Устройство для измерения амплитудных и фазовых параметров свч-устройств

(56) Воскресенский Л,И, и др . Антенны и устройства диапазона миллиметровых волн. - Изв. высш. учебн.заведений, Радиоэлектроника, 1985, т, 28,Р 2, с. 4-23,Андрущенко В.Г. и др. Измерениепараметров радиотехн ких цепей,М.: Радио и связь 1984 10(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АМПЛИТУДНЫХ И ФАЗОВЫХ -УСТичес 7) 5 Изобретение относится к радиозмерениям. Цель изобретения - расшиение частотного диапазона и увели- ение диапазона перестройки частотыуемого сигнала. Устройство со-,г-р 1 качающейся частоты, наисслед держит ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ п равленные ответвители 2-5, детек"тор 6, аттенюатор 7, Аазовращатель 8смесители 9 и 10, блок синхронизации11, гетеродины 12 и 13, делители 14и 15 мощности, развязывающие эл-ты16-19 балансные смесители 20 и 21,полосовые фильтры 22 и 23, СВЧ-переключатели 24 и 25, согласованныенагрузки 26 и 27, исследуемое СВЧустр-во 28 и индикатор 29. В устр-веосуществляется обратное преобразование частоты, после чего производитсяобработка сигналов измерительной информации. В устр-ве используется система автоматической регулировки мощности. Выделение и обработка измерительной информации об амплитудных иФазовых параметрах исследуемогоСВЧ-устр-ва 28 осуществляется в индикаторе 29.На его экране производится регистрация измеряемых параметровв цифровой и панорамной Формах. Устрво по и, 2 А-лы отличается выполнением гетеоодина 13. 1 з.п.А-лы 3 илИзобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ-диапазона и может быть использовано для измерения модуля и Ааэы коэффициентов отражения и передачи СВЧ-устройств миллиметрового диапазона.Цель изобретения - расширение частотного диапазона и увеличение диапазона перестройки частоты исследуемо О го сигнала.На Аиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для измерения амплитудных и Фазовых параметров СВЧ-устройств; на Фиг,2 - 15 структурная электрическая схема вто.рого гетеродина; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.Устройство содержит генератор 1 качающейся частоты, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 направленные ответвители, детектор 6, аттенюатор 7, Фазовращатель 8, первый 9 и второй 10 смесители, блок 11 25 синхронизации, первый 12 и второй 13 гетеродины, первый и второй 15 делители мощности, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 развязывающие элементы, первый 20 и второй 21 балансные смесители, первый 22 и второй 23 полосовые Фильтры, первый 24 и второй 25 СВЧ-переключатели, первую 26 и вторую 27 согласованные Нагрузки, исследуемое СВЧ-уст 35 ройство 28, индикатор 29. Второй гетеродин содержит первый 30, второй 31 и и-й 32 генераторы СВЧ-сигнала, .СВЧ-коммутатор 33, управляющий блок 3440Устройство работает следующим образом.Генератор 1 качающейся частоты является источником СВЧ-сигнала сантимет оного диапазона и предназна 45 чен для задания полосы качания частоты исследуемого сигнала, Гетеродин 13 является и-канальным источником сигнала миллиметрового диапазона волн. Каждый генератор СВЧ-сигнала настроен на одну Аиксированную частоту. Разность частот выходного сигнала каждого СВЧ-генератора равна диапазону перестройки генератора 1 качающейся частоты. Коммутацию выходных сигналов генераторов ЗО 55 СВЧ-сигнала осуществляет СВЧ-коммутатор 33, управляемый блоком 34. Гетеродин 13 совместно с делителем 15 мощности, развязывающими элементами18 и 19 и балансными смесителями 20и 21 представляет собой преобразователь частоты. При этом в балансномсмесителе 20 в результате смешиваниясигналов генератора 1 качающейся частоты гетеродина 13 образуется в томчисле и сигнал суммарной частоты Г ++ Г (Г - частота сигнала генератог сра 1 качающейся частоты, Г, - частота сигнала гетеродина), который выделяется с помощью полосового фильтра 22 и поступает в кольцевой измерительный тракт,На выходе измерительного трактаполосовой Аильтр 23 отАильтровываетсигнал суммарной частоты, что необходимо для повышения точности измерения Аазовых параметров. В балансном смесителе 21 происходит обратноепреобразование частоты. В этом случае на его выходе с помощью поспедующего тракта передачи сантиметровогодиапазона выделяется сигнал разностной частоты (й, + й )В результате введения преобразователя частоты появляется возможностьзаменить синтезатор частот достаточно простыми генераторами качающейсяи Аиксированных частот.Принцип образования измерительного сигнала миллиметрового диапазонапоясняется Фиг. 3., на которой приведены следующие обозначения: й, ,;Й- минимальная и максимальнаячастоты полосы качания генератора 1качающейся частоты: Й г 1гтркгчастоты выходных сигналов Генераторов 30-32 СВЧ-сигнала.Обработку сигналов измерительнойинйормации после обратного преобразования частоты можно вести в болеенизком сантиметровом диапазоне.Увеличение диапазона перестройкичастоты исследуемого сигнала осуществляется с помощью введения и генераторов 30-32 СВЧ-сигнала миллиметрового диапазона, настроенных на частоты,разность между которыми выбираетсяравной максимальной частоте качаниягенератора 1 качающейся частоты, Подключение выходов генераторов 30-32к входам оалансных смесителей 20 и 21осуществляется управляющим блоком 34с помощью СВЧ-коммутатора 33. Запускуправляющего блока 34 может осуществляться как оператором, так и по команде блока управления, входящего вз 1442состав генератора 1 качающейся частоты (Функциональная связь на Фиг. 1не показана),Введение развязывающих элементов18 и 19 способствует повьппению точ-.5ности измерения фазовых параметровСВЧ-устройств,так как они препятствуют проникновению сигналов измерительной информации с входа исследуемого СВЧ-устройства на его выходпо цепи гетеродинного сигнала.Гетеродин 12, делитель 14 мощности, раэвязывающие элементы 16 и 17,смесители 9 и 10 представляют собойвторой преобразователь частоты, служащий для преобразования СВЧ-сигнала сантиметрового диапазона на низкую промежуточную частоту. В результате второго преобразования частотыдля выделения и обработки сигналовизмерительной информации примененнизкочастотный индикатор амплитудныхГи Фазовых параметров.,Стабилизациявторой промежуточной частоты осуществляется с помощью блока 11 синхронизации, который управляет частотойвыходного сигнала гетеродина 12 таким образом, что промежуточная частота на выходе смесителя 9 остается по- Зостоянной.Дпя уменьшения неравномерности выходного сигнала генератора 1 качающей"ся частоты применена система автоматической регулировки мощности (АРИ),35состоящая из направленного ответвителя 3, детектора 6 и встроенного в генератор 1 качающейся частоты риаттенюатора, ослабление сигнала в котором зависит от уровня продетектиро-ванного сигнала, поступающего с детек.тора 6.Направленный ответвитель 2 служитдпя создания опорного сигнала. СВЧпереключатели 24 и 25, направленныеответвители 4 и 5, согласованные нагрузки 26 и 27 представляют собойсовместно с исследуемым СВЧ-устройством кольцевой измерительный тракт,который в зависимости от положенияСВЧ-переключателей 24 и 25 позволяетизмерять амплитудные и Фазовые параметры передачи и отражения при прямом и обратном распространении черезисследуемое СВЧ-устройство измерительного сигнала. Так, при измерениипараметра В 1 выход полосового Фильтра 22 посредством СВЧ-переключателя24 подключенк входу основного кана 935 4ла направленного ответвителя 4, а выход основного канала направленного ответвителя 5 подкпючен к входу согласованной нагрузки 26. Выход вторичного канала направленного ответвителя 5 посредством СВЧ-переключателя 25 подключен к входу полосового Фильтра 23, а выход вторичного канала направленного ответвителя 4 - к входу согласованной нагрузки 27Аттенюатор 7 и фазовращатель 8 служат для выравнивания амплитуд сигналов в опорном и измерительном каналах и электрических длин опорного и измерительного каналов.Перед началом измерений производится калибровка устройства. В этом случае вместо исследуемого СВЧ-устройства 28 включается четырехполюсник с единичной матрицей рассеяния СВЧ-переключатели 24 и 25 устанавливаются в положение, при котором обеспечивается измерение параметров передачи. Управляющий блок 34 устанавливается в положение, при котором к выходу СВЧ-коммутатора 33 подключен выход генератора 30 СВЧ-сигнала.В этом случае с выхода генератора 1 качающейся частоты на вход балансного смесителя 20 поступает измерительный сигнале(С) = Есоя(мсС + Чр)е (1) часть которого ответвляется с помощью направленного ответвителя 2. Ответвленный сигнал, пройдя через основной канал направленного ответвителя 3, аттенюатор 7, фазовращатель 8, поступает на вход смесителя 9: ер(С) = Е,р, р,соз(ы,С+М+Ч), (2) где р - переходное ослабление направ. о ленного ответвителя 2;, - ослабление, вносимое аттенюатором 7; ч 4,- Фазовый сдвиг, вносимый фаэо вращателем 8. На второй вход смесителя 9 от гетеродина 12 подается сигнале 1(С) Е с соз (ьЗр 1 С + Цс 1 ) у (3) где Е ,и Ч- амплитуда и начальнаяФаза выходного сигналагетеродина 12.51442935 6В результате частотного преобра- Регулировкой ослабления аттенюзования на выходе смесителя 9 формы- атора 7 добиваются равенства аиплируется опорный сигнал промежуточньй туд сигналов (4) и (9), поступающих частотые на входы опорного и измерительного(е) =Е р ( - )е5каналов индикатора 29: е = Е,р, сов ю,-м, й +ь Ф1 э (4) ьр Рно о нрэР оо = Еа регулировкой вносимого фаэовращагде Е - амплитуда сигнала разност тепем 8 фазового сдвига добиваютсяной частоты, равенстваЭтот сигнал поступает на вход опорного канала индикатора 29.На второй вход балансного смесиилителя 20 поступает с выхода гетеродина 13 сигнал15 его(М = Есоз(ы, + М) (5) где Е,иЮ, - амплитуда и начальнаяФаза выходного сигналагетеродина 13.В результате частотчого пресбразователя сигнала (1) в балансном смесителе 20 на его выходе с помощью полосового фильтра 22 выделяется сигнал суммарной частоты е, = Е созИы,+ ) + Ч, ++ю,1(6) е= Е р сов (м - ш,) С +1 О+ ч,+ 1, (10) Выделение и обработка измерительной .информации об амплитудных и фазовых параметрах исследуемого СВЧ- устройства осуществляется в индикаторе 29Регистрация измеряемых параметров производится на экране индикатора в цифровой и панорамной формах,е, (с) = Е соз И ,+ы) й + М, + М,+ + , (7)В результате преобразования частоты сигнала (7) в балансном смесителе 21 на его выходе присутствует сигнал разностной частотной, выделяемый последующим трактом передачи; Формула изобретения е = Е, соз(ь, + Ч, +Ч) (8)После преобразования частоты сигнала (8) с помощью смесителя 10 на вход измерительного канала индикатора 29 поступает сигнал е,(С) = Е соз И . - М)+ Ч, + + + ц 1. (9) где Е ,- амплитуда сигнала суммарной частоты, который после прохождения четырехполюсника с единичной .матрицей рассеяния получает дополнительный фазовый сдвиг Ч, обусловленный электрической длиной кольцевого измерительного тракта, при этом сигнал поступающий на Вход балансного смесителя 21 описывается выражением Процесс калибровки по параметрам отражения осуществляется аналогичным образом.В процессе измерения амплитудных и фазовых параметров вместо четырехполюсника в иэмерительнвй тракт вклю чается исследуемое СВЧ-устройство. Б этом случае на вход измерительного канала индикатора 29 поступает сиг- нал 30 где Я.и ц - ослабление и Фазовыйсдвиг, вносимые исследуемым СВЧ-устройством,451. Устройство для измерения ампли"тудных и фазовых параметров СВЧ-устройств, содержащее последовательно соединенные генератор, качающейся частоты, первьй направленный ответвитель, второй направленньй ответвитель и детектор, выход которого подключен к входу генератора качающейся частоты, последовательно соединенные блок синхронизации, первый гетеродин, первьй делитель мощности, первьй раэвяэывающий элемент, первый смеситель и индикатор, второй вход которого череэ последовательно соединенные второй смеситель и второй раэвяэывающий1442элемент подключен к второму выходу первого делителя мощности, выход первого смесителя подключен к входу блока синхронизации, последовательносоединенные первый СВЧ-переключатель,5третий направленный ответвитель, вто. рой СВЧ-переключатель и первая согласованная нагрузка, второй выход первого СВЧ-переключателя подключен к 10 второй согласованной нагрузке, а третий выход через четвертый направленный ответвитель - к второму входу второго СВЧ-переключателя, второй выход третьего направленного ответ15 вителя и второй выход четвертого направленного являются входами для под-, ключения исследуемого СВЧ-устройства, о т л и ч а ю щ .е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, введены последовательно соединенные аттенюатор и фазовращатель, выход которого соединен с вторым входом первого смесителя, вход аттенюатора - с вторым выходом второго направленного ответвителя, последовательно соединенные первый полосовой фильтр, первый балансный смеситель,935 8третий развяэывающий элемент, второй делитель мощности, четвертый раэвязывающий элемент, второй балансный смеситель и второй полосовой фильтр, вход которого соединен с вторым выходом второго СВЧ-переключателя, выход первого полосового фильтра соединен с входом первого СВЧ-переключателя, вход второго делителя мощности соединен с выходом введенного второго гетеродина, второй вход первого балансного смесителя соединен с вторым выходом первого направленного ответвителя, выход второго балансного смесителя соединен с вторым входом второго смесителя. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения диапазона перестройки частоты исследуемого сигнала, второй гетеродин состоит из и генераторов СВЧ-сигнала, выходы которых подключены к входам СВЧ-коммутатора, управляющим выходом соединенного с управля-, ющим блоком, выход СВЧ-коммутатора является выходом второго гетеродина.оставитель В ехред. Л. Олийи Редактор Е. Папп Лончакона Корректо Закаэ 6381/4 Подписного комитета СССР Тираж 772ВНИИПИ Государствен ии и открытии ушская наб., д. 4/5 полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная,иэводст по делам изобр113035, Москва, Жте Р