Устройство для измерения фазовых характеристик

(4 нина элек- ,И.УльяноГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АНИЕ ИЗОБР.(71) Ленинградский. ордена Летротехнический институт им,Вва (Ленина)(56) Авторское свидетельство СССР У 1018041, кл. С 01 К 25/02, 1983.Авторское свидетельство СССР В 958983, кл. С 01 К 25/02, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК(57) Изобретение относится к радиотехнике. Повьппается точность измерения фазовых характеристик, а также ,расширяются функциональные возможности устройства путем измерения модуля коэф.передачи. СВЧ-сигнал высокочастотного генератора 1 делится делителем мощности (ДМ) 2 на два синфазных сигнала. Один сигнал поступает визмерительный канал, где проходит через ферритовый вентиль 4, исследуемыйСВЧ-элемент 6 и ДМ 3. Три синфазныхсигнала одинакового уровня с ДМ 3поступают на соответствующие фазовыедетекторы (ФД) 12, 13, 14. Второйсигнал с ДМ 2 поступает в канал опорных колебаний, образованный ферритовым вентилем 5, источником 7 когерентного света, оптическим фазовращателем (ОФ) 8 и оптическим расщепителем 10 на три луча. Образуются трисветовых пучка равной интенсивности.Один световой пучок поступает на ФД 12второй через оптический фазовращатель 9 поступает на ФД 13, а третийчерез полуволновую фазосдвигающуюпластинку 11 - на ФД 14. Каждый ФДсостоит из электрооптического модулятора 15, лавинного фотодиода 16 ифильтра 17 нижних частот, Сигналы сФД 12 и 14 поступают на сумматор 20,1223164 1 О при этом постоянные составляющие токов лавинных фотодиодов 16 суммируются, а фазоразностные составляющиекомпенсируются. С сумматора 20 сигнал поступает на сумматоры 18 и 19,на другие входы которых подаются сигналы соответственно с ФД 13 и 14. Всумматорах 18 и 19 происходит компенсация постоянной составляющей токовлавинных фотодиодов 16. Сигналы ссумматоров 18 и 19, пропорциональные Изобретение относится к измерительной технике и может быть нсполь; зованодля измерения фазовых характе- рристик радиоустройств на высоких и сверхвысоких частотах .Цель изобретения - повышение т очности измерений фазовых хар акт еристик , а также расширение функциональных возможностей устройства путем измерения модуля коэффициента передачи .На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения фазовых характеристик . Устройство для измерения Фазовых характеристик содержит высокочастотный генератор 1, первый 2 и второй 3 делители мощности, первый 4 и второй 5 ферритовые вентили, исследуемый 20 СВЧ-элемент 6, источник 7 когерентного света, первый 8 и второй 9 оптические фазовращатели, оптический расщепитель 10 на три луча, полуволновую фазосдвигающую пластину 11, пер вый 12, второй 13 и третий 14 фазовые детекторы, каждый из которых состоит из электрооптического модулятора 15, лавинного Фотодиода 16 и фильтра 17 нижних частот, первый 18, второй 19 и третий 20 сумматоры, блок 21 деления, индикатор 22 и дополнительный индикатор 23. Причем первый ферритовый вентиль 4, исследуемый. СВЧ-элемент 6 и второй делитель35 мощности 3 образуют измерительный канал, а второй ферритсвый вентиль 5, источник 7 когерентного света, оптический фазовращатель 8 и оптический соответственно косинусу и синусу разности фаз колебаний в опорном и изме-,рительном каналах, поступают наблок 21 деления. Его выходной сигналпоступает на индикатор 22. Он не зависит от модуля коэф. передачи исследуемого СВЧ-элемента 6. Сигнал с сумматора 20, зависящий от модуля коэф.передачи исследуемого СВЧ-элемента 6,поступает на индикатор 23. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. расщепитель 10 на три луча образуют канал опорных колебаний.Устройство работает следующим образом.СВЧ-сигнал. от высокочастотного генератора 1 поступает на вход первого делителя 2, на выходах которого получаются два синфазных сигнала. Один из этих сигналов поступает в измерительный канал и, пройдя первый вентиль 4 и исследуемый СВЧ-элемент 6, изменяет свою фазу и амплитуду в соответствии с фазой и модулем коэффициента передачи исследуемого СВЧ-элемента 6. Далее этот сигнал поступает на второй делитель мощности 3, на выходах которого получаются три синФазных сигнала одинакового уровня, один из которых поступает на управляющий вход первого Фазового детектора 12, второй - на управляющий вход второго фазового детектора 13 и третий - на управляющий вход третьего Фазового детектора 14.Сигнал с второго выхода первого делителя мощности 2 поступает в канал опорных колебаний, Пройдя через второй ферритовый вентиль 5, этот сигнал поступает на модулирующий вход источника 7 когерентного света. Модулированный по поляризации световой пучок с источника 7 проходит через первый оптический фазовращатель 8 и поступает на оптический расщепитель 10, с которого выходят три световых пучка равной интенсивности, Первый световой пучок с выхода оптического расщепителя 10 поступает на вход первого фазового детектора 12, второй из этихпучков через второй оптический фазовращатель 9 поступает на вход второго фазового детектора 13, а третий пучок через полуволновую фазосдвигающую пластинку 11 - на вход третьего Фазового детектора 14.При прохождении через электрооптические модуляторы 15 световых пучков, модулированных по поляризации опорными колебаниями, между ортогональными компонентами поляризации возникает добавочный сдвиг, но уже пропорциональный амплитуде и фазе СВЧ- колебаний из измерительного канала, прошедших .исследуемый СВЧ-элемент 6 и поступающих на электроды электро- оптических модуляторов с второго делителя мощности 3.Оптические анализаторы, установленные в электрооптических модуляторах 15, выделяют линейную поляризацию и тем самым превращают двойную модуляцию световых пучков по поляризации .колебаниями опорного и измерительного каналов в модуляцию этих пучков по интенсивности.Поскольку одинаковы интенсивности всех трех световых пучков, поступаю-. щих на входы электрооптических модуляторов 15 с оптического расщепителя 10 и одинаковы амплитуды колебаний измерительного канала, поступающие на управляющие входы модуляторов 15 с второго делителя мощности 3, то величины постоянных составляющих токов на выходе Фильтров 17 нижних частот также будут одинаковы.Фазораэностная составляющая сигнала на выходе фильтра 17 нижних частот первого фазового детектора 12 пропорциональна произведению бесселевыхфункций первого порядка от Поп и Пиэ на синус разности фаз между колебаниями опорного и измерительного ка: налов.Световой пучок, попадающий на вход третьего Фазового детектора 14, проходит через полуволновую фазосдвигающую пластину 11, которая опрокидывает фазу модуляции на противоположную и,следовательно, фазоразностная составляющая на выходе фильтра 17 нижних частот третьего фазового детектора 14 будет равна произведению бесселевых функций первого порядка от Пи П на минус синус разности фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов, т,е. будет равна фазоразностной составляющей с выхода первого фазового детектора 12 но протитвоположна ей по знаку.Световой пучок, поступающий навторой фазовый детектор 13, за счетвторого оптического фазовращателя 9проходит оптический путь на четвертьдлины волны СВЧ-сигнала больший, чемсветовые пучки, поступающие на первый 12 и третий 14 фазовые детекторы.10 В результате фазоразностная составляющая на выходе фильтра 17 нижних частот второго фазового детектора 13 пропорциональна произведениюбесселевых функций первого порядка 15 от Б, и П 5 на косинус разности фазмежду колебаниями опорного и измерительного каналов.Сигналы с выхода первого 12 и третьего 14 фазовых детекторов поступа ют на входы третьего сумматора 20,где происходит их суммирование. Поскольку постоянные составпяющие токовлавинных фотодиодов 16 одинаковы по.амплитуде и знаку, то они просумми руются, а Фазоразностные составляющиекомпенсируются, так как они одинаковы по амплитуде, но обратны по знаку.На выходе третьего сумматора 20 будет получена постоянная составляющая токов Фотодиодов. Эта постояннаясоставляющая с выхода третьего сумматора 20 поступает на вторые входыпервого 18 и второго 19 сумматоров,на первые входы которых поступаютсигналы с выходов второго 13 и третьего 14 Фазовых детекторов, В сумматорах 18 и .19 происходит компенсация постоянной составляющей токовлавинных фотодиодов 16, и сигнал на 40выходе второго сумматора 19 равенфазоразностной составляющей с выхода третьего фазового детектора 14,пропорциональной синусу разности фазколебаний в опорном и измерительном 45каналах, а сигнал с выхода первогосумматора 18 равен фаэоразностнойсоставляющей с выхода второго фазового детектора 13, пропорциональнойкосинусу разности фаз колебаний вопорном и измерительном каналах, Эти 50 сигналы поступают на входы аналогового блока 21 деления, где происходитделение их друг на друга, В результатесигнал на выходе блока 21 деления пропорционален тангенсу разности фаэ меж ду колебаниями опорного и измерительного каналов и не зависит от амплитудысигнала в измерительном канале,т,е. модуля коэффициента передачи ис1223164 Составитель Е.АдамоваТехред И,Попович Редактор А.Козориз Корректор С,Шекмар Заказ 1708/48 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5:ледуемого СВЧ-элемента 6. Этот фазоразностный сигнал с блока 21 деления поступает на индикатор 22 фазы, где индицируется, 5Кроме того, постоянная составляющая токов фотодиодов зависит от амплитуды сигнала в измерительном канале, т,е, от модуля коэффициента передачи исследуемого СВЧ-элемента 6, 10 но не зависит от разности фаз колебаний в опорном и измерительном каналах. Эта составляющая с выхода третьего сумматора 20 поступает на вход дополнительного индикатора 23, програ дуированного в единицах модуля коэффициента передачи, где индицируется.Начальную калибровку предлагаемого устройства можно проводить с помощью первого оптического фазовращате ля 8 в режиме калибровки, когда исследуемый СВЧ-элемент 6 исключен из измерительного тракта,25Формула изобретения 1, Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее высокочастотный генератор, соединенный с О первым делителем мощности, к первому выходу которого подключен первый ферритовый вентиль, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, к второму выходу первого делителя мощности подключен второй ферритовый вентиль, соединенный с модулирующим входом источника когерентного света, оптически связанного с первым оптическим фазовращателем, первый фазовый детектор, включающий последовательно соединенные лавинный фотодиод и фильтр нижних частот, выход последнего из которых является выходом фазового детектора, и индикатор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений фазовых характеристик, в фазовый детектор введен электрооптический модулятор,включенный на входе лавинного фотодиода, вход электрооптического модулятора является входом фазовогодетектора, между выходом первого оптического фазовращателя и индикаторомпоследовательно включены оптическийрасщепитель на три луча, второй оптический фазовращатель, второй фазовыйдетектор, идентичный первому, первыйсумматор и блок деления, между вторымвыходом оптического расщепителя натри луча и вторым входом блока деленияпоследовательно включеныполуволноваяфаэосдвигающая пластина, третий фазовый детектор, идентичный первому,и второй сумматор, третий выход оптического расщепителя на три луча оптически соединен с входом первого фазового детектора, к выходу которогоподключен третий сумматор, выход третьего сумматора соединен соответственно с вторыми входами первого ивторого сумматбров, выход третьегофазового детектора соединен с вторымвходом третьего сумматора, а такжевведен второй делитель мощности, входкоторого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента,а его выходы соответственно соединены с управляющими входами электрооптических модуляторов первого,второго и третьего фазовых детекторов.2, Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей путем измерения модуля коэффициента передачи, к выходу третьего сумматора подключен дополнительный индикатор,