Автоматический четырехдетекторный измеритель полных сопротивлений Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к радио- и электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения полных сопротивлений двухполюсников, например преобразователей электрических сигналов, в диапазоне длинных средних, коротких и ультракоротких волн. Известен автоматический четырехдетекторный измеритель полных сопротивлений в диапазоне сверхвысоких частот, содержащий четырехзондовую линию, в которой зонды расположены на расстоянии 1/8 средней длины волны друг от друга, четыре детектора с квадратичньами характеристиками, четыре фильтра нижних частот два вычитающих каскада, электроннолучевой индикатор и генератор перестраиваемой частоты со схемой стабилизации уровня сигнала II}. Недостатком известного измерител является то, что он имеет узкую рабо чую полосу частот (5 - 10%) и не применим в диапазоне низких частот из-за возрастания длин волн и соответственно габаритов четырехзондовой линии. Кроме того, в плоскости входн разъемов начальный фазовый сдвиг не равен нулю, что требует введения поправок в результаты измерений на каждой частоте и снижает эффективность прибора как автоматического измерителя. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является . .автоматический четырехдетекторный измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты с подключенным к нему опорН1ДМ сопротивлением, равным волновому сопротивленшо линии передачи, второй вывод сопротивления подключен к разъему с исследуемом двухполюсником и к катодам четырех детекторов, аноды которых через фазосдвигающие блоки соединены с выходом генератора перестраиваемой частоты, который в свою очередь соединен через детектор с входом, а через резисторы делителей напряжения - с входами вычитающих блоков, выходы которых соединены.с входами осциллографического индикатора, Этот измеритель имеет, Малые габариты, возможность работы в диапа-. зоне низких частот, а также отсутствие фазовых ис 5сажений - плоскость отсчета фазы приведена к плоскости разъема для подключения двухполюсника 2}. Однако известное устройство обладает относительной сложностью схемы фазирования опорных сигналов, узкополосностью и, как следствие, значительной погрешностью в более широком диапазоне частот, так, погрешности порядка 5% по эмплитуде и 5 ° по фазе коэффициента отражения могут быть получены лишь в 10 - 15%.полосе частот. В диапазоне 10 -30 МГц погрешности достигают значительных вели чин: 15% по модулю и 15 по фазе. Это и является причиной ограничительного применения подобных устройств. Цель изобретения - увеличение широкополосности к повышение точност измерения полных сопротивлений в диа пазоне длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. Поставленная цель достигается тем, что в автоматический измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты, выход которого через блок стабилизации соединен с его входом, а через опорный резистор соединен с входами четы рех детекторов-и с разъемом для подключения исследуемого двухполюсни ка, выходы третьего и четвертого детекторов соединены через фазосдвигающие. блоКи с выходом генератора перестраиваемой частоты, а через резисторы делителей напряжения с входами второго вычитаннцего блока, выходы первого я второго детекторов через резисторы соответствующих делителей напряжения соединены с входами первого вычитающего блока, выхода) вы читающих блоков соединены с соответствующими входами осциллогр фического индикатора,введен блок авт юдстройки фазы, входы которого соединены с вторыми выходами фазосдвигающих блоков, а выход - с входами фазосдвигающих блоков, причем выход первого детектора соединен с корпусо (землей), выход второго детектора соединен с выходом генератора пере страиваемой частоты. Кроме того, блок автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика, операционный усилитель, регули руемый источник напряжения, дроссель прич1Ш« управляемый вход регулируемог источника напряжения соединен с выхо дом операционного усилителя, диффере циальные йходы которого через детек торные датчики соединены с входами блока автоподстройки фазы, к выходу которого через дроссель подключен выход регулируемого источника напряжения. На чертеже представлена блок-схе ма автоматического четырехдетекторн го измерителя полных сопротивлений. Измеритель содержит генератор 1 перестраиваемой частоты, опорный.ре зистор 2, разъем 3 для подключения .исследуемого двухполюсника 4, детекторы 5-8, фазосдвигающие блоки 9 и 10, блок 11 автоподстройки фазы, вычитающие блоки 12 и 13, осциллографический индикатор 14, блок 15 стабилизации, делители 16 - 19 напряжения, являющиеся нагрузками детекторов,. 5 - 8. Блок 11 автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика 20 и 21, операционный усилитель 22, регулируемый источник 23 напряжения, дроссель 24. Фазосдвигающие блоки 9 и 10 содержат варикапы 25 к 26 к резисторы 27 и 128. Устройство работает следующим образом. Сигнал вида 2 Uosiniot, где 2Uo - амплитуда; U) - круговая частота; t - время, с генератора 1 перестраиваемой частоты через опорный резистор 2 поступает на разъем 3 и исследуемый двухполюсник 4. На разъеме 3 получается напряжение, равное сумме падающей волны Uesinurt; и отраженной волны 9 si (tot + t) , где 9 - модуль коэффициента отражения напряжения, исследуемого двухполюсника 4; Ч- фаза коэффициента отражения. Таким образом, на катоды детекторов 5 -8 поступают сигналы UeSiniA + 9UoSin(wt +Ч). На аноде гетектора 6 напряжение такое же, как и на выходе генератора 1 перестраиваемой частоты, т.е. Ug 2UtfSinujt. Так как модули коэффициентов передачи фазосдвигающих блоков 9 и 10, обеспечивающих фазовый сдвиг в 45, равны 2/2 I то на аноде детектора 7 имеем напряжение и /2UeSin(iOt- 45°), а на аноде деректора 8 напряжение Ug . 1/2 Uo.sin( 4- 45). Суммарные сигналы - воздействующие на детекторы 5-8 имеют вил иг 5 Uosinw)t (Sft +У) Ut- Ucsinw t + fUeSin(u)t + f )-2U,sinOt. U.sihwt + Uosin( +1)- (1) - f2sin( - 45 ) U UoSintft + JUoSinJ t +r ) «-fl sin(0)t + 45 ), Здесь знаки минус поставлены в связи с тем, что результат воздействия напряжений, приложенных к анодам детекторов 5 - 8, противоположен результату воздействия напряжений, приложенных к их катодам,. После квадратичного детектирован получаем напряжения на нагрузках де текторов 5-8. , « К,и/(1 + Г + 2У cosW Uj« K,U.j(l +f - 2 f COSY) (2) Uf, K,U(1 + 2f У„ KeU(l +f + 2f sin5i где K(o - коэффициент передачи детек торов 5 - В. На выходах вычитающих блоков 12 и 13 получаем сигналы Ua Кус- Kq . UB . 4pcos4 1,6 (% -. иЧб I U I Kyg Ktt/Uo 4psin4 (i) - v..rt /fT ri- л Kyo (Uoj -Uop ) ,где коэффициент передачи выDie К UP - КОЭФФ1 читающих блоков 12 и 13. После подачи сигналов (3) на осциллографйческий индикатор 14, получаем ,на экране световое пятно, откл нение которого от центра трубки карактеризует модуль коэффициента отражения, а угол отклонения-радиус вектора от вертикали (4ujM ) - фазу коэффициента отражения. При этом R ./и + Uj 4Kuf Ко . %. alrctg Ux/Uy , где Ku - чувствительность осциллогр фического индикатора 14. Блок 11 автоподстройки фазы стр мится к поддержанию такого напряжен на варикапах 25 и 26, при котором разница междусигналами на выходах детекторных датчиков 20 и 21 близка к нулю. Но это возможно только при единственном условии, когда фаз фаз ос двигающих блоков 9 и 10 вен соответственно - 45 и + 45. Таким образом, если сигналы с фазосдвигающих блоков 9 и 10 не рав ны друг другу по амплитуде, то их разность усилена операционным усили телем 22 и поступает на регулируеглл источник 23 напряжения, которШ вырабатывает такое напряжение смеа1ени на варикапы 25 и 26, что изменение величины их емкости приводит к 8Ьфав ниванию по амплитуде сигналов, снима емых с фазосдвигающих блоков 9 и 10, . сигнал, поступающий с фаэосдвигающего блока 9 на анод детекто ра 7, сдвинут на - 45 относительно выходного ..напряжения генератора i, а сигнал, поступаю 11Ий с фазосдвигающего блока 10 на анод детектора 8, сдвинут на + 45. Так как коэффициент перекрытия емкости варикапов 25 и 26 может быть равным 3-4, то и коэффициент перекрытия диапазона частот измерителя може быть таким же, причем методическая погрешность измерения во всем диапазоне частот стремится к нулю. Измерите.пь может быть использовав в диапазоне длинных, среднихкоротких и у.пьтракоротких волн. Формула изобретения 1. Автоматический четырехдетектор:ный измеритель полных сопротивлений, содержащий генератор перестраиваемой частоты, выход которого через блок стабилизации соединен с его входом, а через опорный резистор соединен с входами четырех детекторов и с разъемом для подключения исследуемого двухполюсника, выходы третьего и четвертого детекторов соединены через фазосдвигающие блоки с выходом генератора перестраиваемой частоты, а через резисторы делителей напряжения с входами второго вычитающего блока, выходы первого и второго детекторов через резисторы соответствующих делителей напряжения соединены с входами первого вычитающего блока, выходы вычитающих блоков соединены с -соответствующими входами - осциллографического индикатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения широкополосности и повышения точности измерения, в него введен блок автоподстройки фазы, входы которого соединены с вторыми выходами фазосдвигающих блоков, а выход - с входами фазосдвигающих блоков, причем выход первого детектора соединен с корпусом (землей), выход второго детектора соединен с выходом генератора перестраиваемой частоты. 2. Измеритель сопротивлений по п.1,.о т л ич а ющ и и с я тем, что блок автоподстройки фазы содержит два детекторных датчика, операционный усилитель , регулируемый источник напряжения, дроссель, причем управляемый вход регулируемого источника напряжения соединен с выходом операционного усилителя , дифференциальные входы которого через детекторные датчики соединег ы с входами блока автоподстройки фазы, к выходу которого черэз лроссель подключен выход регулируемого источника напряжения. Источники ин формации, принятые во внимание при экспертизе 1.Samuel A.L. The Oscillograph . 4 Probe Method of Measuring VSWP Proc. DRE, 35, 1279, 1974. 2.Smith H. Chart Ampedance Plotter. Bulletins 60-3, 61-6, Dielectric Products Engineering Company (прототип).

J

5.