Устройство для измерения фазы Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

(5t) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ

1

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано при фазовых измерениях в широкой полосе частот включая диапазон СВЧ, а также для оценки коэффициента передачи измеряемого элемента.

Известное устройство у использующее двухканальный принцип измерения разности фаз, в котором опорная и измерительная падающие волны суммируясь , образуют стоячую волну и при изменении фазы одной из падающих волн происходит смещение минимума стоячей волны, которое определяется с помощью подвижной каретки 11 .

Недостатком устройства является погрешность измерения за счет конечной направленности направленных ответвителей празитной с8язи между каналами и за счет рассогласования измерительной линии между опорным и измерительным каналами.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения фазовой .задержки в измерительном канале.Устройство состоит из последовательно соединенных генератора прямоугольных импульсов, высокочастотного генератора, делителя мощности, высокочастотного четырехполюсника, фазового детектора и индикатора; при этом ко второму выходу делителя мощности подключен через второй вентиль электрооптический модулятор, связывающий источник когерентноРо света через оптический фазовращатель со вторым

ts входом фазового детектора, причем фазовый детектор выполнен в виде фотоэлектронного умножителя с высокочастотным резонатором. Импульсный высокочастотный сигнал с первого вы20хода делителя мощности через второй вентиль поступает в электрооптический модулятор опорного канала, а со ВТОРОГО выхода - в измерительный камал, содержащий исследуемое устройство. За счет изменения плоскости поляризации светового луча в оптическом модуляторе сигнал оптического квантового генератора становится модулированным по интенсивности опорными высокочастотными колебаниями. Этот модулированный световой сигнал через оптический фазовращатель подается на оптический вход фотоэлектронного умножителя с высокочастотным резонатором, а на его высокочастотный вход подается сигнал, прошедший через исследуемое устройство и первый вентиль. На выходе фотоэлектронного умножителя С высокочастотным резонатором образуется сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу между опорным и исследуемым сигналами, который регистрируется выходным прибором 2. Недостатками рассматриваемого уст ройства являются относительно большие погрешности измерения фазового сдвига, обусловленные отражениями в высокочастотном канале из-за неидеал ности первого вентиля, соединяющего выход исследуемого элемента с высокочастотным резонатором; необходимость использования дорогостоящих и достаточно сложных сверхвысокочастот ных фотоэлектронных, умножителей,работающих в сравнительно узких полосах частот; зависимость показаний ин дикаторного устройства от частоты, обусловленная частотными свойствами фотоэлектронного умножителя и.перестраиваемого резонатора; погрешности за счет разности амплитуд, поступающих на фазовый детектор сигналов из опорного и измерительного каналов Цель изобретения - повышение точности измерений фазы в широком диапазоне частот. Цель достигается тем, что в устройство для измерения фазы, содержащее последовательно соединенные гене ратор импульсов, высокочастотный генератор, делитель мощности, высокочас тотный элемент, первый вентиль, при этом ко второму выходу делителя мощнос7и подключены последовательно вто рой вентиль и первый электрооптический модулятор, через который связан источник когерентного света с оп тическим фазовращателем, а также фазоэлектронный умножитель, выход кото рого подключен к индикатору, между оптическим фазовращателем и фотоэле9284 ктронным умножителем введен второй злектрооптический модулятор, связанный с выходом первого вентиля. Электрооптический модулятор выполнен в виде электрооптического кристалла с нанесенными на противоположные грани электродами. На чертеже изображено устройство для измерения фазы. Предлагаемое устройство содер) генератор 1 прямоугольных импульсов, высокочастотный генератор 2, делитель 3 мощности, исследуемый высокочастотный элемент , первый вентиль 5,второй электрооптический модулятор 6, фотоэлектронный умножитель 7, второй вентиль 8, источник 9 когерентного излучения, первый электрооптический модулятор 10, оптический фазовращатель 11 и индикатор 12. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 импульсной прямоугольной формы осущестляет импульсную модуляцию сигнала высокочастотного генератора 2. Этот модулированный высокочастотный сигнал подается на общий вход делителя 3 мощности, с первого выхода которого поступает через исследуемый элемент 4, первый вентиль 5, на второй электрооптический модулятор 6, а со второго выхода делителя 3 мощности через второй вентиль 8 - на первый электрооптический модулятор 10. При этом источник когерентного излучения 9 генерирует высокостабильный сигнал в оптическом диапазоне частот (луч света), который последовательно проходит через первый электрооптический модулятор 10, оптический фазовращатель 11, второй электрооптический модулятор 6 и попадает на оптический вход фотоэлектронного умножителя 7. Для регистрации результатов измерений используется выходной прибор - индикатор 12. Вентили 5 и 8 служат для развязки и уменьшения влияния отраженных волн. Первый электрооптический модулятор 10 осуществляет модуляцию по интен.сивности светового излучения сигнала оптического квантового генератора высокочастотным сигналом. Модулированный световой луч,проходя через оптический фазовращатель 11, попадает во второй электрооптический модулятор 6, управляемый высокочастотным сигналом с выхода измерительного канала, который и производит демодуляцию светового луча. Поскольку электрооптический модулятор 10 изменяет интенсивность света, то при демодуляции во втором модуляторе в случае одинаковых модуляторов и подачи на них равных амплитуд высокочастотного сигнала в противофазе он приводит к полному исчезновению модуляции светового луча. Таким образом, в предлагаемом варианте построения устройства для измерения фазы второй электрооптический модулятор 6 выполняет роль фазового детектора, а фотоэлектронный умножитель 7 выполняет роль преобразователя оптического сигнала в электрический с последующим его усилением. Для регистрации результатов измерения используется выходной прибор индикатор 12. Калибровка всего устройства при измерении фазы производи ся с помощью оптического фазовращателя 11. Выравнивание глубины модуля ции светового луча первым и вторым электрооптическими модуляторами, обусловленной различными величинами амплитуд высокочастотного сигнала, подаваемых на модуляторы, осуществляется путем перемещения второго модулятора перпендикулярно лучу света второго модулятора 6, у которого ширина металлизации электрооптимеского кристалла уменьшается вдоль направления перемещения. В первого выхода делителя 3 мощности начинается измерительный канал, который идет до высокочастотного входа второго электро оптического модулятора 6 и включает в себя исследуемый высокочастотный элемент k и первый вентиль 5. Со вто рого выхода делителя 3 мощности начинается опорный канал, который заканчивается на оптическом входе второго электрооптического модулятора 6. Опорный канал содержит второй вентиль, первый электрооптический модулятор 10 и оптический фазовращатель 11. Для измерения коэффициентов передачи исследуемых элементов необходимо провести калибровку смещения второго электрооптимеского модулятора перпендикулярно направлению светового луча при различных уровнях де ления высокочастотной мощности, направляемой в измерительный и опорный каналы. Применение двух электрооптических модуляторов в устройстве для измерения фазы, позволяет уменьшить погрешность измерения фазу г гмег уменьшения отражения от высокочастотного высокодобротного резонатора. Расширяется диапазон использования устройства по сравнению с известным устройством, а также отпадает необходимость в использовании дорогостоящих и сложных высокочастотных фотоэлектронных умножителей. Упрощается измерение четырехполюсников с большими коэффициентами усиления или ослабления, поскольку используется оптический аттенюатор глубины мбДуляции. При измерении коэффициентов передачи усилителей с большими коэффициентами усиления исключается воз- . можность возбуждения каскада из-за отсутствия паразитной обработной связи через опорный оптический канал. Изобретение предназначено для измерения как статистических, так и динамических фазовых сдвигов пассивных и активных устройств в высокочастотном диапазоне,но можетбыть с успехом использовано вплоть до нулевой частоты, а также для измерения временной задержки видеоимпульсов в исследуемом элементе. Кроме этого позволяет оценить коэффициенты передачи исследуемого четырехполюсника. Его применение позволяет повысить точность измepeж я в диапазоне СВЧ приблизительно на 30-50. Формула изобретения 1.Устройство для измерения фазы, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, высокочастотный генератор, делитель мощности, высокочастотный элемент, первый вен-, тиль, при этом ко второму выходу делителя мощности подключены последовательно второй вентиль и первый электрооптический модулятор, через который связан источник когерентного света с оптическим фазовращателем, а также фотоэлектронный умножитель, выход которого подключен к индикатору, отличающееся тем, что,с целью увеличения точности измерения фазы в широком диапазоне частот, между оптическим фазовращателем и фотоэлектрон ным умножителем введен второй электрооптический модулятор, связанный с выходом первого вентиля. 2.Устройство по п.1,.о т л и чающееся тем, что второй электрооптическии модулятор выполнен в виде электрооптического кристалла с нанесенными на противоположные грани электродами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Стариков В.Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. Советское радио, 1972, с. 119-120. 2.Авторское свидетельство СССР N° 720955, кл. G 01 R 25/02, 1980.