Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ИМНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к ради тельной технике, Цель изобретен ширение функциональных воэмож счет обеспечения измерения фазо метров, Измеритель содержит г-р щейся частоты, электронно- индикатор 2, управляемый перекл вентили 6, направленные ответви 10 и 17, исследуемый невзаимный полжжк 9, фазовый детектор 11, емый фазовращатель (УФ) 16, дете 19 и 20, управляемый коммутатор 22, вычислительный блок 23, ЦАП 2 удин ция измереневзаимных Сов. радио,О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Севастопольский приборостроитеный институт(56) Елизаров А. С, Автоматизаний параметров линейныхСВЧ-четырехполюсников. - М1978, с. 130.Авторское свидетельство СССРМ 924623, кл. О 01 й 27/32, 1980,оиэмериия - расностей за вых пара качаю- лучевой ючатель 3, тели 7, 8, четырех- управлякторы 18,21, АЦП 4, цифро1649470 20 30 35 вой индикатор 25; блок 26 гашения луча и блок 27 управления, Работа измерителя начинается с трех этапов калибровки, На первом этапе исключается УФ 16 (разрывается опорный канал) и вместо исследуемого невэаиммого четырехполюсника 9 подключается отрезок регулярного волновода. На втором этапе подключается Уф 16. На третьем этапе измериИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров радиотехнических устройств в диапазоне сверхвысоких частот.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого измерителя; на Фиг, 2 - структурная электрическая схема блока управления.Измеритель содержит генератор 1 качающейся частоты, электронно-лучевой инДикатор 2, управляемый переключатель 3, подключенный к двум цепям 4 и 5 иэ последовательно соединенных первого (второго) вентиля 6 и первого (третьего) направленного ответвителя 7 прошедшей волны, второй направленный ответвитель 8 падающей волны, исследуемый мевзаимный четырех полюсник 9 и четвертый направленный ответвитель 10 прошедшей волны, фазовый детектор 11, содержащий трехдецибельный направленный ответвитель 12 с четвертым и пятым детекторами 13, 14 и блок 15 вычитания, Кроме того, измеритель содержит управляемый фазовращатель 16, пятый направленный ответвитель 17 падающейволны, первый, второй и третий детекторы 18. 19, 20, управляемый коммутатор 21, аналогоцифровой преобразователь 22, вычислительный блок 23, первый цифроаналоговый преобразователь 24, цифровой индикатор 25, блок 26 гашения луча, и блок 27 управления. Блок 27 содержит генератор 28 тактовых импульсов, счетчик 29 импульсов, второй цифроаналоговый преобразователь 30, дешифратор 31, формирователь 32 коротких импульсов, блок 33 питания с программным управлением и усилитель 34 мощности.Измеритель работает следующим образом.На первом этапе калибровки исключается управляемый фазовращатвль 16 (разрываетея опорный канал). Вместо исследуемого тель калибруется на верхней и нижней частотах рабочего диапазона, На этом калибровка заканчивается и вместо отрезка регулярного волновода включается исследуемый невзаимный четырехполюсмик 9 и измеряются заданные параметры, В измерителе могут быть выполнены детектор 11 и блок 27 управления. 2 э,п, ф-лы, 2 ил. невзаимного четырехполюсника 9 подключается отрезок регулярного волновода. Под действием сигнала с первого выхода блока 27 переключатель 3 подключает к выходу пятого направленного ответвителя 17 соединенные последовательно первый вентиль 6, первый и второй направленные ответвители 7, 8 отрезок регулярмого волновода. четвертый и третий направленные ответвители 10, 7 и второй вентиль 6, Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 довторого вентиля 6, где полностью поглощается. При этом на выходах детекторов 13, 14, 18,20 появляются соответственно сигналы 0 1 з = К 1 з Е 1; 014 = К 14 Е 2; 018 = К 18 = = К 18 ЕЗ:020 = К 20 Е 4где К 1 з, К 14, К 18, К 2 о- коэФФициенты преобразования детекторов 13, 14, 18, 20;Е 1 - напряженность электрического поля на входе детектора 13;Е 2 - напряженность электрического поля на входе детектора 14;Ез - напряженность электрического поля на входе детектора 18; Е 4 - напряженность электрического поля на входе детектора 20, .Сигналы 01 з, 014 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого015 К 1 зЕ 1 - К 14 Е 2 (1)Сигналы 015 018. 020 подаются мд уп равляемый коммутатор 21, который под действием сигнала с восьмого выхода блока 27 поочередно подключает выходы блока 15,детекторов 18, 20 к входу аналого-цифрового преобразователя 22. Аналого-цифровой 50 преобразователь 22 запускается сигналом стретьего выхода блока 27 и преобразует сигналы 015. 018, 02 о в цифровые эквиваленты, которые через вычислительный блок 23 беэ изменения подаются на цифровой индика тор 25, где по сигналу с пятого выхода блока27 записываются в память. Ори подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 выхода блока 15 путем оегулировки коэффициента преобразова 1649470ния детектора 14 добиваются по цифровомуиндикатору 25 выполнения условия015= О, (2)При этом из (1), (2) следует, что (для 3-дБнаправленного ответвителя 12 Е 1=Е 2)К 14 -- К 1 з,(3)ЕгЗначение коэффициента К 14 в дальнейшем не изменяется.При подключении к аналого-цифровомупреобразователю 22 детекторов 18, 20 путемрегулировки коэффициента преобразованиядетектора 20 добиваются по цифровому индикатору 25 условия018 = 020. (а)При этом из (4) следует, чтогК 18 ЕзЕ 4Значение коэффициента К 20 в дальнейшем не изменяется.На втором этапе калибровки подключается управляемый фазовращатель 16. Навыходах детекторов 13, 14 появляются сигналы01 з =К 1 з(Е 1 +Ег +2 Е 1 Егсоэр 1);014 = К 14 ( Е 1 + Е 2 - 2 Е 1 Е 2 совр ),где 01 -фазовый сдвиг между сигналами Е 1,Ег обусловлен неравенством электрическихдлин опорного и измерительного каналов.Сигналы 01 з, 014.подаются на блок 15,сигнал на выходе которого с учетом(3) имеетвид015 = 4 К 13 Е 1 Е 2 соэу 1При подключении к аналого-цифровомупреобразователю 22 выхода блока 15 путемрегулировки фазового сдвига, обеспечиваемого управляемым фазовращателем 16, добиваются равенства электрических длинопорного и измерительного каналов по максимуму показаний цифрового индикатора25. По достижении равенства электрическихдлин опорного и измерительного каналовр=0 и, следовательно0 15= 4 К 1 зЕ 1 Ег,Значение сигнала управляемым фазовращателем 16, соответствующее этому состоянию управляемого фазовращателя, вдальнейшем не изменяется,Далее путем регулировки фазовогосдвига, обеспечиваемого управляемым фаэовращателем 16, добиваются нулевого показания цифрового .индикатора 25, Приэтом сигналы на выходах детекторов 14, 13и блока 15 будут иметь вид01 з = К 1 з ( Е 1 + Е 2 +2 Е 1 Е 2 созе),014 = К 14 ( Е 1 + Ег - 2 Е 1 Е 2 соэрг ),015 =4 К 13 Е 1 Е 2 созРР = 0.ЛОткуда получаем щ = - . Значение сиг 2нала управления управляемым фазовращате 5 лем 16, соответствующее второму состояниюуправляемого фазовращателя 15, в дальнейшем также остается постоянным.На третьем этапе калибровки сигналомс первого выхода блока 27 управляемый пе 10 реключатель 3 подключает выход пятого направленного ответвителя 17 к соединеннымпоследовательно третьему и четвертому направленным ответвителям 7, 10 отрезку регулярного, волновода, второму и первомунаправленным ответвителям 8, 7 и второмувентилю 6, Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второговентиля 6, где полностью поглощается. Приэтом на выходах детекторов 18. 19 появляются сигналы соответственно018 = К 18 Е 1;019 = К 19 Е 5где К 19 - коэффициент преобразования детектора 19;25 Е 5 - напряженность электрического поля на выходе детектора 19.При .подключении к аналого-цифровомупреобразователю 22 детекторов 18, 19 путемрегулировки коэффициента преобразования30 детектора 19 добиваются по цифровому индикатору условия019 = 018 (6), При этом из (6) следует, что35 К 19 - (7)Значение коэффициента К 19 в дальнейшем не изменяется,40 По сигналу со второго выхода блока 27генератора 1 перестраивается на другую частоту и процесс калибровки повторяется.После калибровки измерителя на верхнейчастоте рабочего диапазона генератор 1 ус 45 танавливается в исходное состояние (перестраивается на нижнюю частоту рабочегодиапазона), На этом калибровка заканчивается и вместо отрезка регулярного волновода включается исследуемый невзаимный50 четы рехполюсник 9. Под действием сигналас первого выхода блока 27 управляемый переключатель 3 подключает к выходу пятогонаправленного ответвителя 17 соединенные последовательно первый вентиль 6,55 первый и второй направленные ответвители7, 8,исследуемый невзаимный четырехполюсник 9, четвертый и третий направленныеответвители 10, 7 и второй вентиль 6. Сигналом с седьмого выхода блока 27 управляемый фазовращатель 16 устанавливается в1649470 5 10 15 20 25 3 О,В 1 Од б свое первое состояние, соответствующее фаэовому сдвигу, при котором обеспечивается равенство электрических длин опорного и измерительного каналов, Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается, При этом на выходах детекторов 13, 14, 18, 20 появляются сигналы01 з =К 1 з(Е 1 +Е 2 +2 Е 1 Е 2 создЪ):014 = К 14 ( Е 1 + Е 2 - 2 Е 1 Е 2 созуЪ );018 К 18 ЕЗ, 019 К 19 Е 5:02 О = К 2 ОЕ 4,где уЪ -измеряемый фазовый сдвиг.Сигналы 01 з, 014 подаются на блок 15. сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид015 =4 К 13 Е 1 Е 2 совках.Под действием сигнала с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 поочередно подключает выходы детекторов 18, 19, 20 и блока 15 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который поочередно запускается сигналом с третьего выхода блока 27, преобразует сигналы 018, 019, 02 о, 015 в цифровые эквиваленты 018, 019, 020, 015 и передает их на вычислительный блок 23, По сигналу с четвертого выхода блока 27 вычислительный блок 23 запоминает эти сигналы для дальнейшего использования. По сигналу с восьмого выхода блока 27 управляемый фаэовращатель 16 устанавливается в свое второе состояние и на выходах детекторов 13, 14 появляются сигналы 01 з = К 1 з(Е 1 + Е 2 +2 Е 1 Е 2 зйуЪ)014 = К 14 ( Е 1 + Е 2 - 2 Е 1 Е 2 8 пдву );Сигналы 01 з, 014 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид015 =4 К 1 з Е 1 Е 2 8 пдву.По сигналу с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 подключает выход блока 15 к входу аналого-циФрового преобразователя 22, который преобразует сигнал 015 в цифровой эквивалент 015 и передает его на вычислительный блок 23, запоминающий этот сигнал для дальнейшего использования.Под действием сигнала с первого выхода блока 27 управляемый переключатель 3 подключает выход пятого направленного ответвителя 17 к соединенным последовательно третьему и четвертому направленным ответвителям 7, 10, исследуемому невзаимному четырехполюснику 9. второму и первому направленнымответвителям 8,7 и второму вентилю 35 40 45 50 55 6. Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается, При этом на выходах детекторов 19,20 появляются соответственно сигналы019 = К 19 Е 55; 028 =. К 2 ОЕ 4 .Под действием сигнала с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 поочередно подключает выходы детекторов 19, 20 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который запускается сигналом с третьего выхода блока 27, преобразует сигналы 019, 020 в цифровые эквиваленты 019, 02 о и передает их на вычислительный блок, запоминающий эти сигналы, и по седьмому импульсу с четвертого выхода блока 27 по заложенной в его постоянную память программе реализует следующие алгоритмы Кп = 1019);Кобр = 1019/ 020 М 9 0184)018" 019Гпр = р018ФФРО 20: 015Гобр = , 10 х = агстЦ в г-,015 где Кпр, Кобр - модули коэффициентов передачи исследуемого невзаимного четырехполюсника 9 в прямом и обратном направлениях;Гпр, Гобр - МОдуЛИ КОЭффИцИЕНтОВ Отражения в прямом и обратном направлениях;Ъ - измеряемый фазовый сдвиг коэффициента передачи в прямом .правлении;Р - вентильное отношение.ЗначениЯ паРаметРов Кпр, Кобр, Гпр, фх, Гобр, Р на Данной частоте генеРатоРа 1 запоминаются в вычислительном блоке 23.По сигналу с блока 27 генератор 1 перестраивается на другую частоту и процесс измерения повторяется. Одновременно с этим по сигналу с четвертого выхода блока 27 осуществляется выборка из памяти вычислительного блока 23 измерительной информации и передача ее в цифроаналоговый преобразователь 24, который преобразует ЦИФРОВЫЕ СИГНаЛЫ Кпр. Кобр, Гобр, Гпр, ДЪ,ф в аналоговые сигналы и поочередно передает их на вертикальные пластины электроннолучевого индикатора 2. Таким образом, на его экране образуется совокупность светящихся точек, из которых формируется изображение частотных характеристик измеряемых параметров, Одновременно на табло цифровогоинвертора блока 32 подается нэ пятый вы.ходблока 27 и предназначен для обеспечения записи информации с вычислительного блока в блок памяти цифрового индикатора 25. Сигнал с четвертого инвертора блока 32 поступает на шестой выход блока 27 и предназначен для гашения обратного хода луча электронно-лучевого индикатора 2. Блок 33 вырабатывает сигнал управления управляемым фазовращателем 16, который поступа 40 ет на восьмой выход блока 27. Усилитель 34 вырабатывает сигнал управления управляемым переключателем 3 и поступает на первый выход блока 21, Цифровой сигнал е виде двоичного кода поступает нэ седьмой выход 45 блока 21 и предназначен для управления состоянием управляемого коммутатора 2,50 Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей измеритель параметров невзаимного четырехполюсника позволяет дополнительно измерять фаэовые сдвиги коэффициентов передачи четырехполюсников, что дает воэможность вместо двух измерителей использовать один и тем индикатора 25 индицируются записанные в его память по сигналу с пятого выхода блока 21 значения измеренных параметров на желаемой частоте,Блок 21 работает следующим образом. 5 Генератор 28 вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов, которые поступают нэ вход счетчика 29, В результате на выходе счетчика 29 формируется двоичный код, который подается на 10 входы цифроаналогового преобразователя 30, дешифратора 31 и блока 33. Цифроаналоговый преобразователь 30 вырабатывает ступенчато изменяющийся сигнал, который поступает на второй выход блока 27 управления частотой генератора 1, Дешифратор 31 на каждом из своих выходов вырабатывает сдвинутые во времени относительно друг друга импульсы, которые подаются на формирователь 32, Формирователь 32 представляет собой схему из четырех дифференцирующих цепочек, к каждой из которых подключен ло. гических элемент ИЛИ в качестве формирователя импульса с крутым фронтом, Сигнал с первого инверторэ блока 32 поступает на третий выход блока 27 и предназначен для запуска аналого-цифрового преобразвателя 22. Сигнал со второго инвертора блока 32 подается на четвертый выход блока 27 и 30 предназначен для обеспечения записи измерительной информации, поступающей с аналого-цифрсвого преобразователя 30 в вычислительный блок 23.Сигнал с третьего самым повысить производительность изме- . рений и сократить затраты на приобретение дополнительной аппаратуры, ее эксплуатацию и ремонт.Формула изобретен и я 1. Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника, содержащий генератор качающейся частоты, выход управления разверткой которого соединен с входом го-. ризонтального отклонения электронно-лучевого индикатора, а вход управления качанием частоты - с первым выходом блока управления, управляемый переключатель, к первому выходу которого подключены последовательно соединенные первый вентиль, первый направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу вторичного канала которого подключен первый детектор, второй направленный ответвитель, к второму выходу управляемого переключателя подключены последовательно соединенные второй вентиль, третий направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу вторичного канала которого подсоединен второй детектор, и четвертый направленный ответвитель падающей волны, а к управляющему входу - . второй выход блока управления, выходы первого и второго детекторов подсоединены соответственно, к первому и второму входам управляемого коммутатора. а выход третьего детектора - к его третьему входу, выход управляемого коммутатора через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок и первый циФ ро-аналоговый преобразователь подсоединен к входу горизонтального отклонения электронно-лучевого индикатора, второй выход вычислительного блока соединен с входом цифрового индикатора, а управляющий вход электронно-лучевого индикатора соединен с выходом блока гашения луча, причем управляющие входы аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока. цифрового индикатора, блока гашения луча и управляемого коммутатора соединены, соответственно, с третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами блока управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров, введен пятый направленный ответеитель падающей волны, включенный между выходом генератора качающейся частоты и входом управляемого переключателя, выход вторичного канала пятого направленного ответвителя падающей волны соединен с входом третьего де1649470 Составитель М, КроминТехред М.Моргентал Кор Л.Бескид Редактор Н.Федоров э 1869 Тираж 424 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 тектора, вторичный канал второго направленного ответвителя ориентирован на прошедшую волНу и соединен с первым входом введенного фазового детектора, второй вход которого через введенный управляе мый фазовращатель соединен с выходом вторичного канала четвертого направленного ответвителя падающей волны, а выход - с четвертым входом управляемого коммутатора, при этом выходы первичных каналов "0 второго и четвертого направленных ответвителейпредназначеныдля подсоединения исследуемого невзаимного четырехполюсника, а управляющий вход управляемого фазовращателя соединен с восьмым дополнительным входом блока управления.2. Измеритель поп.1, отл ич а ю щийс я тем, что фазовый детектор содержит 3-дБ направленный ответвитель, первый вход которого является первым входом фазового детектора, второй вход - его вторым входом, а первый и второй выходы соответственно через четвертый и пятый детекторысоединены с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого является выходом фазового детектора,3. Измеритель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и формирователь коротких импульсов, выходы которого являются соответственно третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока управления, при этом выход счетчика импульсов через второй цифроаналоговый преобразователь является вторым выходом блока управления, через блок питания с программным управлением - восьмым дополнительным выходом, через усилитель мощности - первым выходом и, кроме того, является седьмым выходом блока управления.