Измеритель разности фаз и отношений амплитуд сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения разности фаз и отно шений амплитуд слабого синусоидального сигнала или спектральных компонент сигнала со сплошным спектром. Устройство может быть использовано в электронике и в технике СВЧ для измерения параметров полупроводниковых приборов (ЛП), элементов и СВЧ узлов, где требуются слабые (10-4- Вт) зондирующие синусоидальные сигналы или шумовые сигналы. Устройство может использоваться в-технике антенных измерений в качестве приемного устройства для измерения амплитудных и фазовых характеристик антенн.

Известно устройство, предназначеш ое для измерения разности фаз и отжэНаений амплитуд сигналов. К такому устройству относится измеритель разности фаз ФК2-18 .

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность и невозможность измерения по. сигналу со сплошньм спектром.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является модуляционный измеритель

слабых сигналов (модуляционный приемник) , состоящий из модулятора вч или СВЧ энергии с генератором ВЧ модулирующего сигнала, приемника прямого усиления или супергетеродинного приемника с квадратичным детектором и синхронного детектора с интеграторсяи и устройством индикации 12.

to

Однако такой модуляционный приемник измеряет мсяцность слабых шумовых или синусоидальных сигналов, но не измеряет разности фаз.

Цель изобретения - расширение

15 функциональных возможностей посредством обеспечения одновременного измерения разности фаз и отношений амплитуд слабого синусоидального сигнала или спектральных компонент

20 шумсвого сигнала.

Указанная цель достигается тем, что измеритель, содержащий модуляционный приемник, снабжен фазометрическим блоком, состоящим из двух

25 входных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные развязывающий вентиль и линию переменной длины, присоединенную к общему квадратурному направленному

30 ответвителю с двумя входами, два выхода которого присоединены к двум входам двуплечего модулятора модуляционнрго приемника.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит фaзoмeт pичecкий блок 1, вентили 2 и 4 линии 3 и 5 переменной длины, квадратурный направленный ответвитель (КНО) б, двуплечий модулятор 7 (входит в состав модуляционного приемника), модуляционный приемник 8.

Устройство состоит из Фазометрического блока и модуляционного приемника. Фазометрический блок имеет два канала, условно называемые опорный канал и измерительный канал. Каждый канал на входе содержит развязывающие вентили 2 и 4, соединенные с линиями 3 и 5 переменной длины. Выходы линийпеременной длины каждого канала подключены к входам КНО 6, выходы которого подключены к двум входам двуплечего модулятора 7 модуляционного приемника 8.

Работа устройства основана на интерференции Фурье-компо.нент двух частей одного и того же сигнала, подаваемых с выхода разделителя на входы фазометрического блока. На выходе КНО получаются два сигнала, приведенная разность спектральных плотностей средних квадратов напряжений которых пропорциональна синусу разности фаз спектральных компонент двух частей зондирующего сигнала. Квадрирование после преобразования, усреднение и сравнение осуществляется модуляционным приемником. Действительно спектральные плотности амплитуд сигналов на входах КНО можно представить в виде

Е , е.

5Vi

EZ Е(,)

де Ер - спектральная плотность амплитуды входного шумового (или синусоидального сигнала) ;

k ,k - коэффициенты передачи,отра жающие амплитудные изменения спектральной плотности амплитуды входного сигнала при прохождении от входа делителя до входрв КНО; Hl(,f2. Фазовые изменения спектральной плотности амплитуды входного сигнала при прохождении от входа делителя до входа КНО.

На выходах КНО имеем следующие пектральные плотности амплитуды игналов;

,. Ео-ЕоК.к,,е -9°ЧЕк,к, k , (k,,.j k,5. Уг. k) амплитуды коэффициентов передачи КНО с i-ro входа на j -ый выход.

Приведенные к входам модуляционного приемника спектральные плотности среднего квадрата напряи ения имеют вид

,--E7Ef ,KiSiM AVf ,

r -- , ,Кг 51иГ 3.

Модуляционный приемник измеряет величину oi пропорциональную

o,V4

.k sinAV,, «i.-.f

/f л- л.,г a-Ln tiT0

где разность фаз между спектральными плот ностями двух сигналов, прошедших разные пути от точки разветвления до выходов КНО. При изменении длины линии переенной длины o((B измерительном канале на Д, / V модуляционный приемник будет измерять велкч1лнус 2,.соъЛ осле подключения исследуемого четырехполюсника к одному из выходов разделителя и к входу измерительного канала фазометрического блока приёмник измерит при начальной длине линии переменной длины

k k-tkj.kg- sin ( «f, ) а при изменении длины на X/4

cos (u-f- fg).

Ы.,где k и амплитуда и фаза коэфk. фициента передачи четырехполюсника. Изменение фазы V и амплитуды k, вносимое четырехполюсником, находится по измеренным значениям из формул

.aKctgll-airc - ,

V JW,)%()

(o(m«ii)

Аналогичным образом измеряются изменения фазы и амплитуды, вызванные изменением положения исследуемой антенны относительно выбранного отсчетного положения, например от положения, при котором сигнал от нее максимальный.

Устройство измеряет разность фаз при изменении амплитуды сигнала более чем на +30 дБ на входе изме-. рительного канала относительно сигнла на входе опорного канала при минимальном синусоидальном сигнале .

Погрешность измерения разности фаз и отношений амплитуд не превышает погрешности измерения аналогичных величин с помощью серийно выпускаемых приборов.

Предлагаемое устройство имеет чувствительность на два порядка выше чем у серийно выпускаемых образцов приборов и может измерять не только по синусоидальному сигналу, но и по шумовому сигналу. Испольэование устройства в антенной технике в качестве приемного устройства при измерении параметров антенн, где требуется одновременное измерение разности фаз и отношения амп литуд слабых сигналов, дает экономию средств при разработке, исслед вании и эксплуатации антенн. Устройство может быть использовано также в электронике для иссле дования параметров ПП и в технике СВЧ для исследования параметров СВЧ элементов и узлов вместо сложных и дорогих измерительных установок, которые не выпускаются серийно. В конструкции устройства можно применить серийно выпускаемые радио метры СВЧ (измерители слабых шумовых и синусоидальных сигналов), поэтому использование устройства даст экономию средств при разработке измерительных установок или сте дов для аналогичных целей. I Формула изобретения Измеритель разности фаз и отноше ний амплитуд сигналов, содержащий модуляционный приемник, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей посредством обеспечения одновременного измерения разности фаз и отношений амплитуд слабого синусоидального сигнала или спектральных компонент шумового сигнала, он снабжен двухканальным фазометрическим блоком, в каждом канале которого содержатся последовательно соединенные развязывающий вентиль и линия переменной длины, подключенная своим выходом к общему квадратурному направленному ответвителю с двукя входами, два выхода которого присоединены к двум входам двуплечего модулятора модуляционного приемника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Радиоизмерительные приборы. Проспект-каталог. Центральный отраслевой орган научно-технической информации, экое, М., 1979. 2.Троицкий B.C.- ЖТФ , т.XXI, вып. 8, с. 994, 1951.

L.

. J