Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников

(51)5 0 01 В 27 В ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Краснодарский научно-исследовательский институт радиоизмерительной аппаратуры "Ритм"(56) Авторское свидетельство СССР М 918890, кл, С 01 Я 27/28, 1982,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ И ФАЗОЧАСТОТН ЫХ . ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ(57) Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик 1788479 А 1 четырехполюсников в СВЧ-диапазоне. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 и 2 качающейся частоты, блок управления 3, исследуемый четырехполюсник с преобразованием частоты 5, смеси- тель фазовой автоподстройки частоты 7, блок фазовой автоподстройки частоты 8, смеситель промежуточйой частоты измерительного канала 11, смеситель промежуточной частоты опорного канала 12, генератор промежуточных частот 13, фазовый детектор 14, двухканальный амплитудно-фазовый индикатор 15, дополнительный смеситель 16, направленный ответвитель 4, опорный смеситель СВЧ 6, согласованную нагрузку 9, переключатель 2 х 2 10 с соответствующи- й ми связями. 1 ил.Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерений амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, содержащих преобразователь 5 частоты в диапазоне сверхвысокочастотных частот (СВЧ),Известны измерители КСВН панорамные типа Р 2-98 - Р 2-101, Р 2-105 А, Р 2- 109 А, состоящие из генератора качающейся 10 частоты, рефлектометра, индикатора. Однако при измерении с их помощью КСВН входов активных четырехполюсников в том числе и четырехполюсников с преобразованием частоты (смесителей) возникают боль шие погрешности измерений. Это происходит потому, что уровень выходной мощности генераторов качающейся частоты измерителей КСВН мал, не превышает 10 Вт и не может вывести нелинейный элемент смеси -. 10 теля (диод) в рабочую точку его характеристики. За счет этого входное сопротивлениесмесителя существенно отлицается (на порядок) от этого сопротивления в рабочем состоянии, когда мощностью гетеродина он 25 выведен в рабочий режим.Устройство для измерения амплитудночастотных характерйстик четырехполюсников с преобразованием частоты (смесителей) содержит два генератора кача ющейся частоты, блок их управления, исследуемый четырехполюсник с преобразованием частоты, смеситель фазовой автоподстройки частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, смесители проме жуточнай частоты измерительного и опорного каналов, генератор промежуточных частот, фазовый детектор, двухканальный амплитудно-фазовый ийдикатор и дополнительный смеситель. 40Недостатком этого устройства являетсяневозможность измерения комплексного коэффициента отражения сигнального высокочастотного входа исследуемого цетырехполюсника с преобразованием частоты, 45 который характеризуется отношением падающей и отраженной волн р определяемым из следующего математического выражения;отр00 пад где Опад- комплексная амплитуда напряжения сигнала от генератора качающейся частоты, падающая на сигнальный вход четырехполюсника с преобразованием частоты;Отр - комплексная амплитуда напряхения сигнала, отраженного от сигнального входа четырехполюсника с преобразованием частоты,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения комплексного коэффициента отражения сигнального входа четырехполюсника с преобразованием частоты.Цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитудно-частотньх и фазочастотных характеристик четырехполюсников, содержащее два генератора качающейся частоты, выходы которых соединены со входами смесителя фазовой автоподстройки частоты, выход которого соединен с первыми входами блока ФАПЧ и дополнительного смесителя, вь 1 ход которого соединен с первым входом фазового детектора, выход которого соединен с первым входом управления первого генератора качающейся частоты, второй вход управления которого соединен с выходом блока ФАПЧ, блок управления, выход которого соединен с другими входами управления первого и второго генераторов качающейся частоты, а также со входами управления генератора промежуточных частот и двухканального. амплитудно-фазового индикатора, входы каналов которого соединены с выходами смесителей промежутоцной цастоты измерительного и опорного каналов, первый выход генератора промежуточных частот соединен со вторым входом фазового детектора, второй выход генератора промежуточных частот соединен с гетероринными входами смесителей промежуточной частоты измерительного и опорного каналов и вторь 1 м входом дополнительного смесителя, сигнальный входсмесителя промежуточной частоты опорного канала соединен с третьим входом генератора промежутоцных частот вторь 1 м входом блока ФАПЧ, введены опорный смеситель СВЧ, переключатель 2 х 2, согласованная нагрузка и направленный ответвитель, включенный первичным каналом между выходом первого из двух генераторов качающейся частоты и сигнальным входом исследуемого четырехгголюсника с преобразованием цастоты, выход промежуточной частоты. которого соединен с контактом "г" переключателя 2 х 2, контакт "в" которого соединен с согласованной нагрузкой, контакт "а" переключателя 2 х 2 соединен с сигнальным входом смесителя промежутоцной частоты измерительного канала, а контакт "б" переключателя 2 х 2 соединен с выходом промежуточной частоты опорного СВЧ-смесителя, вторичный канал направленного ответвителя соединен с первым входом опорного СВЧ-смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго из двух генераторов качающейся частоты и гетеродинным входом исследуемогочетырехполюсника,Для того, чтобы определить величину 5комплексного коэффициента отражения,необходимо йзмерить модуль и фазу сигнала, отраженного от сигнального входа исследуемого четырехполюсника спреобразованием частоты, сравнить его с 10модулем и фазой сигнала, пришедшего наэтот вход от соответствующего ему ГКЧ(ГКЧна чертеже).Такие измерения могут быть выполненыс помощью направленного ответвителя и 15дополнительного опорного СВЧ-смесителяв любой точке рабочего диапазона частотустройства при реальных рабочих уровняхсигналов на входах исследуемого четырехполюсника с преобразованием частоты непосредственно на его рабочих частотах.На чертеже представлена. структурнаясхема устройства для измерения комплексных коэффициентов отражения сигнального входа четырехполюсника с 25преобразованием частотьь Устройство содержитенераторы 1 и 2 качающейся частоты (ГКЧ), их блок управления 3 (БУ), направленный ответвитель 4 30 (НО), исследуемый четырехполюсник с преобразованием частоты 5 (Х), опорный 6 смеситель СВЧ (См СВЧ), смеситель фазовой автоподстройки частоты 7 (См ФАПЧ), блок фазовой автоподстройки частоты 8 (Блок 35 ФАПЧ), согласованную нагрузку 9 (СН), переключатель 2 х 2 10, смеситель промежуточной частоты измерительного канала 11 (См ПЧИ), смеситель промежуточной цастоты опорного канала 12 (См ПЧО), генератор 40 промежуточных частот 13 (ГПЧ), фазовый детектор 14 (ФД), двухканальный амплитудно-фазовый индикатор 15 (И), допол нительный смеситель 16 (ДСМ), которые соединены следующим образом: выходы 45 первого 1 и второго 2 генераторов качающейся частоты соединены со входами смесителя ФАПЧ 7, выход которого соединен с первыми входами блока ФАПЧ 8, и дополнительнога смесителя 16, выход которого 50 соединен с первым входом фазового детектора 14, выход которого соединен с первым входом управления первого генератора ка,чающейся частоты 1, второй вход управления которого соединен с выходом блока 55 ФАПЧ 8. Выход блока управления 3 соединен со вторым входом управления первого генератора качающейся частоты 1, входом управления второго генератора качающейся частоты 2, входом управления генератора промежуточных а частот 13 и входом управления двухканального амплитудно-фазового индикатора 15, входы двух каналов которого соединены с выходами смесителей промежутоцной частоты измерительного 11 и опорного 12 каналов, Первый выход генератора промежуточньх частот 13 соединен со вторым вхОдом фазового детектора 14, а второй выход генератора промежуточных частот 13 соединен с гетеродинными входами смесителей промежуточной частоты измерительного 11 и опорного 12 каналов и вторым входом дополнительного смесителя 16. Сигнальный вход смесителя промежуточной частоты опорного канала 12 соединен с третьим входом генератора промежуточных частот 13 и вторым входом блока ФАПЧ 8, Контакт "в" переключателя 2 х 2 10 соединен с согласованной нагрузкой 9, контакт "а" переключателю 2 х 2 10 соединен с сигнальным входом смесителя промежуточной частоты измерительного канала 11, а контакт "б" переклюцателя 2 х 2 10 соединен с выходом промежуточной частоты опорного СВЧ смесителя 6. Вторицный канал направленного ответвителя 4 (клемма 3) соединен с первым входом опорного СВЧ смесителя 6, второй вход которого соединен с выходом второго из двух генераторов каца,ощейся частоты 2 и гетеродинным входом исследуемого четырехполюсника 5 с преобразованием частоты,Устройство для измерения амплитудно- частотных и фазоцастотных характеристик работает следующим образом. В положении переключателя 10, когда замкнуты контакты "а - б" и "в - г" реализуется схема измерения комплексного коэффициента отражения генераторного входа исследуемого четырехполюсника с преобразованием частоты 5. Сигнал от генератора 1 качающейся частоты через первичный канал направленного ответвителя 4 (клеммы 1-2) подается на сигнальный вход исследуемого четырехполюсника 5 с преобразованием частоты, а на гетеродинные входы этого четырехполюсника и опорного СВЧ смесителя 6 поступают сигналы от второго генератора 2 качающейся частоты, При этом, начальным напряжением от блока управления 3 частота генератора 1 качающейся частоты сдвигается относительно частоты генератора 2 на величину, равную началу полосы анализа по промежуточной частоте исследуемого четырехполюсника 5 с преобразованием частоты. Это же напряжение подается на вход управления генератора промежуточных частот 13 и определяет начальную частоту по- лосы качания сигйала первой (переменной)о, 7 178847920 30 40 50 промежуточной частоты, равную сдвигу частот мекду генераторами 1 и 2 качающейся частоты. Одновременно сигнал первой (переменной) промежуточной частоты используется в качестве опорного для блока фазовой автоподстройки частоты 8, поддеркивающего разность частот, равную заданной между генераторами 1 и 2 качающейся. частоты в начальный момент времени. Затем включается напряжение качания с амплитудой, обеспечивающей одновременную перестройку генератора промежуточных частот 13, генератора 1 качающейся частоты относительно генератора 2 в полосе анализа исследуемого четырехполюсника с преобразованием частоты 5, При этом генератор 2 работает на фиксированной частоте, Блок управления 3 позволяет производить, при необходимости, качание генератора 1 относительно генератора 2, настроенного на фиксированную частоту, С выхода исследуемого четырехполюсника 5 с преобразованием частоты сигнал разностной первой (переменной) промежуточной частоты через замкнутые контакты "в-г" переключателя 10 подается на согласованную нагрузку 9, Отраженный от сигнального входа исследуемого четы рехполюсника 5 с преобразованием частоты, сигнал через вторичный канал (клемма 3) направленного ответвителя 4 подается на сигнальный вход опорного СВЧ смесителя 6, с выхода которого сигнал разностной первой промежуточной частоты через замкнутые контакты "а-б" переключателя 10 поступает на сигнальный вход смесителя промежуточной частоты измерительного канала 11. На гетеродинный вход этого смесителя подается сигнал вспомогательной переменной промежуточной частоты от второго выхода генератора промежуточных частот 13, сформированный путем сдвига (смещения) сигнала первой (переменной) промежуточной. частоты на величину второй постоянной промежуточной частоты, В результате на выходе смесителя промежуточной частоты измерительного канала 11 при свипировании выделяется сигнал второй постоянной промежуточной частоты, несущий информацию об амплитуде и фазе коэффициента отракения исследуемого четырехполюсника 5 с преобразованием частоты относительно сигнала опорного канала, формирующегося в смесителе промежуточной частоты опорного канала 12 путем подачи на его сигнальный вход сигнала первой (переменной) промежуточной частоты с первого выхода генератора промежуточных частот 13, а на гетеродинный вход- сигнала вспомогательной промекуточной частоты со второго выхода этого генератора, Постоянство частоты сигнала с точностью до фазы при переменной первой промежуточной частоте измерительного канала относительно опорного канала достигается с помощью схемы дополнительного фазового детектора 14. Для этого на один его вход от генератора промежуточных частот 13 подается сигнал второй постоянной промежуточной частоты, играющий роль опорного, а на другой вход фазового детектора 14 поступает сигнал, получаемый в результате двойного преобразования в смесителе 7 ФАПЧ и дополнительном смесителе 16 части сигналов генераторов 1 и 2 качающейся частоты, ответвленной с помощью, например, направленных ответвителей, Одновременно сигнал со смесителя 7 ФАПЧ подается в блок 8 ФАПЧ и несет информацию о расстройке частот,Для формирования сигнала переменной промекуточной частоты опорного канала, исключающего необходимость применения смесителя СВЧ опорного канала, используются сигналы первой и второй. (сдвинутой) промекуточной частоты от генератора промежуточных частот 13, которые подаются на входы смесителя 12 промежуточном частоты опорного канала. Сигналы с выходов смесителя 1 и 12 постоянной частоты, равной разности сдвигов частот между первым и вторым выходами генератора промежуточных частот 13, несущие амплитудно-фазочастотную информацию, подаются на соответствующие входы двухканального амплитудно-фазового индикатора 15, работающего по принципу сравнения двух сигналов с индикацией характеристик на экране ЭЛТ, развертка которого производится напряжением качания от блока управления 3, В случае качания одновременно обоих генераторов 1 и 2 качающейся частоты на любой, выбранной с помощью генератора промежуточных частот 13,фиксированной промежуточной частоте, заявляемое устройство позволяет проводить анализ комплексных коэффициентов отражения сигнального входа исследуемого четырехполюсника 5 с преобразованием частоты в широком диапазоне частот СВЧ.Измерение комплексных коэффициентов отражений исследуемых четырехполюсников производится в два этапа, На первом этапе (этапе калибровки) к выходу первичного канала направленного ответвителя 4 присоединяется короткозамыкатель, В этом случае весь сигнал СВЧ, прошедший первичный канал направленного ответвителя 4, отражается от короткозамыкателя и поступает в его вторичный канал, соединенный ссигнальным входом опорного СВЧ смеси геля 6, где преобразуется в сигнал разностной первой(переменной) промежуточной частоты, который затем через смеситель промежуточной частоты измерительного канала 11 подается на вход измерительного канала амплитудно-фазового индикатора 15, где сравнивается с амплитудой и фазой сигнала, поступающего на вход опорного канала этого индикатора. С помощью регулировки уровня мощности с третьего выхода генератора промежуточных частот 13 СВЧ сигнал поступает на сигнальный вход смесителя промежуточной частоты опорного канала 12 по амплитудно-фазовому индикатору 15, на входах которого уравниваются амплитуда и фаза опорного канала относительно сигнала измерительного канала,На втором этапе к выходу первичного канала направленного ответвителя 4 присоединяется сигнальный вход исследуемого четырехполюсника 5 с преобразователем частоты, и производится измерение модуля и фазы коэффициента отражения сигнала измерительного канала относительно сигнала опорного канала;Благодаря тому, что опорный СВЧ смеситель 6 участвует в первом ивтором этапе измерений, его комплексный коэффициент передачи не влияет на измерения,В положении переключателя, когда замкнуты контакты "а - г" и "в - б", реализуется схема устройства для измерения амплитудно- и фазочастатных характеристик по авт, свид. СССР М 918890 от 24,09.80, МКИ 6 01 В 27/28, При этом сигнал первой промежуточной частоты с выхода исследуемого четырехполюсника 5 с преобразованием частоты через замкнутые вторые контакты "а-г" переключателя 10 подается на сигнальный вход смесителя промежуточной частоты измерительного канала 11, где преобразуется и поступает на вход измерительного канала амплитудно-фазового индикатора 15, где сравнивается по амплитуде и фазе с опорным сигналом от смесителя промежуточной частоты опорного канала, Результат сравнения в виде АЧХ и ФЧХ воспроизводится на экране ЭЛТ индикатора 15. Так и в случае измерения комплексного коэффициента отражения ГКЧ 1 и 2 могут работать в двух режимах;1. В режиме переменной первой промежуточной частоты, при котором первый ГКЧ свипирует, а второй - стоит в частотной точке,2. В режиме постоянной первой промежуточной точки частоты, при которой оба генератора 1 и 2 свипируют одновременно с постоянной разностью частот, равной выбранной первой промежуточной частоте.Технико-экономическим преимуществом заявляемого устройства для измерения 5 амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников по сравнению с прототипом является возможность измерения комплексного коэффициента отражения сигнального входа исследуемого 10 четырехполюсника с преобразованием час-.тоты непосредственно на его рабочих входных СВЧ и промежуточных частотах при реальных уровнях сигналов.Формула изобретения 15 устройство для измерения амплитудночастотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, содержащее два генератора качающейся частоты, выходы которых соединены с входами смесйтеля 20 фазовой автоподстройки частоты, выход которого соединен с первыми входами блока фазовой автоподстройки частоты и дополнительнога смесителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, 25 выход которого соединен с первым входом:управления первого генератора качающейся частоты, второй вход управления которого соединен с выходом блока фазовой автоподстройки частоты, блок управления, 30 выход которого соединен с другими входами управления первого и второго генераторов качающейся частоты, с входами управления генератора промежуточных час.тот и двухканального амплитудно-фазового 35 индикатора, входы каналов которого соединены с выходами смесителей промежуточной частоты измерительного и опорного каналов, первый выход генератора промежуточных частот соединен с вторым входОм 40 фазового детектора, второй выход генератора промежуточных частот соединен с гетеродин ными входами смесителей промежуточной частоты измерительного и опорного каналов и вторым входом допол нительного смесителя, сигнальный входсмесителя промежуточной частоты опорного канала соединен с третьим входом генератора промежуточных частот и вторым входом блока фазовой автоподстройки час таты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей путем измерения комплексного коэффициента отражения сигнального входа четырехполюсника с преобразованием час таты, в него введены опорный СВЧ-смеситель, переключатель, согласованная нагрузка и направленный ответвитель, включенный первичным каналом между выходом второго генератора качающейся частоты и сигнальным входом исследуемогоф1788479 12 Составитель К,КоротковТехред М.Моргентал Корректор А,Мотыль Редактор Заказ 72 Тираж Пбписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 четырехполюсника, выход промежуточной частоты которого соединен с первым контактом переключателя, второй контакт которого соединен с согласованной нагрузкой, третий контакт переключателя соединен с гетеродинным входом смесителя промежуточной частоты измерительного канала, а четвертый контакт - с выходом опорного СВЧ-смесителя, второй канал направленного ответвителя соединен с первым входом опорного СВЧ-смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого генератора качающейся частоты, вход которого 5 соединен с гетеродинным входом исследуемого четырехполюсника, гетеродинный вход опорного смесителя промежуточной частоты соединен с первым входом генератора промежуточных частот,