Устройство для измерения фазовых ошибок дискретных свч- фазовращателей

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам измерения фазовых характеристик СВЧ-устройств. Целью изобретения является сокращение времени измерений и обеспечение возможности измерений при высоком уровне мощности. Сущность изобретения заключается в том, что на СВЧ-вход фазовращателя подается СВЧ-сигнал рабочего уровня мощности , а на низкочастотные входы разрядов Дтг.Дт.Л.Дл. через цепи ключей 4-6, коммутаторов 8-10 и инверторов 11-13 подаются управляющие сигналы, синхронизированные между собой определенным образом . Оценку фазовых ошибок производят при помощи анализатора спектра, включенного на выходе фазовращателя. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

0

О 4

О (21) 4860286/09 (22) 16.08.90 (46) 23.01,93, Бюл. N 3 (71) Научно-исследовательский институт приборостроения (72) О,И,Васюхно и А,И.Синани (73) НИИприборостроения (56) Валитов P.À„Ñðåòåíñêèé В,И, Радиотехнические измерения. — М: Сов. радио, 1970.

Фазометр ФК2 — ЗЗ. Техническое описание, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФА30BblX ОШИБОК ДИСКРЕТНЫХ СВЧ-ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к области рэдиотехники, в частности к устройствам измерения фазовых характеристик СВЧ устройств.

В радиоизмерительной технике известны различные устройства и приборы для измерения фазы СВЧ волны, в том числе вносимых фазовых ошибок дискретных фазовращателей, основанные на известных физических принципах отсчета фазы стоячей и бегущей волны, Известны установки, основанные на методах измерения фазы на проход(фазовое кольцо) или отражение при помощи радиоизмерительной линии, В этих устройствах зонд измерительной линии настраивается на минимум стоячей волны.

При изменении фазы фазовращателя минимум стоячей волны смещается на расстояние, которое перемещением зонда измеряют и пересчитывают в фазу. Широкое

„„. Ы„„1790770 А3 (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам измерения фазовых характеристик СВЧ-устройств. Целью изобретения является сокращение времени измерений и обеспечение возможности измерений при высоком уровне мощности. Сущность изобретения заключается в том, что на СВЧ-вход фазовращателя подается СВЧ-сигнал рабочего уровня мощности, а на низкочастотные входы разрядов

А-т,Л"Т2,dvV4,АРв,hler>g через цепи ключей

4 — 6, коммутаторов 8 — 10 и инверторов 11 — 13 подаются управляющие сигналы, синхронизированные между собой определенным образом. Оценку фазовых ошибок производят при помощи анализатора спектра, включенного на выходе фазовращателя. 3 ил. распространение получили установки и приборы, основанные на компенсационном методе, методе преобразования разности фаз во временной интервал и др, В основе принципов построения фазометров лежат как правило, комбинации вышеперечисленных методов с использованием преобразования входных сигналов на промежуточную частоту с последующим их усилением — ограничением и измерением разности фаз на фиксированной частоте, Основными недостатками этих устРОйСТВ ЯвлЯЮТСЯ: — низкая скорость измерения фазовых ошибок, обусловленная необходимостью последовательного переключения, а затем и измерения во всех дискретных фазовых состояниях фазовращэтеля, а также достаточно большим временем на калибровку;

1790770 — большие габариты и высокая стоимость рабочих мест по измерению фазовых характеристик, Отсутствие возможности измерения фазовых характеристик на высоком уровне мощности СВЧ. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является фазометр ФК2 — 33 (см. техническое описание и инструкцию по эксплуатации), В основе принципа действия "О этого прибора "1 ежит измерение векторных отношений СВЧ сйгналов, В приборе сигнал, подаваемый от внешнего источника, делится на два канала; опорный и измерительный. Опорный канал используется в качестве калибровочного, сигнал в измерительном канале используется как зондирующий для подачи на объект исследований. В преобразователе частоты применено первичное преобразование 20 входного сигнала на частоту 20 МГц, на которой осуществляется синхронизация с сигналом гетеродина, и вторичное — на частоту

55 кГц, на которой работает индикаторный блок. 25

Фазометру ФК2 — 33, хотя и в меньшей степени, но все-таки свойственны перечисленные для аналогов недостатки (скорость измерения одного фазового состояния не менее 15 с), Кроме них, ограничение по уровню мощности генератора СВЧ 1 мВт, приводит к тому, что измеряемые фазовые ошибки могут отличаться от вносимых в реальных условиях эксплуатации, при которых мощность может достигать уровня

10 и более ватт, Целью изобретения является сокращение времени измерений и достижение возможности измерений на высоком уровне мощности. 40

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазовых ошибок дискретного СВЧ фазовращателя, содержащего генератор СВЧ и индикатор, выход и вход которых являются выходом и входом 45 для подсоединения входа и выхода исследуемого дискретного фазовращателя введены последовательно соединенные генератор прямоугольного напряжения и многоразрядный делитель частоты, число разрядов которого равно числу разрядов исследуемоto дискретного СВЧ фазовращателя, а каждый выход соединен с управляющим входом соответствующего разряда исследуемого дискретного СВЧ фазовращателя через вве- 55 денные последовательно соединенные коммутатор и ключ и, кроме этого, соединен со вторым входом коммутатора через введенный инвертор, при этом управляющий вход каждого коммутатора соединен с выходом введенного синхронизатора, а в качестве анализатора используется анализатор спектра.

При такой схеме установки (см. фиг. 1) на исследуемый фазовращатель одновременно подаются СВЧ сигнал частоты в неограниченной мощности и и низкочастотных управляющих сигналов с частотами (в случае двоичного фазовращателя)

Я = Q2, где k = О, 1, ..., п-1, синхронизиk рованных по входу или спаду, что приводит к образованию сложного выходного сигнала в спектре которого в общем случае присутствуют гармоники с частотами

М =No ++ mQ, m = О, 1, 2, ... (см. фиг. 2).

Известно, что между фазовыми ошибками каждого дискрета фазовращателя и величиной конкретных гармоник выходного спектра существует строгая математически и физически обоснованная связь, Так в случае двоичного фазовращателя и синхронизацией по спаду управляющего импульса ошибки в разряде Π— л влияют на гармоники с номером m = О + 2k, в разряде Π— x/2— на гармоники с m =-1 4k, в разряде Π— u/4 — на гармоники с m =-3 8k, в разряде Π— л/8 — на гармоники с m =-7 «-161, в разряде

Π— x/16 — на гармоники с m = -15 +32k, где

k = О, 1, 2 ..., В случае синхронизации по фронту управляющих импульсов зависимости зеркально симметричные относительно О. B литературе, например, приведены табулированные значения этих функций. Возможен и самостоятельный расчет этих зависимостей, учитывающий влияние дестабилизирующих факторов (амплитудная модуляция, временные нестабильности).

Сущность изобретения заключается в образовании спектра фазомодулированного сигнала при переключении фазовых состояний, измерении спектральных составляющих на выходе фазовращателя и вычислении фазовых ошибок при помощи таблиц, ЭВМ или прямого отсчета, Предлагаемое устройство дает возможность одновременного измерения фазовых ошибок всех разрядов или фазосдвигающих ячеек и их комбинационных состояний, которых при двоичном построении 2", Это и приводит к уменьшению времени измерений в соответствующее количество раз. Индикаторным прибором в предлагаемой установке является анализатор спектра. Современные приборы этого класса имеют погрешности измерения относительных уровней 0,5 — 1,0 дБ в зависимости от режима работы и уровня входного сигнала. В тоже время из расчетов видно, что средняя кру1790770 тизна зависимости А = f(hp), где Л L— изменение уровня и-й спектральной составляющей относительно 1-й гармоники, hp — фазовая ошибка разряда, составляет 6 дБ/град — при ошибках до 3О, 3 дБ/град — при ошибках 3 — 6, 1 дБ/град— при amphi > 6О, Таким образом методологическая погрешность установки составляет величину порядка 0,1 — 0,5О, что меньше погрешностей известных нам аналогов, Для устранения (уменьшения) случайкой погрешности, связанной с амплитудно-временными неидеальностями управляющих импульсов, в установку введены цепи управления синхронизаций, состоящие из коммутаторов и инверторов, управляемых синхронизатором и ключом. Ключи обеспечивают форму уп равляющих импульсов оптимальную с точки зрения режима работы фазовращателя. Цепи изменения синхронизации позволяют производить измерения в двух системах (комбинациях) управления фазовращате.-.ем, что дает возможность усреднить случайную составляющую погрешности, возникающую в связи с возможным изменением длительностей фазовых состояний фазовращателя при различной логике управления им.

Предлагаемое устройство обеспечивает измерения на любых (реальных для конкретного фазовращателя) уровнях СВЧ мощности, На фиг, 1 показана блок-схема установки измерения фазовых ошибок дискреткых

С В Ч-фазовращателей; на фиг. 2 — последовательности управляющих фазоврэщателем импульсов, их инверсия и типичные фазовые характеристики и выходные спектры для случая 3-х дискретного двоичного фазовращателя; на фиг. 3 — пример выполнения электрической схемы ключа для полупроводникового фазовращателя, Цифрами и буквами нэ фиг. 1 — 3 обозначены;

На фиг. 1: 1 — генератор СВЧ; 2 — дискретный фазсвращатель; 3 — анализатор спектра; 4, 5, 6 — ключи; 7 — синхронизатор;

8, 9, 10 — коммутаторы; 11, 12, 13 — инверторы; 14 — и-разрядный делитель частоты; 15 — генератор прямоугольного напряжения.

На фиг, 2; А, Š— импульсы управления разрядом 0 — л; Б, Ж вЂ” разрядом 0 —; В, 3 — разрядом 0 — л/4; Г, Н вЂ” фазовые характеристики фазовращателя при синхронизации по фронту и спаду управляющих импульсов, соответственно Д, К вЂ” типичные выходные спектры фазовращателя при синхронизации по фронту и спаду соответственно, Устройство измерения фазовых ошибок содержит включенные в СВЧ тракт (волно5

10 t5

55 вод, коаксиал) последовательно генератор

СВЧ 1 (например, типа Г4), исследуемый и-дискретный фазовращатель 2 (диодный, ферритовый или другого типа), анализатор спектра 3 (например, типа СК4), и управляющих входов фазовращателя 2 соединены с выходами п ключей 4, 5, 6, которые могут быть выполнены, например, в виде биполярного транзисторного ключа. Входы и ключей соединены с выходами и коммутаторов 8, 9, 10, которые могут быть выполнены, например, в виде двухкодового элемента 2И-ИЛИ, Первые входы и коммутаторов 8, 9, 10 соединены с и выходами многоразрядного делителя частоты 14 непосредственно, а вторые — через икверторы 11, 12, 13. Делитель частоты 14 соединен последовательно с генератором прямоугольного напряжения

15, Инверторы 11, 12, 13 могут быть выполнены в виде элемента НЕ, Управляющие входы коммутаторов 8, 9, 10 объединены и подключены к синхрокизатору 7, который может быть выполнен, например, в виде триггера или источника эталонного напряжения и переключателя.

С выхода генератора 1 СВЧ волна поступает на вход исследуемого фазовращателя 2.

Генератор 15 и многоразрядный делитель

14 формирует на, в общем случае, и выходах, в отношении примера на фиг. 2 — трех выходах, управляющие сигналы в виде меандров с частотами Q,,2,4Q, (фиг. 2 А, Б, В), В случае недвоичного фазовращателя ряд чаcTGT и скважность импульсов, естественно, другие. При низком уровне ("0") на выходе синхронизатора 7 коммутаторы 8, 9, 10 подсоединяют ключи 4, 5, 6 непосредственно к выходам делителя напряжений 14 (фиг. 1).

Ключи форсируют фронты управляющих импульсов с целью обеспечения соотношения

z„+ z»„ 0,02Т, где z>K,zing(g — максимальное время включения и выключения фазовых состояний фазовращателя, Т = 1/Я, .

Пример схемы ключа для pin — диодных фэзовращателей, получивших в последнее время большое распространение приведен на фиг. 3, Ключ представляющий собой, каскадно включенные биполярный транзисторный ключ (V Т1, V Т2) и эмиттерный повторитель (V ТЗ). Применение в переключателе тока транзисторов с граничной частотой игр = 0,4 — 1,5 ГГц позволяет получить на коллекторе V Т2 импульсы с длительностью фронтов не более 10 нс. Эмиттерный повторитель обеспечивает в нагрузке ток до

50 мА. Диодные цепочки V Д1 — V Д4 служат для установки среднего уровня напряжения смещения, а Ч Д5, работающий в режиме накопления заряда, позволяет уменьшить

1790770

50

55 длительность фронтов входных импульсов.

Под воздействием управляющих импульсов фазовая характеристика фазовращателя принимает во времени вид, приведенный на фиг. 2Г. Такое изменение фазы приводит к 5 образованию на выходе фазовращателя спектра вида, показанного на фиг, 2Д. При высоком уровне ("1") на выходе синхрониза- . тора 7, коммутаторы 8, 9, 10 подсоединяют ключи 4, 5, 6 к выходам делителя частоты 14 10 через инверторы 11, 12, 13, что приводит к изменению синхронизации управляющих импульсов (фиг. 2Е, Ж, 3) изменению знака фазовой характеристики (фиг, 2И) и выделению "зеркального" спектра (фиг, 2К). Выход- 15 ные спектры измеряют и по величине подавления гармоник (л,й) "=А,в и Ю, относительно гармоники в+ А, при помощи таблиц прямого отсчета или путем машинной обработки результатов фиксируют фа- 20 эовые ошибки разрядов 0 — к, 0 — X/2, 0

-л /4 соответственно и их комбинации по двойчной схеме переключения, Если в фазовращателе присутствуют разряды a/8 и л /16, то о величине ошибок в них судят по 25 величине гармоник и) +. 71 и в + 1 ..

Технико-экономическая эффективность предполагаемого изобретения заключается в следующем: — снижение времени измерения фаза- З0 вых ошибок в 10 20 раз и более раз в зависимости от числа разрядов фазовращателей, что является крайне актуальным при серийном выпуске фазовращателей. — обеспечение возможности измерений З5 на реальном (рабочем) уровне мощности, что является важным в связи с тем, что в, общем случае, фазовые ошибки на высоком уровне мощности отличаются от ошибок на низком уровне, 40 — уменьшение габаритов рабочего места и снижение стоимости используемой аппаратуры. — упрощение настройки дискретных фазовращателей, повышение ее точности и оперативности, Поскольку впервые обеспечивается возможность для наблюдения панорамы фазовых ошибок. Это дает весьма ценную информацию исследователю, и предоставляет ему возможность принятия обоснованного решения о настройке отдельного разряда с учетом взаимодействия его с остальными, Формула изобретения

Устройство для измерения фазовых ошибок дискретных СВЧ-фазовращателей, содержащее генератор СВЧ и индикатор, вход и выход которых являются выходом и входом для подсоединения входа и выхода исследуемого дискретного СВЧ-фазовращателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени измерений и обеспечения возможности измерения при высоком уровне мощности, в него введены последовательно соединенные генератор прямоугольного напряжения и многоразрядный делитель частоты, число разрядов которого равно числу разрядов исследуемого дискретного СВЧ-фазовращателя, а каждый выход соединен с управляющим входом соответствующего разряда исследуемого дискретного СВЧ-фазовращателя через введенные последовательно соединенные коммутатор и ключ, и, кроме этого соединен с вторым входом коммутатора через введенный инвертор, при этом управляющий вход каждого коммутатора соединен с выходом введенного синхронизатора, а в качестве индикатора используется анализатор спектра.

1790770.:1790770! ! !

1 ! !

1 л

1 ! !

/ ., й

Г с П (1

45

Составитель О.Васюхно

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т.Вашкович

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 375 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5