Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника

 

Использование: измерительная техника для измерения фазовых сдвигов, амплитуд коэффициентов передачи четырехполюсников . Существо изобретения. В устройстве высокочастотный сигнал от генератора СВЧ 1 через направленный ответвитель 2, исследуемый четырехполюсник 3 и фазовращатель 5 поступает на переключатель СВЧ 7, на второй вход которого поступает сигнал от генератора СВЧ 1 через направленный ответвитель 2, образцовый четырехполюсник 4 и аттенюатор 6. Переключение осуществляется по сигналу от низкочастотного генератора 8, После переключателя СВЧ 7 частота сигнала с помощью смесителя 9 и гетеродина 10 переносится в область про (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР :> 1 Li i ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21.) 4808924/21 (22) 02.04.90 (46) 07.06,92. Бюл. М 21 (71) Научно-исследовательский институт радиофизики им. акад. А,А.Расплетина (72) А.M,Ëåáåäåâà, Л.А.Летунов и Ю.Н.Серяков (53) 621.317.75(088,8) (56) Чернушенко А.M., Майборода А.В. Измерение параметров электронных приборов дециметрового и сантиметрового диапазона волн. — М.: Радио и связь, 1986, гл.6.

Измерения в электронике. / Под ред.

В,А,Кузнецова. — М.: Энергоатомиздат, 1987, подраздел 8.4.

Скрыпник Ю.А, Модуляционные измерения параметров сигналов и цепей. — М.:

Советское радио, 1975, гл.7, рис.7.3. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ И ФАЗОВОГО

СДВИГА ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Использование: измерительная техника для измерения фазовых сдвигов, амплитуд коэффициентов передачи четырехполюсников. Существо изобретения. В устройстве высокочастотный сигнал от генератора СВЧ

1 через направленный ответвитель 2, исследуемый четырехполюсник 3 и фазовращатель 5 поступает на переключатель СВЧ 7, на второй вход которого поступает сигнал от генератора СВЧ 1 через направленный ответвитель 2, образцовый четырехполюсник

4 и аттенюатор 6. Переключение осуществляется по сигналу от низкочастотного генератора 8, После переключателя СВЧ 7 частота сигнала с помощью смесителя 9 и гетеродина 10 переносится в область про1739315 межуточных частот. С второго выхода направленного ответвителя 2 сигнал поступает на вход смесителя 11 и далее на вход усилителя 13 промежуточной частоты, на второй вход смесителя 11 поступает сигнал с гетеродина 10, С выхода усилителя 12 промежуточной частоты сигналы поступают на входы фазовых детекторов 14, 16, где формируются сигналы рассогласования, причем на второй вход фазового детектора 16 постуИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды и фазы коэффициентов передачи четырехполюсников, например отрезков линий передач, фазовращателей, аттенюаторов и др.

Известны устройства для измерения амплитуды и фазы, в которых измерения проводятся с преобразованием частоты, а сам процесс измерений осуществляется на низкой частоте, индикация фазы проводится низкочастотным фазометром.

К недостаткам таких устройств следует отнести невысокую точность, Близки к предлагаемому устройству измерители разности фаз и ослаблений группы ФК2: ФК2 — 14, ФК2 — 18„.„ФК2 — 26, реализующие способ измерения амплитуд и фаз четырехполюсников, основанный на подключении четырехполюсника и проведении измерений с переносом частоты сигнала в область промежуточных частот. Однако и эти устройства не обеспечивают достаточную точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника, реализующее способ измерения амплитуд и фаз четырехполюсников путем уравновешивания автокомпенсатора полярно-координатного типа, Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига содержит последовательно соединенные генератор

СВЧ, исследуемый четырехполюсник, фазовращатель, переключатель СВЧ, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, первый усилитель мощности, первый реверсивный двигатель, первый регистрирующий блок, последовательно соединенные образцовый четырехполюсник и аттенюатор, выход последнего подключен к второму входу переключателя СВЧ, а вход образцового четырехполюсника подключен к выходу генератора СВЧ, и последовательно соединенные усилитель некомпенсации, 5

45 пает сигнал с выхода усилителя 13 промежуточной частоты, прошедший через фазовращатель на 90 15. С выхода фазового детектора 14 сигнал поступает на аналогоцифровой преобразователь 17 и на регистрирующий блок 19, а с выхода фазового 16 детектора — на аналого-цифровой преобразователь 18 и на регистрирующий блок 20. 1 ил, амплитудный детектор, второй усилитель мощности, второй реверсивный двигатель, второй регистрирующий блок, причем вход усилителя некомпенсации подключен к выходу переключателя СВЧ, первый реверсивный двигатель связан механически с фазовращателем, второй реверсивный двигатель связан механически с аттенюатором, связь первого и второго усилителей мощности соответственно с первым и вторым реверсивными двигателями — индуктивная, переключатель СВЧ вЂ” магнитозависимый, управляется от сети переменного тока частотой 5 Гц, второй вход фазового детектора подключен к выходу генератора СВЧ, обладает недостаточной степенью точности измерения фазовых сдвигов (особенно малых фазовых сдвигов — 3 по фазе), кроме того, из-за отсутствия переноса частоты в область промежуточных обладает частотной зависимостью, что сказывается дополнительными погрешностями при измерениях фаэ.

Целью изобретения является повышение точности измерений, Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника, содержащее последовательно соединенные генератор CB×, исследуемый четырехполюсник фазовращатель, переключатель СВЧ, последовательно соединенные образцовый четырехполюсник и аттенюатор, выход которого подключен к второму входу переключателя СВЧ, а выход образцового четырехполюсника связан с выходом генератора СВЧ, а также первый фазовый детектор, первый и второй регистрирующие блоки, дополнительно введены направленный ответвитель; вход которого подключен к выходу генератора СВЧ, первый выход подключен к входу исследуемого четырехполюсника, второй выход соединен с вторым входом вновь введенного второго смесителя, низкочастотный генератор, выход которого подключен к второму входу переключателя СВЧ, последовательно соединенные первый смеситель, гетеродин и

1739315 второй смеситель, первый и второй усилители промежуточной частоты, низкочастотный фазовращатель, второй фазовый детектор, первый и второй аналого-цифровые преоб разователи, при этом первый вход первого смесителя связан с выходом переключателя

СВЧ, его второй вход связан с первым выходом гетеродина, выход первого смесителя через последовательно соединенные первый усилитель промежуточной частоты, первый фазовый детектор, первый аналогоцифровой преобразователь соединен с первым регистрирующим блоком, второй вход второго смесителя соединен с вторым выходом гетеродина, выход второго смесителя через последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовый детектор, второй аналого-цифровой преобразователь связан с вторым регистрирующим блоком, причем выход низкочастотного фазовращателя подключен к второму входу первого фазового детектора, а выход — с выходом второго усилителя промежуточной частоты, при этом второй вход второго фазового детектора соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 СВЧ, направленный ответвитель 2, исследуемый четырехполюсник 3, образцовый четырехполюсник 4, фазовращатель 5, аттенюатор 6, переключатель 7 СВЧ, низкочастотный генератор 8, смесители 9 и 11, гетеродин 10, усилители 12 и 13 промежуточной частоты, фазовые детекторы 14 и 16, низкочастотный фазовращатель 15, аналого-цифровые преобразователи 17 и 18, регистрирующие блоки 19 и 20.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотный сигнал от генератора

1 СВЧ через направленный ответвитель 2 поступает на входы исследуемого 3 и образцового 4 четырехполюсников и далее от исследуемого четырехполюсника через фазовращатель 5- на первый вход переключателя 7 СВЧ, а от образцового четырехпол юсника 4 через аттенюатор 6 — второй вход переключателя 7.СВЧ, который переключает входы по сигналу от низкочастотного генератора 8. Таким образом, на вход первого смесителя 9 поступают сигналы, проходящие поочередно либо по цепи исследуемый четырехполюсник 3 — фазовращатель 5, либо по цепи образцовый четырехполюсник 4 — аттенюатор 6. С помощью аттенюатора 6 сигналы по указанным цепям выравниваются по амплитуде, одновременно вводится

55 где Π— индекс фазовой манипуляции; во — частота сигнала генератора СВЧ;

Q — частота манипуляции фазового дискрета.

На выходе фильтра с полосой пропускания меньшей, чем частота переключений фазового дискрета, сигнал принимает вид

a(t)=Ao сов 0 cos Not (2)

Амплитуда этого сигнала равна нулю при

Л индексе фазовой манипуляции 0 =, т.е. суммарный фазовый сдвиг измеряемого 3 и образцового 4 четырехполюсников равен

180О, что позволяет определить фазовый фазовращателем 5 калиброванный фазовый сдвиг так, чтобы общий фазовый сдвиг между цепями составлял 180О, что определяется по степени подавления сигнала на выходе переключателя 7 СВЧ. Далее СВЧ-сигнал переносится в область промежуточных частот с помощью смесителя 9 и гетеродина 10, затем усиливается усилителем 12 промежуточной частоты и поступает на вход фазово10 го детектора 14, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора 1

СВЧ через направленный ответвитель 2, смеситель 11 (на второй вход последнего поступает сигнал с гетеродина 10), усили1 тель 13 промежуточной частоты с фазовым сдвигом на 90, полученным после низкочастотного фазовращателя 15. После аналогоцифрового преобразователя 17 сигнал поступает на регистрирующий блок 19. С выхода усилителя 13 промежуточной частоты сигнал промежуточной частоты поступает также на вход фазового детектора 15, на второй вход которого поступает сигнал с выхода усилителя 12 промежуточной частоты. Фазовый детектор 16 формирует сигнал рассогласования, который после преобразования в аналого-цифровом преобразователе 18 поступает на регистрирующее устройство 20.

Процедура измерений заключается в

ЗО определении по показаниям аттенюатора 6 и фазовращателя 5 относительных значений амплитуд и фаз коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника 3, для чего в одну иэ ветвей, проходимых сигналом, пеЗ ред коммутатором СВЧ, включен образцовый четы рехпол юсни к 4.

Спектр фаэоманипулированного сигнала описывается следующим образом;

a(t) = Ао {cos 0 cos в t + — sin 0 fcos

Зл

2 (во + 3 Я) t — cos (й)о — 3 И ) с1+ 5

1739315

10

50 сдвиг измеряемого четырехполюсника 3.

При этом повышается точность измерений за счет использования принципа подавления несущей частоты в спектре фазоманипулированного сигнала как средства установки эталонного фазового сдвига при равных амплитудах. Можно показать, что при отличии разности фаз на 180 всего на

0,6 подавление несущей составляет 40 дБ и легко регистрируется, Кроме того, точность измерений возрастает и за счет переноса частоты в область промежуточных частот, а также за счет использования более точного электронного регистрирующего блока.

С выхода регистрирующих блоков 19 и

20 снимаются квадратурные компоненты

Л А sin Лу, Л А cosh@, где ЛА, Лрразность амплитуд и фаз исследуемого 3 и образцового 4 четырехполюсников, при условии равенства 180 начального фазового сдвига в ветвях исследуемый четырехполюсник 3 — фазовращатель 5 и образцовый четырехполюсник 4 — аттенюатор 6. Учитывая, что, как правило, требуемый допуск на фазовращатель составляет примерно 10 дБ и 10%, то вначале Л р фактически определяется разностью амплитуд, что упрощает процесс контроля.

Пример. В качестве генератора 1 СВЧ берется стандартный генератор типа Г4, направленный ответвитель — СВЧ-тройник (стандартный прибор), фазовращатель 5— типовой СВЧ-прибор, аттенюатор 6 — стандартный прибор группы Д8, переключатель

7 СВЧ вЂ” серийно выпускаемый переключатель, например, типа "Орландо", низкочастотный генератор 8 — стандартный генератор, смеситель 9 и 11 — СВЧ-тройники с вмонтированными диодами, например, ДКС вЂ” 7М, гетеродин 10 — стандартный генератор (синтезаторный), усилители 12 и 13 промежуточной частоты могут быть построены на базе транзистора 2П3068 и настроены на разностную частоту генератора 1 СВЧ и гетеродина 10, фазовые детекторы 14 и 16 могут быть построены на базе серийной микросхемы 28УКН1А, низкочастотный фазовращатель 15 на 90 — типовой прибор— фазовращатель RC — типа, цифровые преобразователи 17 и 18 — типовые, регистрирующие блоки 19 и 20 — типовые, в частности аналого-цифровой преобразователь 17 с регистрирующим устройством 19 является стандартным вольтметром, например

Ф283.

Предлагаемое устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника позволяет повысить качество разрабатываемых СВЧ-элементов, твк как повышение точности измерений их параметров позволяет лучше их настраивать.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента передачи и фазового сдвига четырехполюсника, содержащее генератор СВЧ, последовательно соединенные исследуемый четырехполюсник, фазовращатель, переключатель СВЧ, последовательно соединенные образцовый четырехполюсник и аттенюатор, выход которого подключен к второму входу переключателя СВЧ, а также первый фазовый детектор, первый и второй регистрирующие блоки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй смеситель, низкочастотный генератор, последовательно соединенные первый смеситель, гетеродин и второй смеситель, два усилителя промежуточной частоты, низкочастотный фазовращатель, второй фазовый детектор, два аналого-цифровых преобразователя и направленный ответвитель, вход которого подключен к выходу генератора

СВЧ, первый выход подключен к входу исследуемого четырехполюсника, а второй выход — к второму входу второго смесителя, выход низкочастотного генератора подключен к второму входу переключателя СВЧ, первый вход первого смесителя соединен с выходом переключателя CBV, его второй вход соединен с первым выходом гетеродина, а его выход через последовательно соединенные первый усилитель промежуточной частоты, первый фазовый детектор, первый аналого-цифровой преобразователь соединен с первым регистрирующим блоком, второй вход второго смесителя соединен с вторым выходом гетеродина, а его выход через последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовый детектор, второй аналого-цифровой преобразователь соединен с вторым регистрирующим блоком, причем выход низкочастотного фазовращателя подключен к второму входу первого фазового детектора, а выход — с выходом второго усилителя промежуточной частоты, при этом второй вход второго фазового детектора соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты.