Устройство для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПжЛИК З 5 В С 01 К 25/02 ЕН 21) 3369668/18-0922) 06.11.8146) 07.06. 83. Бюл72) В.Т.Ревин71) Минский радиут отехнический инсти 88. 8)свидетельство СССВ. 25/02, 1979.детельство СССРС 01 й 25 00 2. чаю онный после роват котор ного Устр щ е цифр оват ля н го я ифро ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ ПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) 1.устРойство для измеРения ФАЗОВЫХ СДВИГОВ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ, содержащее генератор качающейся частоты, первый выход которого через основной канал первого направленного ответвителя подключен к входу тройника, а его второй выход - к . входу генератора строб-импульсов, первый выход тройника через первый управляемый аттенюатор и первый ферритавый вентиль соединен с входом основного канала второго направленного ответвителя, выход которого является входом для подключения исследуемого четырехполюсника, а к его вто- . рому выходу последовательно подсоединены второй управляемый аттенюатор и второй ферритовый вентиль и основной канал третьего направленного ответвителя; выход основного канала которого является выходом для подключения исследуемого четырехполюсника, стробоскопический преобразователь частоты, вход которого подключен к выходу генератора строб-импуль. сов , а выход - к входу преобразователя частоты, блок, управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к. Управляющим входам первого и второго управляемых аттенюаторов, усилитель и электроннолучевую трубку, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения. точности при измерении фазовых ЯО 1022072 А сдвигов невзаимных четырехполюсников, в устройство введены третий управляемый аттенюатор, коммутационный цифровой фаэометр, генератор метки, блок вывода информации, блок коррекции и сумматор мощности, причем вход третьего управляемого аттенюатора подключен к выходному плечу вторичного канала первого направленного ответвителя, управляющий вход - к третьему выходу блока управления, а выходк первому входу сумматора мощности, к второму, третьему и управляющему входам которого подключены соответственно выходы второго и третьего направленных.ответвителей и блока управления, к выходу сумматора мощ- Е ности подсоединен вход стробоскопического преобразователя частоты, вход коммутационного цифрового фазометра подключен к выходу преобразователя частоты, а его первый, второй и третий выходы подключены соответственно к входам блока управления, блока вывода информации, блока коррекции и усилителя, к первому, второму и тре- )а тьему входам электройнолучевой труб- гаво ки подключены соответственно выходы блока вывода информации, усилителя и генератора метки, к входу Я которого подсоединен выход генератора качающейся частоты, второй выход генератора метки соединен с аьД вторым входом блока вывода информации, а первый и второй выходы блока фМ коррекции подключены соответственно к третьему входу блока вывода информации и корректирующему входу фв усилителя. ойство по п.1, о т л и е с я тем, что коммутациовой фазометр состоит иэ ельно соединенных формиапряжений, триггера, выход вляется входом коммутацион вого фаэометра, фиксатора1022072 уровня, сумматора импульсов, аналого-цифрового преобразователя, причемвторой выход триггера, выход аналогоцифрового преобразователя и второй Изобретение относится к техникеизмерений на СВЧ,Известно устройство для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников, содержащее генератор качающейся частоты, блок управления, модулятор, делитель мощности, два управляемых аттенюатора, два ферритовыхвентиля, четыре направленных ответвителя, два СВЧ переключателя, отрезок волновода, исследуемый невзаимный четырехполюсник, два управляемых СВЧ переключателя, два тройника, квадратурный и противофазныйвосьмиполюсники, четыре детектоРа, 15две схемы вычитания, двухканальныйэлектронный коммутатор, синхронныйдетектор, индикатор с нулем в середине шкалы, электроннолучевую трубку 1.В этом измерителе существует погрешность измерения, обусловленнаяналичием в измерительном трактеквадратурного и противофаэного восьмиполюсников, в которых производитсяинтерференция СВЧ сигналов, необходимость предварительного измеренияослаблений исследуемого четырехполюсника для введения пЬправок в результат измерения, что также ведетк увеличению погрешности измерения. ЗОНаиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников, содержащеегенератор качающейся частоты, пер-35вый выход которого через основнойканал первого направленного бтветвителя подключен к входу тройника, аего второй выход - к входу генератора строб-импульсов, первый выход 4 Отройника через первый управляемыйаттенюатор и первый ферритовый вентиль соединен с входом основного канала второго направленного ответвителя, выход которого является входом 45для подключения исследуемого четырехполюсника, а .к его второму вьцсоду последовательно подсоединены второй управляеияй аттенюатор, второйферритовый вентиль и основной каналтретьего направленного ответвителя 5 Овыход основного канала которого яв-ляется выходом для подключения исслЕдуемого четырехполюсника, стробосхопический преобразователь частоты,выход сумматора импульсов являютсясоответственно первым, вторым и третьим выходами коммутационного цифрового фазометра вход которого подключен к выходу генератора строб-импульсов, а выход -к входу преобразователя частоты, блок управления, первый и второй выходыкоторого подключены соответственно куправляющим входам первогои второгоуправляемых аттенюаторов, усилитель и электроннолучевую трубку Г 2. Однако данное устройство не,обеспечивает высокую точность измерений фазовых сдвигов невзаимных четырехполюсников.Цель изобретения - повышение точности при измерении фазовых сдвигов невзаимных четырехполюсииков. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазовых сдвигов четырехполюсников, содержащее генератор качающейся частоты, первый выход которого через основной канал первого направленногоответвителя подключен к входу тройника, а его второй выход - к входу генератора строб-импульсов, первый выход тройника через первый управляемый аттенюатор и первый ферритовый вентиль соединен с входом основного канала второго направленного ответвителя, выход которого является входом для подключения исследуемого четырехполюсника, а к его второму выходупоследовательно подсоединены второйуправляеьый аттенюатор, второй ферритовий вентиль и основной канал третьего направленного ответвителя, вы-. ход основного канала которого является выходом для подключения исследуемого четырехполюсника, стробоскопический преобразователь частоты, входкоторого подключен к выходу генератора строб-импульсов, а выход - квходу преобразователя частотн блокуправления, первый и второй выходыкоторого подключены соответственно к управляющим входам первого и второгоуправляеьих аттенюаторов, усилительи электроннолучевую трубку, введенытретий управляеьюй аттеиюатор, коммутационный цифровой фазометр, генератор метки, блок вывода информации,блок коррекции и сумматор мощности,причем вход третьего управляемогоаттеиюатора подключен к выходномуплечу вторичного канала первого направленного ответвителя, управляющийвход - к третьему выходу блока управления, а выход - к первому входусумматора мощности, к второму, третьему и управляющему входам которогоподключены соответственно выходы второго и третьего направленных ответвителей и блока управления, к выходусумматора мощности подсоединен входстробоскопического преобразователячастоты, вход коммутационного цифрового Фаэометра подключен к выходупреобразователя частоты, а его первыйвторой и третий выходы подключены соответственно к входам блока управления, блока вывода информации, блокакоррекции и усилителя, к первому,второму и третьему входам электроннолучевой трубки подключены соответственно выходы блока вывода информации, усилителя н генератора метки,к входу которого подсоединен выходгенератора качающейся частоты, второй 20выход генератора метки соединен свторым входом блока вывода информации, а первый и второй выходы блокакоррекции подключены соответственно ктретьему входу блока вывода информации и корректирующему входу усилителя, при этом коммутационный цифровойфазометр состоит из последовательносоединенных формирователя напряжений,триггера, выход которого является , З 0входом коммутационного цифрового фазометра, фиксатора уровня, сумматораимпульсов, аналого-цифрового преобразователя, причем второй выход триггера, выход аналого-.цифрового преобразователя и второй выход сумматора импульсов являются соответственно первым, вторым и третьим выходами коммутационного цифрового фазометра.1на Фиг,1 приведена структурная схема устройства для измерения фазовыхсдвигов четырехполюсииков, на фиг.2структурная схема коммутационногоцифрового Фазометра,Устройство для измерения фазовых 45сдвигов четырехполюсников, содержитгенератор 1 качающейся частоты, первый выход которого через основной канал направленного ответвителя 2 подключен к входу тройника 3, а еговторой выход - к входу генератора 4строб-импульсов, первый выход тройника 3 через управляемый аттенюатор5, ферритовый вентиль б соединен свходом основного канала направленного ответвителя 7, выход которого является входом для подключения исследуемого четырехполюсника 8, а к еговторому выходу последовательно подсоединены, управляемый аттенюатор 9,ферритовый вентиль 10 и основной канал направленного ответвителя 11, выход основного канала которого является выходом для подключения исследуемого четырехполюсника 8, стробоскопический преобразователь 12 частоты, 5 вход которого подключен к выходу генератора 4 строб-импульсов, а выход -к входу преобразователя 13 частоты,блок 14 управления, первый и второйвыходы которого подключены соответственно к управляющим входам управляеьых аттенюаторов 5 и 9, усилитель 15,электроннолучевую трубку 16, управляемый аттенюатор 17, коммутационныйцифровой Фазометр 18, генератор 19метки, блок 20 вывода информации,блок 21 коррекции и сумматор 22 мощности, причем коммутационный цифровойфазометр 18 состоит из последователь-.но соединенных формирователя 23 напряжений, триггера 24,. выход которого является входом коммутационногоцифрового фазометра 18, фиксатора25 уровня, сумматора 2 б импульсов ианалого-цифрового преобразователя 27.Устройство работает следующим образом.В режиме калибровки вместо исследуемого четырехполюсника 8 втракт включается эквивалентный погеометрическим размерам четырехполюсник, не вносящий в тракт фазовогосдвига. На .генераторе 1 качающейсячастоты устанавливаются необходиьиедля проведения измерений пределы качания частоты. Блок 14 управления пе-реводится в режим измерения прямого(обратного или невзаимного в зависимости от задачи измерения-) Фазовогосдвига. При таком состоянии блока 14управления управляеьий аттенюатор 5находится в закрытом состоянии и отключается от выхода сумматора 22 мощ- .ности выход направленного ответвителя11Предположим, что в начальный момент работы измерителя блок 14 управления.установился в такой режим, прикотором управляемый аттенюатор 9 закрыт, а управляемый аттенюатор 17 .открыт. В,этом случае СВЧ сигнал поступает от генератора 1 качающейся частоты на вход направленного ответвителя 2 с выхода которого часть СВЧ сигнала определяемаяпереходным ослаблением ответвителя) через открытыйуправляемяй аттенюатор 17, сумматор22 мощности поступает на вход стробокопического преобразователя 12 частоты. После двойного преобразованиячастоты в стробоскопическом преобразователе 12 и преобразователе 13 частоты сигнал измерительнойинформациипоступает на вход коммутационногоцифрового фазометра 18 и описываетсявыражениемПосле прохождения определенного целого, определяемого конкретной схемой,построения триггера 24,количества периодов исследуемого сигнала с выхода коммутационного цифрового Фаэометра 18 на вход блока 14 управления5 подается управляющий сигнал, который осуществляет перекоммутацию управляемых аттенюаторов 5, 9 и 17, В этом случае закрывается управляемый аттенюатор 17 и открывается управляемый аттенюатор 9. При этом СВЧ сигнал генератора 1 качающейся частоты чвреэ направленный ответвитель 2, тройник 3, управляемый аттенюатор 9, ферритовый вентиль 10, направленный ответвитель 11 ( эквивалентный), четырехполюсник 8, направленный ответвитель 7 поступает на вход ферритового вентиля 6 и поглощается им, С выхода направленного ответвителя 7 снимается 20 СВЧ сигнал, который через сумматор 22 мощности, стробоскопический преобразователь 12 и преобразователь 13 частоты, в котором осуществляется его преобразование на низкую промежуточ ную частоту, поступает на вход коммутационного цифрового фазометра 18 и описывается выражениемО =К О Чи(аа+Ч )где К - коэффициент передачи иэмерительного трактафазовый сдвиг, вносившийизмерительным трактом.После прохождения определенного 35целого количества периодов второгоисследуемогосигнала с выхода коммутационного цифрового Фазометра 18подается управляющий сигнал на входблока 14 управления, который возвращает измеритель в первоначальное состояние и процесс измерения повторяется. Во время описанного цикла измерения частота генератора 1 качающейсячастоты остается неизменной. 15Поскольку фаэовые сдвиги и %не равны друг другу в общем случае),то один полупериод коммутации по времени будет больше или меньше (в зависимости от величины фазовых сдвигов) второго полупериода. Равенствополупериодов наступит только в случае, когда разностьи 9 будетравна .180 ф. Таким образом, временнаяразность полупериодоЮ коммутации будет однозначно определять разностьФазовых сдвигов ф и ф . Последующими схемными элемейтами коммутационного цифрового фазометра временная разность преобразуется в постоянное напряжение и,затем в цифровой код. Постоянное напряжение усиливается усилителем 15 и поступает на электроннолучевую трубку 16. Цифровой код поступает на входы блока 20 вывода информации и блока 21 коррекции. Блок 20 вывода и нформации преобразует цифровой код по сигналу с генератора 19 метки непосредственно в цифры и выводит для индикации на электроннолучевую трубку ( ЭЛТ) 16Блок 21 коррекции запоминает цифровую информацию о Фазовом сдвиге, вносимом измерительным и преобразовательным трактом, и по специальной команде оператора или автоматически корректирует и нормализует сигналы, поступающие на ЭЛТ 16, как в цифровой, так и в аналоговой формах. В этом случае на экране ЭЛТ 16 наблюдается прямая линия, расположенная строго по центру экрана, и индицируются нули.Калибровка измерителя на измерение прямого и невзаимного фазовых сдвигов осуществляется аналогично, только в . случае калибровки обратного фазового сдвига постоянно выключается управляемый аттенюатор 9 и от выхода сумматора 22 мощности отключается выход направленного ответвителя 7, а подключается выход направленного ответвителя 11. В случае калибровки измерителя на измерение невзаимного фазового сдвига постоянно выключается управляемый аттенюатор 17, а управляемае аттенюаторы 5 и 9 попеременно коммутируются.В режиме измерения фазовых сдвигов исследуемый четырехполюсник 8 включается в измерительный тракт, измеритель устанавливается в один иэ четырфх алгоритмов работы (измерение прямого фазового сдвига 9 п , измерение обратного Фазового сдвига, измерение невэаимного фазового сдвига, панорамное наблюдение прямого, обратного и невэаимного фазовых сдвигов).Процесс измерения осуществляется аналогично процессу калибровки. При этом на экране ЭЛТ 16 могут наблюдаться как исправленные (скорректированные), так и неисправленные содержащие значения фазового сдвига, вносимого самим измерительным трактом) результаты измерения как в панорамной, так и в цифровой формах.В описанном измерителе соблюдаются следующие соотношения между частотой качания генератора, 1 Г , которая определяет и время развертки панорамного индикатора, частотой коммутации Й , промежуточной частотой исследуемого сигнала Ж и частотой повторения стробирующих импульсов т.ийКгде И - количество точек на экранеэлектроннолучевой трубки 16, необходимое для получения непрерывной линии- -с03Я.5- . интлен фаз меж и, эквиваряемогона проте20 рвал време ный 1 изм во го сдви г ТОЧНОЙ ВЫС где орения25 частота по. связана Таким образомстроб-импульсов1 К - количество периодов исследуемого сигнала, укладывающееся в одном периоде коммутации, определяется структурой триггера 24 коммутационного цифрового фаэометра 18 с учетом обеспечения заданного быстродействия всего фаэоМетра в целом.Исходя иэ заданной погрешности 3 преобразования измерительной информации в стробоскопическом преобразователе 12, определяется частота повторения строб-импульсовжуточной частотой исследуемого сигнала и частотой коммутации выражениями3 ю тчф Ж 360 КР. 0 К И 7 К 360Из этой формулы, задавшись погреаиостью стробоскопического преобразования и частотой качания генератора, можно определить,и,9Таким образом, йредлага-.мое устройство по сравнению с известным обеспечивает более точное измерение фазовых сдвигов на частотах от 2 до 12000 МГц (погрешность измерений составляет + 1), позволяет уменьшить время измерения каждого из трех параметров (исключая время калибровки) на фиксированной частоте до нескольких десятков миллисекунд,.обеспечить панорамное воспроизведение на экране ЭЛТ 1 б одновременно трех измеряемых параметров. Отсчет величины фазового сдвига осуществляется в цифровой форме, нри этом результат измерения фазового сдвига на заданной частоте индицируется на экране ЭЛТ 16.1022072 ва Соста Гунько ТехреРедак орректор Л.Бокшан Закаэ иал ППП Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 4/37 Тираж 7 ВНИИПИ Государс по делам иэоб113035, Москва,тель Р.К ц Подписноеенного комитета СССРтений и открытий