Способ измерения вносимых фазовых ошибок дискретного двоичного фазовращателя

СОЮЗ, СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 741 О 89 РЕСПУБЛИК я)э О 01 й 27/2 ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ с стии. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(56) ЕЕЕ Тгапз. оп МТТ - 15, 1967, М 13.Фазометр ФК 2 - 33. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНОСИМЫХ ФАЗОВЫХ ОШИБОК ДИСКРЕТНОГО ДВОИЧНОГО ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам. измерения фазовых Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам измерения фазовых характеристик СВЧ-устройств.В радиоизмерительной технлке известны различные способы измерения фазы СВЧ-диапазона, в том числе вносимых фазовых ошибок дискретных фазовращателей, основанные на известных физических принципах отсчета фазы стоячей и бегущей волны. Одними из основных являются методы измерения фазы на проход (метод фазового кольца) и на отражение.В обоих случаях зонд измерительной линии настраивается на минимум стоячей волны. При измерении фазы фаэовращателя минимум стоячей волны смещается на расстояние 1, которое определяется радиоиэмерительной линией, и отсчет фазы ведется характеристик СВЧ-устройств. Целью изобретения является сокращение времени измерений и достижение возможности измерений на высоком уровне мощности. При измерении на СВЧ-вход фазовращателя подают СВЧ-сигнал рабочего уровня мощности, а на управляющие входы разрядов- прямоугольные напряжения со скважностью 2, синхронизированные по фронту или спаду, период следования которых с увеличением номера разряда фазовращателя уменьшается в два раза, затем анализируют спектр выходного сигнала, по отдельным гармоникам которого делают заключение о фазовых ошибках отдельных разрядов фаэовращателя, 4 ил. ад азай по соотношениям р =- - (для первого ме 2 л 1тода) и у = - - для второго), где Х - длина ФЬ . волны в тех же единицах, что и.К наиболее распространенным относятся также компенсационный метод, основан- Ю ный на преобразовании разности фаз во О временной интервал с последующим его измерением, и методы измерения разно фаэ прямопоказывающими фазометрамВ основе принципов построения фазометров лежат, как правило, комбинации вышеперечисленных методов с использованием преобразования входных сигналов на. промежуточную частоту с последующим усилением-ограничением и измерением разности фаз на фиксированной частоте.Основными недостатками этих способов являются низкая скорость измерений фазовый ошибок, определяемая необходимостью последовательного переключения, а затем и измерения во всех дискретных фаэовых состояниях фазовращателя, а также достаточно большим временем на калибровку; невозможность изерений на высоком уровне мощности, что, уцитывая особенности работы коммутационных элементов в интенсивных СБЧ полях, снижает достоверность результата, большие габариты и высокая стоимость рабочих мест по измерению фазовых характеристик,На более близким по технической сущ 1 Ости к предВГаемому я Вляе Гся спосОб, ОсноВанный на испОлъзоваиы измеъителя векторных ОтнОшений СБ -1-сиГналОВ, Б приборе сигнал, подаваемый от внешнего источника, делится на ДВа канала, Опорный и измерительный, Опорный канал используется В качестве каллбровочного, сигнала в измерлтельном канале используется как зондируаший для подачи на обьект исследова я. 13 преобразователе частоты используется первичное преобразование входнспо сигнала на частоту 20 Ь 1 гц, на кого оой осуществляется синхронизация с сигналом Гетеродина, и Вторичное - на частоту 55 ц, на которол работает индикаторньй Ьлок.,1 звестГ Ому способу свойственны пересчисленныг Вьше недостатки (Со=1,00, скорость измеОеня -. 115 с), 1(роме ТОГО, ограничение по уровню мощности генератора СБЧмБт приводит к тому,.что измеряемые фазовые ошибки могут отличаться от Вносимых 8 реальных ус 1 Овиях эксплуатации, при которых мощность может достигать уровня 10 Бт и более,Цель изобретения - уменьшение времени измерений и достижение возможности измерения фазовых ошибок на высоком уровне мощности,Указанная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу на СВЧ-вход фазовращателя подают СВЧ-сигнал, а на управляющие входы - управляющие напряжения сО скважнОстью О =-2, синхронизированные по фронту или спаду, период следования которых с увелицением номера разряда многразрядного двоичного фазовращателя уменьшается в два раза, измеряют амплитуды спектральных составляющих Выходного сигнала. По которым определя 1 от вносимые фазовые ошибки, при этом минимальный период следОвания управляюцеГО напряжения, подаваемого на первый разряд многоразрядного двоичного фазовращателя, выбирают в 50 и более раз больше суммы длительностей фронта и сг ада, а фазовую ошибку, вносимую и-м разрядом, оп ределяют по амплитуде (2 -1) гармоникии выходного спектра.Б случае синхронизации управляющих импульсов по спаду анализу подвергаот Отрицатеаьнье гармоники, в случае 10 синхронизации по фронту - положительфдыеПредложенное измерение фазовых характеристик фазовращателя основано на том, что между фазовыми ошибками каждо го дискрета фазовращателя и величинойгармоник спектра выходного сигнала существует строгая математически и физически Обоснованная связь. Переключение в рекиме меандра разряда Йг обеспечивает по давление в спектре выходного сигналачетных гармоник, прежде всего несущей (так называемый фазоманипулированный сигнал), Величина подавления зависит от фазовой Ошибки разряда Ьг и от неравен стао длительностей фазовых состояний 0 ий, Все эти факторы увеличивают уровень четных гармоник, Для устранения влияния неравенства длительностей частота управляющих импульсов в предлагаемом спосо бе устанавливается достаточно малойй 1 50,02, в связи с чем длитель 1тф + втспность переходных процессов не превышает 2;ь длительности фазовых состояний, 35 Таким образом, при указанных воздействиях на СБЧ-сигнал уровень несущей гармоники при фазовой манипуляции является функцией фазовой ошибки, Известно, что при идеальной фазовой манипуляции, т.е, 40 при фазовой ошибке Ьр =- О, несущая и всечетыре гармоники подавлены полностью, при Ьр = 0,5- подавление несущей 51 дБ, при1 - подавление несущей 45,5 дБ, при Ьр= 2 - 39,3 дБ и т.д. Такимобраз м, между подавлением несущей и Ьр существует монотонная однозначная зависимость со средней крутизной 6 дБ/град при ошибках до 3, 3 дБ/град - при ошибках0 1 дБ 1 град при ошибчто дает возможность оценивать фазовую ошибку методом анализа выходного спектра сигнала. Тоцность измерения уровня гармониче ских составляющих спектра при использовании современных спектроанализаторов не превышает 0,5 дБ, т.е, методологическая абсолютная погрешность измерения фазовой Ошибки не превышает 0,1. Очевидно,что оценку фазовой ошибки разряда Жг можно проводить и по другим четным гармоникам, но зто менее удобно ввиду их меньшего уровня (по мощности),Аналогично измеряются фазовые ошибки младших разрядов,При цифровом переключении и-дискретного фазовращателя (в случае синхронизации управляющих импульсов по фронтулибо по спаду) зависимость между подключаемым очередным разрядом и рядом гармоник в спектре выходного сигнала,подавляемых при его помощи; первый разряд йе обеспечивает подавление гармоникс и = 0 1 (это уже отмечалось выше), второй разряд ( йт /2) - с и = -1 й 41; третий.разряд ( Ьг /4) - с и = -3 81; четвертыйразряд ( йг/8) - с и = -7 й 161; пятыйразряд ( Ьй /16) - с и = -15+ 32 К где и -номер гармоники в спектре выходного сигнала, К = О, 1, 2,3,4Приведенные зависимости характерныдля случая синхронизации управляющихимпульсов по спаду, В случае синхронизации. по фронту зависимости имеют "зеркальный" указанному вид, что позволяетсохранить общность рассуждений.Для достижения поставленной целиизобретения наилучшим образом изприведенных рядов для измерения фазовой ошибки выбирают гармоники снаименьшим порядковым номером: дляйг - и = О; для Ьг/2 - и = -1 (или +1); дляЙг /4 - и = +3; для Ьт/8 - п = +7; дляЛуг /16 - и = + 15; т.е. разряду и (1,2,)соответствует гармоника (2" -1) в спектревыходного сигнала.Зависимости подавления указанныхгармоник от фазовых ошибок соответствую. щих разрядов имеют почти совпадающийхарактер, так, например, ошибка в разрядеЬй/4 - 1 обеспечиваетуровеньтретьей гармоники 43,4 дБ; 2 - 37,3 дБ, ошибка в разрядке Ьт/2 - 1 - 44,1 дБ; 2 - 38,1 дБ и т,д.Таким образом для удобства вычислений можно построить одну грэдуировочную кривую .зависимости Ьр отуровня соответствующих гармоник, илииспользовать одну и ту же шкалу, увеличив при этом погрешность измерениявсего на 0,15 градуса. что значительноточнее, чем в известных методах, В этиже величины укладывается и погрешность экстраполированных точек, например 39 дБ - 1,5.Оценка фазовых ошибок фазовращателя может производиться при одновременной работе всех разрядов, так как фаэоваямодуляция в каждой ячейке влияет только на свой ряд гармоник и не влияет на другие,Это дает возможность устранить из измерений многочисленные коммутации ячеек и со 5 кратить время измерений более чем в 2" раз, где п - количество дискретов фазовращателя,На фиг.1 показаны блок-схемы устройства для измерений фазовых характеристик методом фазового кольца (а) и короткого 10 замыкания (б); на фиг;2 - типичный выходной спектр дискретного . двоичного и-разрядного фазовращателя, на управляющие входы которого поданы последовательности меандров ь 4 = 2"Я; на фиг.3 - усредненная зависимость фазовой ошибкиразрядов л; л/2; л /4; л /8; л /16 от уровней гармоник с п = 0; +1; +3;+ 7; + 15соответственно; на фиг.4 - блок-схема устройства для измерения фазовых ошибок дискретного фазовращателя попредлагаемому способу.На фиг.1 обозначены 1 - генераторСВЧ; 2. 6, 7 - вентили; 3 - источник питания; 4 - фазовращатель; 5, 8 - аттенюатор;9 - радиоизмерительная линия; 10 - усилитель.На фиг,4 обозначены: 1 - генераторСВЧ; 2 - анализатор спектра; 3 - генераторуправляющих сигналов; 4 - дискретный фа-зовращэтел ь.П р и м е р. Осуществление предлагаемого способа с помощью блок-схемы, показанной на фиг.4.Выходной. СВЧ-сигнал с генератора 1подан на СВЧ-вход дискретного фазовращэтеля 4, На управляющие входы фазовращателя 4 с выходов генератора 340 управляющих сигналов поданы последовательности меандров: на вход дискретэ Ьй -с частотой Й, на вход йг/2 - с частотой2 Й , на вход Луг/4 - с частотой 4 йр , иа45вход Лт/8 - с частотой 8 Я и на вход йг/16- с частотой 16 Й,В результате фазовой модуляции, про исходящей с вышеперечисленными частотами, СВЧ-сигнал образует иа выходе50 дискретный спектр, типичный вид котоРогопоказан на фиг.2, При помощи анализатора2 спектра в выходном спектре измеряют дискретные составляющие.В случае синхронизации управляю 55 щих импульсов по спаду по величине гармоник с и = О, -1, -3, -7, -15 в соответствиис зависимостью, приведенной иа фиг.2,делают заключение о фазовых ошибкахразрядов йг; Ьй/2; Ьй/4; йг/8; йг/16соответственно, в случае синхронизациипо фронту аналогичное заключение делают по величине с и =О, 1, 3, 7; 15.Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа измерения фазовых ошибок заключается в повышении точностио измерения фазовых ошибок менее 1, в уменьшении времени измерения фазовых ошибок более чем в 2" раз,в уменьшении габаритов рабочего места, в одновременной индикации всех фазовых ошибок, что позволяет не только повысить скорость измере-. ния, но и существенно упростить настройку фазоврэщателей за счет возможности легко определить комбинационные ошибки, возникающие вследствие взаимодействия отдельных разрядов по отраженным волнам,Предлагаемый способ не имеет ограничений по урню ощноси водного сигнала, что повышает достоверность (точность) измерений фазовых характеристик фазовращателей, используемых на БУМ.Ф о р мул а и зо бр ете ни я Способ измерения вносимых фазовых ошибок дискретного двоичного фазовращателя, основанный на подаче на его вход СВЧ-сигнала, а на управляющие входы управляющих напряжений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения времени 5 измерений и достижения возможности измерений на высоком уровне мощности, в качестве управляющих напряжений используют прямоугольные напряжения со скважностью 2, синхронизированные по фронту 10 или спаду, период следования которых сувеличением номера разряда многоразрядного двоичного фазовращателя уменьшается в 2 раза, измеряют амплитуды спектральных составляющих выходного 15 сигнала, по которым определяют вносимыефазовые ошибки, при этом оптимальный период следования управляющего напряжения, подаваемого на первый разряд многоразрядного двоичного фазовращате ля, выбирают не менее чем в 50 раз большесуммы длительностей фронта и спада, а фазовую ошибку, вносимую и-м разрядом, определяют по амплитуде (2" -1)-й гармоники выходного спектра.251741089 Составитель О,Васюхноеселовская Техред М,Моргентал Корректор Т.Ваш едакто Заказ 2084 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,