заполняя его объем. Код N, снимаемый с выхода счетчика 7 (фиг. 2г), преобразуется в частотный сигнал F . Таким образом, Л FJJ является сигналом рассогласования в первом следящем преобразователе, равновесие в котором наступает при равенстве FQ F, или при UF 0. Особенностью цифрового измерителя явлйется то, что импульсь частоты одновременно поступают на питающую диагонашь термисторного моста 3. Выделяющаяся на термисторе 15 мощность R|- расходуется на нагрев термистора 15, меняя его сопротивление R и уменьшая разбаланс термисторного моста 3. Выделяемый пиковым детектором 5 сигнал разбаланса поступает на генератор б, изменяя его частоту F. При постоянной времени следящего преобразователя Ту, 2 /F0 значительно большей, чем тепловая Постоянная термистора 15, скорость изменения F равна скорости изменения . Таким образом, начиная с момен- та включения происходит процесс уменьшения F и возрастания fjjc, сигналов (фиг. 26 и 2в). В некоторый момент времени наступит равенство F FQ ,и UF 0, при этом счетчик 7 останавливает счет. При этом термисторный мост 3 входит в режим равновесия, точка А (фиг. 26 к 2s) соответствует этому режиму равновесия при определенной температуре внешней среды. д F - F, и 2. с - РТ/РСВ. «, осд Й7 где а, Со амплитуда и длительность импульсов Fp{. . Если в некоторый момент времени открывается высокочастотный переключатель 1 под воздействием импульса управляющего генератора 2 . 2а), и мощность СВЧ начинает поступать на термис1)9Р 15 термисторного моста 3, то при этом Pt Р.ое + Ребч t - мощность подогрева термистора 15 за счет импульсного напряжения обратной свя зи. Под действием сопротивление R термистора 15 уменьшается. Это приводит к раэбгтансу термисторного моста 3 и появлению на выходе пикового детектора 5 постоянного напряжения , пропорционального величине и знаку рассогласования, вследствие че го частота F уменьшается на пропорци ональную величину. В этом случае F Рд , следовательно , 4 и импульсы разностной частоты начинают появляться на выходе вычитающего блока 8, соединенного с информаци онным входом счетчика 10 AF (fVf - F) - 2.Так как за точкой А const, то uF/j (FA - F) - F2 . Счетчик 10, двоичный умножитель 1 и вычитающие блоки 8 и 9 представляют собой второй следящий преобразова тель, у которого входной сигнал Afg. Таким ббразом, за точкой А сигнал на выходе счетчика 10 (фиг 2д) следи за изменениями входного сигнала. Сиг нал FOC Р/( 2 А ется с увеличением следовательно уменьшается мощность подогрева РОС определяемая импульсами FQ. , что при водит к соответствующему увеличению F (за точкой А наблюдается в первый момент времени выброс F, фиг. 26). В точке 6 переходной процесс заканчивается, так как FQCB ° ъ г -iiF2 О, то счет импульсов в счетчике 10 прекращается, при этом, FZ FA. - FBИзменение частоты импульсов обрат ной связи AFfjc FOC А- ось При этом изменение мощности подог рева термистора 15 определяется вы- ражением до- -iii- tR; o Foc-- Ts::c o(FA-fB, uh- АП . CQ -fP -AOl+P Qi.. .-() Taк как равновесие восстанавливается при определенном значении 9-, т.е. при Р goDst РО , то это воз можно лишь при . Следовательно, код N2 счетчика 10 пропорционален мощности СВЧ сигнала. Температурные воздействия окружгио щей среды одинаково воздействуют на термисторный мост 3 в течение обоих полупериодов управляющего сигнала (фиг. 2а) смещая точку А и точку В на одну и ту же величину, в результате чего код М счечтика 10 не зави сит от температуры внешней среды, тем самым снижается величина дополнительной погрешности, связанная с .изменением температуры внешней среды В цифровом измерителе обеспечивается возможность измерения накоплениого значения мощности СВЧ по на копленному значению кода счетчика 10 fbc- Р„ а m тактов измерения. Для этого упавляющий генератор 2 вырабатывает серию из m изпульсов, в один полуериод которых высокочастотный пееключатель 1 открыт и подаётся мощность СВЧ на термистор 15, а в друой - закрыт и мощность СВЧ отключена. При закрытом высокочастотном пееключателе 1 на термистор 15 податся мощность (Рд - ЛР), так как РСВЧ вызывает резкое увеличение F. При этом снова возникает переходной процесс уравновешивания, который заканчивается в точке С, когда Р РО . После переключения высокочастотного переключателя 1 и подачи мощности СВЧ на термистор 15 импульсы рассогласования появляются на выходе вычитающего блока 8, соединенного с информационным входом счетчика 7, AF F - FQ(J F - , При этом открывается первый следящий преобразователь и .код счетчика 7, имея уже накопленное значение точки А, начинает отслеживать изменение входного сигнала F от точки В до точки С (фиг. 2 г). В точке С снова возникает состояние равновесия, при котором F FOC FC , а Fi FA + + (с В свою очередь ,(FO - Fg) пропорционально ft.Р т.е. мощности СВЧ за первый период сигнала, (фиг. 2а) управляющего генератора 2, следовательно, N Мд + NCBM где - код в счетчике 7, пропорцибнальный РСВШВ следующий полупериод снова открывается высокочастотный переключатель 1, и подается на термисторный мост 3 .мощность СВЧ. Снова возникает разбаланс, резкое уменьшение F, при котором открывается второй следящий преобразователь, который следит за изманенизми от точки С до точки D. Очевидно, что (FA - KB) + (FC - Fд), a NJ, СвЧ- т.е. код в счетчике 10 пропорционален сумме мощностей СВЧ за два такта измерения. Аналогичным образом за m управляющих тактов сигнала управляющего генератора 2 в счетчике 10 накапливается код Ng. ., NCBMH I что позволяет снизить величину погрешности дискретизации на величину, прямо пропор-., ционально зависящую от значения го , так как истинное значение кода счетчика 10 на выходе цифрового измерителя определяется выражением N2o--i;sS NcB -. Значение кода соответствует истинному значеншо входной мощности СВЧ, определяемому по накопленному результату, т.е. Р --5-5 Р СвЧ W /Cb41. Для получе«ия цифрового значения, пропорционального накопленному значению РСВЧ ,в цифровом измерителе используются блок 13 пересчета и цифровой ключ 14. Блок 13 пересчета име ет коэффициент пересчета, равный т. Следовательно, после m входных им пульсов сигнала управляющего генера тора 2 на выходе блока 13 появляется импульс, открывгиощий цифровой ключ 14, через который на выход цифрового измерителя поступает код N, Для деления кода Nj на число m через цифровой ключ 14 пропускается njr старших разрядов кода п Oj где (уп -число разрядов блок 13 пересчета. Для большей точности можно через цифровой ключ 14 пропустить все п разрядов кода Ng; но после п разрядов ввести запятую. Цифровой измеритель по сравнению с известным обеспечивает более высокую точность. Формула изобретения Цифровой изг рйтель малых уровне мощности сверхвысоких частот, содер жащий высокочастотный переключатель к которому подключены управляющий генератор и термисторйый мост, к из мерительной диагонали которого пос- . ледовательно подключены импульсный усилитель, пиковый детектор и генератор управляемой частоты, и первый счетчик импульсов,отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений, введены два вычитающих блока, второй счетчик импульсов, два двоичных умножителя, блок пересчета и цифровой ключ, при этом информационные входы счетчиков соединены соответственно с выходами первого вычитающего блока, первый вход которого соединен с выходом генератора управляемой частоты, а второй - с питающей диагональю термисторного моста и выходом второго вычитающего блока, цифровые выходы счетчиков импульсов через соответствующие двоичные умножители подключены к входам второго вычитающего блока, выход второго счетчика соединен с информационным входом цифрового ключа, управляющий вход которого соединен с управляющими входами счетчиков и выходом блока пересчет, вход которого соединен с выходом управляющего генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР . 291158, кл. G 01 R 21/04, 1969 (прототип).