Устройство для измерения фазовых характеристик

(51)4 С 01 В. 25 02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М Сл М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР 9 943600, кл. С 01 К 25/02, 1982.Авторское свидетельство СССР У 958983, кл. С 01 К 25/02, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (57) Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повьппение точности измерения фазовых х-к для СВЧ- элементов, имеющих козф. передачи, близкий к единице. Устр-во содержит генератор СВЧ 1, делители мощности 2,15, ферритовые вентили 3,5, исследуемый СВЧ элемент (ИЭ) 4, источник когерентного света 6, оптические фазовращатели (ОФ) 7,13, расщепитель луча 8, фазовые детекторы (ФД) 9,14, сумматоры 16,18, измеритель отношеСйп /,801285399 А 1 ний 17, индикатор фазы 19, источникопорного напряжения 20, ФД состоятиз лавинного фотодиода 10, согласующей цепи 11 и фильтра нижних частот2. Ферритовый вентиль 3, ИЭ 4 и делитель мощности 15 образуют измерительный канал. Сигнал, проходя через него, изменяет свою фазу и амплитуду в соответствии с фазой имодулем коэф. передачи ИЭ 4. Феррито.вый вентиль 5, источник когерентногосвета 6, ОФ 7 и расщепитель луча 8образуют опорный канал. ОФ 7 служитдля калибровки, а ОФ 13 - для сдвигафазы сигнала на 90 , ФД 9, 14 выделяют соответственно косинусную исинусную составляющие разности фазколебаний опорного и измерительногоканала. Сумматоры 16,18 служат длякомпенсации в сигналах соотвФД составляющей, определяемой рабочей точкой лавинного фотодиода О. Сигнал,формируемый измерителем отношений 17,пропорционален тангенсу фаз колебаний в опорном и измерительном каналах. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых характеристик радиоустройств на высоких и сверхвысоких частотах. 5Цель изобретения - повышение точности измерения фазовых характеристик для СВЧ-элементов, имеющих коэффициент передачи, близкий к единице,На чертеже представлена структур ная схема устройства для измерения фазовых характеристик.Устройство для измерения фазовых характеристик содержит генератор 1 СВЧ, выход которого соединен с входом первого делителя 2 мощности, к первому входу которого подключен вход первого ферритового вентиля 3, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента 4, к второму выходу первого делителя 2 мощности подключен вход второго ферритового вентиля 5, выход которого подключен к модулирующему входу источника 6 когерентного света, выход которого оптически связан с входом первого оптического фазовращателя 7, выход которого оптически связан с входом расщепителя 8 луча, первый выход расщепителя 8 луча оптичес ки связан с оптическим входом первого фазового детектора 9, состоящего излавинного фотодиода 10 с согласующей цепью 11 на радиочастотном входе ифильтра 12 нижних частот на выходе,35 второй выход расщепителя 8 луча оптически связан через второй оптический фазовращатель 13 с оптическим входом второго фазового детектора 14, идентичного первому, второй делитель 15мощности, вход которого являетсявходом для подключения исследуемогоСЗЧ-элемента 4, а первый выход дели 40 теля 15 мощности соединен с радиочастотным входом первого фазового детек- " тора 9, второй выход - с радиочастотным входом второго фазового детектора 14, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 16, вывыход которого соединен с первым входом измерителя 17 отношений, выход которого соединен с индикатором 19 фазы, источник 20 опорного напряжения, выход которого соединен с втоход которого соединен с вторым входом 50измерителя 17 отношений, выход первого фазового детектора 9 соединен спервым входом первого сумматора 18,рыми входами первого 18 и второго16 сумматоров. Первый ферритовый вентиль 3, исследуемый СВЧ-элемент 4 ивторой делитель 15 мощности образуютизмерительный канал.Второй ферритовый вентиль 5, источник 6 когерентного света, первыйоптический фазовращатель 7 и расщепитель 8 луча образуют опорный канал., В качестве источника 6 когерентного света с модулирующим входом можетбыть использован полупроводниковыйлазер с модуляцией смещением.Идентичные ферритовые вентили 3 и5 служат для развязки и уменьшениявлияния отраженных волн в измерительном и опорном каналах, согласующиецепи 11 служат для согласования комплексных импедансов лавинных фотодиодов О с каналом измерительных колебаний. Первый оптический фазовращатель 7 служит для калибровки, второйоптический фаэовращатель 13 служитдля сдвига фазы сигнала, которыммодулирован световой луч в каналеопорных колебаний, на 90. Первыйи второй оптические фазовращатели 7и 13 могут представлять собой механически связанную систему иэ четырехзеркал, с помощью которых осуществляется изменение геометрической длиныопорного канала для проходящего светового луча, модулированного опорными колебаниями, и являются стандартными оптическими элементами.Расщепитель 8 луча служит для разделения модулированного опорными колебаниями светового луча на два лучаравной интенсивности и может быть выполнен в виде наклонного полупрозрачного зеркала,Идентичные фильтры 12 нижних частот служат для выделения в токах ла-,винных фотодиодов 10 фазоразностнойсоставляющей между опорными колебаниями, которыми модулирован по интенсивности световой луч, генерируемыйисточником 6 когерентного света, иколебаниями измерительного канала,прошедшими исследуемый СВЧ-элемент 4и поступающими на лавинные фотодиоды10 с согласующих цепей 11,Первый и второй сумматоры 18 и 16служат для компенсации в выходныхсигналах первого и второго фазовыхдетекторов 9 и 14 постоянной составляющей, определяемой положением рабочей точки лавинного фотодиода 10.Компенсирующие напряжения подаются с источника 20 опорного напряжения.Измеритель 17 отношения служит для деления выходных сигналов первого и второго сумматоров 18 и 16.Индикатор 19 фазы служит для индикации Фазоразностного сигнала,Устройство для измерения фазовых характеристик работает следующим образом, 10СВЧ-сигнал от генератора 1 СВЧ поступает на вход первого делителя 2 мощности, на выходах которого получаются два синфазных сигнала. Один из этих сигналов поступает в измери" 5 тельный канал и, пройдя через первый ферритовый вентиль 3 и исследуемый СВЧ-элемент 4, изменит свою фазу и амплитуду в соответствии с фазой и модулем коэффициента передачи иссле дуемого СВЧ-элемента 4. Далее этот сигнал поступает на вход второго делителя 15 мощности, на выходах которого получаются два синфазных сигнала одинакового уровня, один из которых поступает через согласующую цепь 11 на вход лавинного фотодиода 10 первого фазового детектора 9, а второй через согласующую цепь 11 - на вход лавинного Фотодиода 1 О второго 30 фазового детектора 14.Сигнал с второго выхода первого делителя 2,мощности поступает в канал опорных колебаний. Пройдя через второй ферритовый вентиль 5, этот 35 сигнал поступает на модулирующий вход источника 6 когерентного света и осуществляет модуляцию по интенсивности генерируемого этим источником светового излучения СВЧ опорными ко- О лебаниями.Модулированный псь интенсивности световой пучок с источника 6 когерентного света проходит через первыйоптический фазовращатель 7 и поступает на расщепитель 8 луча. С расщепителя 8 луча выходят два световых пучка равной интенсивности. Первый из этих пучков поступает на оптический вход первого фазового детектора 9. 50 Второй световой пучок с расщепителя 8 луча поступает на второй оптический Фазовращатель 13 и далее на оптический вход второго фазового детектора 14. Длины путей оптических пучков 5 от расщепителя 8 луча до лавинного фотодиода 1 О первого Фазового детектора 9 и от расщепителя 8 луча через второй оптический фазовращатель 13 до лавинного фотодиода 10 второгофазового детектора 14 отличаются начетверть длины волны СВЧ-сигнала,поступающего с генератора 1 СВЧ, которым модулирован по интенсивностисветовой пучок,Токи лавинных Фотодиодов 10 первого и второго фазовых детекторов 9 и4 определяются как действующим наних высокочастотным напряжением, поступившим с согласующих цепей 11 первого и второго фазовых детекторов 9и 14 из измерительного канала, таки интенсивностью оптического излучения, поступающего на них с расщепителя 8 луча и с второго оптического фазовращателя 13. Интенсивность световых пучков меняется в такт с опорнымСВЧ-сигналом, поступающим нэ источник 6 когерентного света с,второгоферритового вентиля 5.Токи лавинных фотодиодов 10 первого и второго фазовых детекторов 9 и14 будут содержать постоянные составляющие, определяемые рабочими точкамилавинных фотодиодов 10, и фазоразностные составляющие. Поскольку длины оптических каналов для световогоизлучения, поступающего на лавинныефотодиоды 10 первого и второго фазовых детекторов 9 и 14, отличаютсяна четверть волны модулирующего излучения СВЧ-сигнала, то составляющиесигнала модуляции оптического излучения на фотодиодах 10 будут сдвинуты по фазе на 90". В результате фазоразностная составляющая тока лавинного фотодиода 1 О первого фазовогодетектора 9 будет пропорциональнакосинусу разности фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов, а фазоразностная составляющаятока лавинного фотодиода 1 О второгофазового детектора 14 будет пропорциональна синусу разности фаз междуколебаниями опорного и измерительного каналовТак как первый и второй Фазовыедетекторы 9 и 14 идентичны, сигналы,поступающие на их радиочастотные входы, одинаковы, а сигналы, поступающие на их оптические входы, различаются лишь фазой сигнала модуляции,то постоянные составляющие токов лавинных фотодиодов 10 первого и второго фазовых детекторов 9 и 14, определяемые рабочей точкой лавинных фотодиодов 10, будут одинаковы, а фазоразностные составляющие токов ла5 128539винных фотодиодов 10 первого и второ-го фазовых детекторов 9 и 14 будутотличаться по фазе: косинус и синусразности фаз колебаний в опорном иизмерительном каналах. Эти составляющие токов лавинных Фотодиодов. 10 первого и второго фазовых детекторов 9и 14 выделяются идентичными фильтрами 12 нижних частот первого и второго фазовых детекторов 9 и 14 и поступают соответственно на первый сумматор 18 и второй сумматор 16. В первом и втором сумматорах 18 и 16 извыходных сигналов первого и второгофазовых детекторов 9 и 14 вычитается 15напряжение, равное по уровню составляющей выходных сигналов первого ивторого фазовых детекторов 9 и 14,определяемых рабочей точкой лавинныхфотодиодов 10. Это напряжение поступает с источника 20 опорного напряжения, уровень его устанавливается вовремя калибровки, когда исследуемыйСВЧ-элемент 4 исключен из тракта.Сигнал с выхода первого сумматора 18 25будет равен произведению амплитудыфазоразностной составляющей выходного сигнала первого Фазового детектора 9 на косинус разности Фаз колеба,ний в опорном и измерительном каналах. Выходной сигнал с второго сумматора 16 будет равен произведениюамплитуды фазоразностной составляющей выходного сигнала второго фазового детектора 14 на синус разности 35Фаз колебаний в опорном и измерительном каналах. Оба выходных сигналапервого и второго сумматоров 18 и 16поступают на первый и второй входыизмерителя 17 отношений, где производится их деление друг на друга. Поскольку амплитуды фазоразностных составляющих первого и второго фазовыхдетекторов 9 и 14 равны, то последвления выходной сигнал измерителя 4517 отношений будет пропорционалентангенсу разности Фаз колебаний вопорном и измерительном каналах ине будет зависеть от уровня напряжения в измерительном канале и интенсивности света в опорном, т,е. от модуля коэффициента передачи исследуемого СВЧ-элемента 4,Сигнал, пропорциональный тангенсуразности фаз в опорном и измерительном каналах, индицируется на индикаторе 19 фазы.Начальную калибровку и установкунапряжения с источника 20 опорного 9 Бнапряжения можно проводить с помощью первого оптического фазовращателя 7 в режиме калибровки, когда исследуемый СВЧ-элемент 4 исключен из измерительного тракта. Для калиброки можно также использовать переключение входов измерителя 17 отношений.С помощью второго оптического фазовращаетля 13 можно сдвигать нулевую точку фазометра, что позволяет регулировать в широких пределах крутизну измерительной характеристики. Ф о р м у л а изобретения Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее генератор СВЧ, выход которого соединен с входом первого делителя мощности, к первому выходу которого подключен вход первого Ферритового вентиля, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, к второму выходу первого делителя мощности подключен вход второго ферритового вентиля, выход которого подключен к модулирующему входу источника когерентного света, выход которого оптически связан с входом первого оптического Фазовращателя, первый фазовый детектор с оптическим и радиочастотным входами, состоящий из лавинного Фотодиода, с согласующей цепью на радиочастотном входе и фильтром нижних частот на выходе и индикатор фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения фазовых характеристик для СВЧ-элементов, имеющих коэффициент передачи, близкий к единице, введен второй делитель мощности, первый выход которого подключен к радиочастотному входу первого фазового детектора, а второй выход - к радиочастотному входу введенного второго фазового детектора, идентичного первому, выход первого оптического фазовращателя оптически связан с входом введенного расщепителя луча, первый выход которого оптически связан с оптическим входом первого фазового детектора, а второй выход через введенный второй оптический фазовращатель - с оптическим входом второго Фазового детектора, выход которого соединен с первым входом введенного первого сумматора, выход которого соединен с первым входом введенного измерителя отношений, выход второго фазового детектора соединен с первым входом вве285399 8торого соединен с вторыми входамипервого и второго сумматоров, входвторого делителя мощности являетсявходом для подключения исследуемого5 . СВЧ-элемента. денного второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом измерителя отношений, выход которого соединен с индикатором фазы, введен источник опорного напряжения, выход коСоставитель Е.АдамоваТехред И. Попович Корректор Г.Решетник Редактор С.Пекарь Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5