Измеритель коэффициента передачи четырехполюсников

(л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1583878, кл. 6 01 й 29/10, 1989.(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ(57) Использование: изобретение относитсяк области радиоэлектроники и может быть 1758596 А 1 ерительной технике выазонов. Сущность изоль содержит генератор 1ва модулятора 3, 6, два , четыре делителя мощсумматора 10, 11. фильбразователи частоты 16, 20, 21 и амплифазометр спользовано в изм окочастотных диэп ретения: измерите ысокой частоты 1, д одмодулятора 4, 5 ости 2, 7, 8, 12, два ры 13,14, 15; прео 7, 18, усилители 19 2, 1 ил, 1 табл.Изобретение относится к радиоэлект- соединенные третий фильтр, третий преобронике и может быть использовано для из- разователь частоты и третий усилитель, вымерительной техники высокочастотных ход которого подсоединен к третьему входудиапазонов, например, в автоматизирован- амплифазометра, вход третьего делителяных стендах для измерения характеристик 5 подключен к выходу первого сумматора, аантенн, выходы - к входам соответственно первогоИзвестны измерители характеристик и третьего фильтров, причем в качестве мочетырехполюсников, дуляторов могут быть использованы амплиОбщей характеристикой известныхуст- тудные или балансные, или фазовыеройств является то, что они выполнены на 10 модуляторы, или их комбинации,основе применения модуляции. На чертеже приведена структурная схеНаиболее близким к предлагаемому яв- ма измерителя коэффициентов передачи челяется устройство, особенностью которого тырехполюсников высокочастотныхявляется то, что в каналах применены амп- диапазонов,литудные модуляторы, и для обработки ин Измеритель содержит генератор 1 оыформации используют фильтры как до сокой частоты, делитель мощности 2, перпреобразователя, так и после него, вый модулятор 3, подмодуляторы 4 и 5,Недостатками устройства-прототипа второй модулятор б, первый и второй делиявляются невысокая точность и разрешаю- тели 7 и 8 мощности соответственно, исслещая способность, а также ограниченность 20 дуемый четырехполюсник (ИЧ) 9, первый ивыполнения (обусловленная использовани- второй сумматоры 10 и 11 соответственно,.ем только амплитудных модуляторов). третий делитель 12 мощности, первый, треЦелью изобретения является повыше- тийивторойфильтрысоответственно 13,14,ние точности и разрешающей способности 15, первый, третий и второй преобразоватеизмерителя коэффициентов передачи (при 25 ли частоты соответственно 16, 17 и 18, персохранении прежних пределов измерений), вый, третий и второй усилителиа также расширение возможностей реали- соответственно 19, 20 и 21 и амплифазометрзации измерителя и расширение его функ.циональных возможностей. Генератор 1 через делитель 2 мощностиВ устройстве, содержащем последова и модуляторы 3 и б подключен к входамтельно соединенные соответственно пер- соответственно делителей 7 и 8 мощности.вый модулятор - первый делитель К управляющим входам модуляторов 3 и бмощности, второй модулятор - второй дели- подключены подмодуляторы 4 и 5 соответтель мощности, первый фильтр - первьй ственно, Первый выход делителя мощностипреобразователь частоты - первый усили 7 через ИЧ 9 и первый выход делителя мощте ль второй сумматор - второй фильтр - ности 8 непосредственно подключены к со 1 авторой преобразователь частоты - второй ответствующим входам сумматора О, асилитель, ВЧ генератор - делитель мощно- вторые выходы этих делителей мощностиУсти, содержащее также испытуемый четы- подключены к соответствующим входарехпогосник, первый сумматор, 40 второго сумматора 10, а вторые выходы этихамплиетр, и два подмодулятора, при. делителей мощности подключены к соответчем выход делителя мощности подключе- ствующим входам сумматора 11. Выход поны к сигнг.ьньм входам соответствующих следнего через последовательномодуляторс:, а к их управляющим входам включенные фильтр 15, преобразователь 18подключены соответствующие подмодуля частоты и усилитель 21 подключен к второмуторы, первый выход первого делителя входу амплифазометра 22. Выход сумматомощности через исследуемый четырехпо- ра 10 связансделителем 12 мощности. Перлюсник, и первый выход второго делителя вый выход делителя 12 мощности черезмощности непосредственно подключены к последовательно соединенные фильтр 13,соответствующим входам первого суммато преобразователь 16 частоты и усилитель 19ра, вторые выходы первого и второго дели- подключен к первому входу амплифазометтелей мощности подключены к ра 22. Второй выход делителя 12 мощностисоответствующим входам второго суммато- через последовательно включенные фильтрра а выходы первого и второго усилителей 14, преобразователь 17 частоты и усилительподключены к соответствующим входам ам 20 подключен к третьему входу амплифазоплифазометра, поставленная цель достига- метра 22.ется тем, что амплифазометр усилителя В качестве ИЧ могут использоваться ансодержит третий вход, кроме того, в изме- тенны, аттенюаторы, усилители, модуляторитель дополнительно введены третийде- ры, и другие устройства ВЧ диапазонов, Влитель мощности и последовательно качестве преобразователей 16 - 18 частоты(6) М 1-1 = М 11,М 2-1 = М 21,используют квадратичные детекторы или линейные преобразователи сигналов.Измеритель коэффициента передачи четырехполюсников работает следующим образом, 5ВЧ генератор 1 формирует гармонический сигнал стабильной амплитуды и частотой 1, В делителе 2 мощности сигнал разветвляется на два сигнала, модулируют их в модуляторах 3, 6 гармоническими моду лирующими напряжениями частот Г 1 и Гг, которые вырабатываются в подмодуляторах 4 и 5. Вид модуляции и режим модуляции устанавливаются такими, чтобы на выходе модуляторов обеспечить получение первого 15 и второго сигналов, каждый из которых состоит из несущей и двух боковых компонент: ем 1 = Е 1М 1 о сов о с ++ М 21 соз (о)+02)1,где Е 1, Е 2 - амплитуды ВЧ сигналов в каналах измерителя;М 1 о, Мго, М 1-1, М 2-1, М 11, Мг 1 - коэффициенты уровней компонент сигналов, у ко торых первый индекс указывает на номер модулятора или канала измерителя, а второй - на принадлежность к несущей (индекс "0"), нижней боковой (индекс "-1") или верхней боковой компоненте (индекс "1"). 40Для определенности и упрощения выкладок приняты следующие допущения, не влияющие на конечный результат; т Г 1, ттги т+ Г 1 =1+ Г 2,1- Г 1=- Г 2; р) 55 начальные фазовые сдвиги компонент сигналов(1), (2) равны нулю; коэффициенты передачи плеч сумматоров и плеч делителей мощности идентичны, коэффициенты передачи плеч сумматоров и плеч делителей мощности идентичны, коэффициенты передачи преобразователей частоты идентичны, усилителей также идентичны, поэтому их влияние на результат одинаково и эти характеристики не учитываются; фазовые сдвиги, обусловленныефильтрами 12 - 15 для компонент одной боковой, учитывая условие (7), практически одинаковы, поэтому их влияние на измеряемую разность фаз является пренебрежно малой величиной.Сигналы вида (1), (2), удовлетворяющие условиям (3)-(7), можно сформировать с помощью амплитудной модуляции, балансной модуляции или фазовой модуляции. Соответственно в измерителе в качестве модуля-. торов можно использовать амплитудные, "; балансные или фазовые модуляторы или их комби на ци и.Каждый иэ полученных сигналов разветвляют в делителях 7 и 8 мощности и получают соответственно сигналы третий- четвертый, пятый - шестой, Третий сигнал проходит через ИЧ 9 и приобретает вид езич = Е 1 Кх ( М 1 о сов ( го 1 + срх ) + + М 1-1 совв - 01 ) 1 + х 1 + + М 11 соз( в + 01 ) т + срх ) ), (8) поскольку коэффициент передачи ИЧ 9 К= Кхе 1" ", где Кх - модуль, а рх - его фаза,В сумматоре 10 суммируют сигнал (8) и пятый сигнал, а в сумматоре 11 - четвертый и шестой сигналы. Соответственно на входах фильтров 13 - 15 получают сигналы седьмой, восьмой, девятый. Из суммарных сигналов с помощью фильтров 13 и 15 выделяют одноименную боковую полосу, например, верхнюю, а с помощью фильтра 14 - другую боковую полосу, в данном варианте - нижнюю. После этого сигналы преобразуют с помощью преобразователей 16 - 18 частоты, Из продуктов преобразования выделяют фильтрами усилителей 19 - 21 напряжения промежуточной частоты. равной разности частот модуляции Г 1 - Гг, которые с учетом (3) - (7) и других перечисленных там допущений имеют вид о 1 = КЕ 1 Е 2 Кх М 11 М 21 С 1 з 1 С 1 зг Х Х(СОВ(Й 1 - Я)1+ах+Х Х соя( 01 - й ) т - Рх ) ), (9)02 = КЕ 1 Е 2 Кх М 1.1 М 2-1 С 14-1 С 14-Х Х(17) д 02=Л 0202 С 141 С 142СОЗ 2 фх,(18) Х(СОЗЕ(01 - Я)1 - Рх+ - ХС 141 С 142С 14-1 С 14 -4 х сов (й - Й 1)1+у , (10)5 ОЗ = КЕ 1 Е 2 Кх М 11 М 21 С 151 С 152 Х х соз (01 - 02)т+." хС 151 С 15210Х соз ( 01 - Й 2 ) т ), (11) Как и в прототипе, напряжение (11) не содержит информации о характеристиках ИЧ, Поэтому оно используется как опорное при выполнении измерений по напряжению (4), поскольку последнее содержит информацию о модуле Кх и о фазе коэффициента передачи ИЧ 9, Характеристики измеряются в амплифазометре 22.Особенность фазовых измерений в этом режиме состоит в том (см. 12), что обеспечивается однозначность измерений в пределах03600, Кроме того, имеет место большаяфазоамплитудная погрешность, обусловленная неидентичностью (в Кх раз) уровнейсравниваемых напряжений (9) и (11), 30В отличие от прототипа измерительобеспечивает получение также напряжения(10). Это напряжение имеет следующиесвойства относительно других напряжений:амплитуда равна амплитуде напряжения (9) 35и отличается от амплитуды напряжения (11)на значение Кх; значение его начальной фазы равно значению начальной фазы напряжения (9); знаки начальных фаз напряжений(9) и (10) противоположны,Из второго и третьего свойств следует,что между напряжениями (9) и (10) имеетместо фазовый сдвиг В этом случае целесообразно измерять фазу ИЧ по этим напряжениям. Разрешающая способность, как следует из (13), увеличивается в два раза, Однако пределы 50 однозначности уменьшаются в два раза и составляют 0.180. Для сохранения однозначности в пределах 0360 вводятся двухшакальные измерения: грубую шкалу фаз сдвига обеспечивают измерениями по 55 напряжениям (9), (11) или (10), (11), а точную шкалу - измерениями по напряжениям (9), (10). Соотношения между показаниями грубой и точной шкал и результат точных измерений приведены в таблице,Несовпадение данных по грубой и точной шкалам указывает на возможность измерений с высокой разрешающей способностью в пределах 0360. (строчка 3 таблицы),В случае измерения в пределах 1800180 получают аналогичный оезультат.Из первого свойства вытекает, что измерения фазового сдвига по напряжениям (9), (10) осуществляются при равных уровнях напряжений, а этому режиму соответствует наиболее высокая точность.Возможность использования двух напряжений (9), (10) при измерении модуля также способствует повышению разрешающей способности и точности,Дальнейшее повышение точности осуществляется следующим образом. Из (9) и (10) следует, что погрешность, обусловленная конечным ослаблением компонент параэитной поос с помощью фильтров 13 и 14 можно выразить формулами:при измерении фазового сдвига: С 13- С 13-х131 132С С зи 2 ф01 -1+ 13 С 13 Ьсоз 2 РС 131 С 132С 141 С 14231 П 2 Щ(ЛС 14- С 14-А02 - С 141 С 142С 141 С 1421 + соз 2 lС 141 С 142 Л Роб щ = Л ф 1 = Л 2 при измерении уровней:С помощью амплифазометра 22 измеряют изменение амплитуд (9) и (10) как функций фазового сдвига. При рх = О, 180(24) С 1 з- С 1 з-г и (25) С 1 з 1 С 1 зг 26 и фильтров 13 и 14нальные возможнод 01 мх = (С 1 зС 1 з)/(С 1 з 1 С 1 зг); (1 9) д 02 мх= (С 141 С 142)/(С 14-.1 С 14-2). (20) При дъ = 90, 270 О,д 01 мн = -(С 1 зС 1 з-г)/(С 1 з 1 С 1 зг); (21) д 02 мн = -(С 141 С 142)/(С 14-1 С 14 - 2), (22) Результаты (19)-(23) и другие значения для других фазовых сдвигов используют как поправки для расчета в амплифазометре 22 точного значения уровней напряжений (9), (10), а следовательно, модуля коэффициента передачи ИЧ 9.Погрешность измерения фазового сдвига не имеет места при р; - и - , где и = =0,2, По известным относительным уровням паразитных компонент(19)-(23) и измеренным фазовым сдвигам в амплифазометре 22 рассчитывают значения погрешностей (14)-(18), формируют поправку и учитывают ее в результате измерения.Второй способ формирования поправки состоит в том, что в расчетных формулах используют данные предварительных экспериментов относительных коэффициентов передачи фильтров 13 - 15,. Один из вариантов этих измерений состоит в том, что при фазовом сдвиге, равном 0 и 90 О, с помощью амплифазометра 22 измеряют уровни напряжений (9), (10), Можно показать, что половина разности значений напряжения, полученных при 0 и 90, деленной на их сумму, обеспечивает измерение отношений С 13 С 13-2 С 141 С 142 и С 1 з 1 С 1 зг С 14- С 14-.Полученные результаты по формулам (14) -(18) позволяют рассчитать поправку и учестьее при измерениях,На основании данных (24) по формулам С 141 С 142 С 14-1 С 14 -а находим характеристи что расширяет функци сти измерителя.20 25 30 35 40 45 50 55 Возможность использования в измерителе амплитудных или балансных, или фазовых модуляторов, или их колбинаи 1 существенно расширяет элементную базу, а следовательно, и возможности реализации измерителя.Повышение разрешающей способности, повышение точности, а также расширение возможности реализации измерителя и расширение функциональных возможностей позволяет повысить эффективность радиотехнических систем: косвено - через более точное излерение характеристик четырехполюсников; епосредствен о - путем использования измерителя в составе радиосистемы, например радиопеленг;.тора. Формула изобретения Измеритель коэффициента передачи че тырехполюсников, содержащий последовательно соединенные соответственно первый модулятор - первый делитель мощности, второй модулятор - второй делитель мощности, первый фильтр - первый поеобразователь частоты - первый усилитель, второй сумматор - второй фильтр - второй преобразователь частоты - второй усилитель, ВЧ-генератор - делитель мощности, содержащий также испытуемый четырехполюсник, первый сумматор, амплифазометр и два подмодулятора, причем выходы делителя мощности подключены к сигнальным входам соответствующих модуляторов, а к их управляющим входам подклочены соответствующие подлодуляторы, первый выход первого делителя мощности через исследуемый четырехполюсник и первьй выход второго делителя мощности - подключены к соответствующим входам перво го сумматора, вторые выходы первого и второго делителей мощности подключены к соответствующим входам второго сумматора, а выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим входам амплифазометра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, повышения разрешающей способности и расширения функциональных возможностей, амплифазометр измерителя содержит третий вход, в измеритель введены третий делитель мощности и последовательно соединенные третий фильтр, третий преобразователь частоты и третий усилитель, выход которого подсоединен к третьему входу амплифазометра, вход третьего делителя подключен к выходу первого сумматора, а выходы - к выходам соответственно первого и третьего фильтров.1758596 Составитель Л.ОгороднийчукТехред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец Редактор С.Лисина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2998 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5