Измеритель фазовых сдвигов четырехполюсников

О П И С А Н И Е (и)890264ИЗОБРЕТЕН ИЯК .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1) Дополнительное к авт. свил-ву 22),3 ая ален 2775768/18-2 51)М. К 1 Я 25 00 исоелинением заявки .% Государственный комите 23) Приорит СССР оо делам изооретеиий и открытий) ИЗМЕРИЧЕТ зме 5 известном измерителе существует ая погрепность измерения, обусрежде всего неидентичностью ларабинированного двойного тройника мость от величины измеряемого ига. Процесс калибровки измерисо сравнительно больптими затраи, поскольку прспусматривает измерительный тракт вместо исдополни тел ьн ловленная и метров ком и их эависи фазового сдв теля связан тами времен включение в Изобретение отнбсится к СВЧ измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных взаимных и невзаимных четырехполюсников.Известен автоматический измеритель невзаимного фазового сдвига четырехполюсников, содержащий генератор качающейся частоты, модулятор, ферритовый вентиль, комбинированный двойной тройник, согласованную нагрузку, исследуемый четырехполюсник, два детектора, две схемы вычитания, усилитель постоянного тока, усилитель отношения, синхронный детектор, электроннолучевой индикатор, генератор пилообразного тока и генератор пило образного напряжения 1. следуемого четырехполюсника калибровочного отрезка волновода. Кроме того, этот и ритель не позволяет производить измерения прямого и обратного фазовых сдвигов исследуемого четырехполюсннка.Наиболее близким по технической сутцности к предлагаемому является измеритель фазовых сдвигов невзанмных четырехполюсников, содержащий СВЧ генератор высокого уровня мощ ности, первый и второй феррнтовые вентили, делитель мощности, первый и второй направленные ответвнтели, ориентированные на волны, падающие на четырехполюсник, первый и второй направленные ответвители, ориентированные на волны, прошедщие четырехполюсник, первый, второй, третий, четвертый высокочастотные переключатели, испытуемый невзаимный четырехполюсник, первый и второй тройники, квалратурный н протнвофазный восьмиполюсники, первый, второй, третий, четвертый безынерционные измерители могцностн высокэго уровня, первую, вторую, третью, четвертую со-гласованные нагрузки, первую и вторую схемы вычитания, первый и второй синхронные де 89026455 текторы, первый и второй индикаторы с пулем в середине шкалы, ЭХ 1 Т модулятор, причем выход СВЧ генератора высокого уровня мощности подключен к входу делителя мощности, а вход - к первому выходу модулятора, первый и второй выходы делителя мощности последовательно через первый и второй ферритовые вентили, основные каналы соответственно первого, второго и четвертого, третьего направленных ответвителей подключены к первым фланцевым соединениям первого и второго высокочастотных переключателей, вторые фланцевые соединения которых подключены соответственно к входу и выходу калибровочного канала, а третьи - к входу и выходу испытуемого невзаимного четырехлолюсника, Вторые фланцевые соединения третьего и чет. вертого высокочастотных переключателей подключены к вторичным каналам первого и третьего направленных ответвителей, к третьим фланцевым соединениям подключены выходы вторичных каналов второго и четвертого направленных ответвителей, а к первым - входы первого и второго тройников соответственно, Первый и второй входы квадратур- ного (90 ) и противофазного (180 ) восьмиполюсников подключены к первым и вторым выходам первого и второго тройников, а первый он второй выходы соответственно через первый, второй и третий, четвертый безынерционные измерители мощности подключены к первой, второй и третьей, четвертой согласованным нагрузкам, Первые и вторые входы первой и второй схем вычитания подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего, четвертого безынерционных измерителей мощности, а выходы - . соответственно к горизонтально и вертикально отклоняющим пластинам электроннолучевой трубки, а также к первым входам первого и второго синхронных детекторов, к вторым входам которых подключен второй выход модулятора, Выходы первого и второго синхронных детекторов подключены к входам первого и второго ин= дикторов с нулем в середине пткалы 12.Однако в этом измерителе существуют до. полнительные погрешности измерения фазовых сдвигов, причины которых - существование в кольцевом измерительном тракте двух одно. временно существующих и противоположно направленных СВЧ волн, неидентичность синхронных детекторов и индикаторов с нулем в середине шкалы, конечная величина развязки между каналами, наличие отражения СВЧ сигнала от входов и выходов высокочастотных переключателей и потери в них, Измеритель не позволяет производить панорамное воспроиз. ведение фазовых сдвигов в диапазоне частот, и, кроме того, предназначен только для изме 1 О 20 25 30 35 яо 45 50 рения фазовых сдвигов невзаимных четырехпо.люсников,Целью изобретения является повышение точности измерения прямого, обратного и невзаим.ного фазовых сдвигов, возможность панорамного воспроизведения фазовых сдвигов в ди.алазоне частот, а также возможность измере.ния фазового сдвига взаимных четырехполюсников.Указанная цель достигается тем, что в измеритель фазовых сдвигов четырехлолюсников,содержащий модулятор, первый и второй фер.ритовые вентили, выходы которых соответст.венно через первый и второй, третий и четвертый направленные ответвители подсоединенык входам первого и второго СВЧ переключа.телей, к первым выходам которых подключенызажимы для включения отрезка волновода, ако вторым - исследуемого четырехполюсника,первый квадратурный восьмиполюсник, первыйи второй вычитатели, .синхронный детектор иэлектроннолучевую трубку, введены генераторкачающейся частоты, дополнительный СВЧ переключатель, второй квадратурный восьмиполюсник, первый, второй, третий и четвертыйдетекторы, первый и второй электронные ком.мутаторы, аналого-цифровой преобразователь,блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь, арифметический блок, цифровой индикатор и блок управления, причем вход генератора. качающейся частоты соединен с выходоммодулятора, а первый выход - к входу до.полнительного СВЧ переключателя, первый ивторой выходы которого подключены к первому и второму ферритовым вентилям, приэтом первый и второй входы первого и вто.рого квадратурных восьмиполюсников подсоединены соответственно к выходам первогои третьего, второго и четвертого направленныхответвителей, а первый и второй выходы ихчерез первый и второй, третий и четвертый детекторы - к первому и второму входам первого и второго вычитателей, первый и второйвходы первого электронного коммутатора соединены с выходами указанных вычитателей,а выход - с первым входом синхронного детектора, второй вход которого подключен квыходу модулятора, при этом вход аналогоцифрового преобразователя подсоединен к выходу синхронного детектора, а выход - черезпоследовательно соединенные блок памяти иарифметический блок - к входам цифровогоиндикатора и цифро.аналогового преобразователя, первый и второй входы второго элект.ронного коммутатора соединены соответственнос выходами цифро-аналогового преобразовате.ля и синхронного детектора, а выход - с вер.тикально отклоняющими пластинами электроннолучевой трубки, с горизонтально отклонякшими пластинами которой соединен вторйвыход генератора качающейся частоты, а первый, второй, третий и четвертый выхоць бло.ка управления подключены к управляющимвходам дополнительного СВЧ переключателя, %первого и второго электронных коммутаторови арифметического блока.На чертеже приведена структурная схемапредлагаемого измерителя,Измеритель содержит генератор 1 качающейся частоты, . модулятор 2, СВЧ переключатель 3,первый 4 и второй 5 ферритовые вентили,первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9направленные ответвители, первый 10 и второй 1 СВЧ переключатели, отрезок волново.да 12, исследуемый четырехполюсник 13, первый 14 и второй 15 квадратурные восьмиполюсники, первый 16, второй 17, третий 18,четвертый 19 детекторы, первый 20 и второй21 вычитатели, первый 22 и второй 23 двухканальные электронные коммутаторы, синхронный детектор 24, цифро-аналоговый преобразователь 25, ЭЛТ 26, аналого-цифровой преобразователь 27, блок памяти 2 Ь, арифметичес.кий блок 29, цифровой индикатор 30 и блок ф31 управления,Измеритель работает следующим образом.В режиме калибровки переключатели 10 и 11 устанавливаются в первое положение, фф генератор 1 качающейся частоты и блок 31 управления переводятся в ручной режим работы, при этом частота СВЧ сигнала устанавливается равной средней рабочей частоте исследуемого четырсхполюсника, а блок 31 управ- Зч лсния устанавливается в такое положение, при котором к кольцевому измерительному тракту подключен первый выход управляемого СВЧ переключателя 3, к входу синхронного детектора 24 подключен выход вычитателя 20, а к выходу - вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 26. При таком сосооии эмеи. теля СВЧ сигнал поступает от генератора 1 качающейся частоты на вход переключателя 3 и с первого выхода его проходит последовательно ферритовый вентиль 4, направленные ответвители 6 и 7, отрезок тракта, направленные ответвители 8 и 9 и поглощается ферритовым вентилем 5. На первый и второй входь квадратурного восьмиполюсника поступают СВЧ сигналы с выходов вторичных каналов первого 6 и третьего 8 направленных ответвителей (поскольку они ориенпрованы на подающую волну)О, = Азпт; (1)О, = Ввп(сс 1 + р), 12) где А и Вамнлиту:ы СВЧ сигналов:фаэпвьй свиг орезка волновола.1.слн 1 етекторы 16 и 17 являются квадра. пчв,ь, гп вилеосигналь на их выходах равь1О = - А + - В - АВвп р (3)2 2 1, 1О = - А + - В + АВвиър, 2 2(4) На выходе вычитателя 20 имеется сигнал,равный разности этих двух видеосигналовО = О - О,б = 2 АВвпр. (5)Регулировкой фазовой характеристики его по.казание цифрового индикатора 30 устанавливается равнъм нулю.Калибровка измерителя на измерение обратных фазовых сдвигов производится аналогично,но при этом с помощью СВЧ переключателя 3изменяется направление распространения СВЧволны в кольцевом тракте на обратное, к входу синхронного детектора 24 подключается через электронный коммутатор 22 выход вычитателя 21,В режиме измерения фазовых сдвигов СВЧпереключатели 10 и 11 переводятся во второеположение, блок 31 управления и генератор 1качающейся частоты переводится в автоматичес.кий режим. При этом в момент каждого из.мерения осуществляется автоматическая остановка овтирования генератора 1 качающейся частоты, в результате чего, например, при измерении фазовых сдвигов невзаимных четырехполюсников, возможно наблюдение прямого,обратного и невзаимного фазового сдвига четырехполюснлка.Рассмотрим процесс измерения фазовыхсдвигов и одновременно покажем осуществление возможности измерения фазовых сдвиговкак взаимных, так и невзаимных четырехполюсников, а также повышение точности изме.рення. В режиме измерения фазового сдвига.аимнсго четырехполюсника переключатели10 и 11 устанавливаются во второе положение, блок 31 управления переводится в ручной режим, при этом к кольцевому измерительному тракту подключен первый выход СВЧпереключателя 3, к входу синхронного детектора 24 подключен выход вычитателя 20, ак выходу - вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 26, В этом случае на вход синхрон-ного детектора 24 подается видеосигнал, свыхода которого снимается постоянное напря.жение, пропорциональное измеряемому фаэово.му сдвигу четырехлолюсника. Это напряжениеиндицируется на экране ЭЛТ в функции двухкоординат: по оси у отклонение луча пропор 1ционально измеряемому фазовому сдвигу, апо оси х - пропорционально частоте СВЧ сиг.нала. Затем по сигналу от блока 31 управле 8.0264ция генератор 1 качающейся частоты церестра.ивается ца новую частоту, и процесс измерения повторяется. После окончания одного периода свипирования на экране трубки получаем совокупность точек у = 7(т). Постоянноенапряжение с выхода синхронного детектора 24поступает также на аналого. цифровой преобразователь 27, с выхода которого напряжениев цифровой форме поступает на цифровой индикатор 30. 10Измерение прямых и обратных фазовыхсдвигов невзаимных четырехлолюсников происходит аналогично измерению фазового сдвигавзаимного четырехполюсцика, но при этом на-.пряженця в цифровой форме, поступающие свыхода аналого-цифрового преобразователя 27,пропорциональные Чи ч б, запоминаютсяпр. обр.блоком 28 памяти.В режиме измерения цевзаимного фазовогосдвига с блока управления поступает сигнална блок памяти 28, которое выдает напряжение, пРопоРциональное Рп и Ч бр , на аРифметический блок 29. Одновременно с блока 31управления поступает сигнал на электронныйкоммутатор 23, который подключает к вертикально отклоняющим пластинам ЭЛТ 26 выход цифро-аналогового преобразователя 25.С выхода арифметического блока 29 напря.жение, равное ЬФ = Ф - ч б, поступаетпр. обр.на вход цифро-аналогового преобразователя 25,с выхода которого напряжение в аналоговойформе подается на вертикально-отклоняющиепластины ЭЛТ 26, где ч - фаза синала, отраженного ог выхода четырехцолюсцика В.Здесь С - амплитуда обратной воины, про.шедшей через исследуемый четы.рехцолюсник и попавшей во вторичный канал направленного ответвителя 6;Е - амплитуда обратной волны, попавшей во вторичный канал направленного ответвителя 8;О - амплитуда обратной волны, отражснйой от выхода исследуемого четырехполюсцика и попавшейво вторичный канал направленного ответвителя 8;- фаза сигнала, отраженного отвыхода исследуемого четырехполюсника,Аналогичные рассуждения можно привестии для случая измерения.Технико- экономические преимупества предлагаемого изобретения заключаются в следу.ющем. Устройство позволяет измерить фазовые сдвиги как взаимных, так и невзаимныхСВЧ четырехполюсциков. Имеет более высокуюточность измерения, которая достигается, вопервых, за счет временного разделения каналов парциальных волн в кольцевом тракте,во.вторых, точность измерения повышается засчет исключения иэ измерительного тракта двухСВЧ переключателей, и в-третьих, за счет применвцня только одного синхронного детектора,и позволяет панорамно воспроизводить зависимость фазовых сдвигов от частоты, Операции измерения ч,и ЬФ осупр.обр. 35ществляются последовательно по командам сблока 31 управления, В результате на экране ЭЛТ 26 индицируются зависимости:- 7 (т) ) Ф обр - 7 (т у - 7 зЕсли предположить, что в режиме измерениятракт записывается одновременно и соПр.стороны вентиля 4 и со стороны вентиля 5,то в ответвитель 6, вследствие его конечнойнаправленности, попадает часть СВЧ сигнала обратной волны, прошедшей через отрезок тракта, а в ответвитель 8 попадает часть СВЧ сигнала обратной волны и часть этого сигнала,отраженного от выхода четырехполюсника, накоторую этот ответвитель оказывается вклю.ченцым в прямом направлении. Поэтому воз 0никает дополнительная погрешность измерения, обусловленная тем, что с выхода вторич.пр.ного канала направленного ответвителя 6 снимается сигналО = АппоС 4 С вп(ыС 4 Ч ),обра с выхода.вторип 4 ого канала цаправленцсгсответвителя 8 снимается сигналОг = В з 1 п(ос +) 4 Е зпо.с +пр.+ О яп(соС 4 Д,Формула изобретения Измеритель фазовых сдвигов четырехлолюсников, содержащий модулятор, первый и второй ферритовые вентили, выходы которых соответственно через первый и второй, третий и четвертый направленные ответвители подсо.единены к входам первого и второго СВЧ переключателей, к первым выходм которых подключены зажимы для включения отрезка волцовода, а ко вторым - исследуемого че. тырехполюсцика, первый квадратурный восьмиполюсник, первый и второй вычитатели, синхронный детектор и электроннолучевую трубку, о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения фазовых сдвигов и расширения функциональных возможностей, в него введены генератор качающейся частоты, дополнительный ГВЧ переключатень, второй квадратурный восьмиполюсцик, первый, второй, третий и четвертый дс. текторы, первый и второй алекроццые ком. мутаторы, аналого. цифровой п)собразователь,блок памяти, арифметический блок, цифроаналоговый преобразователь, цифровой индика.тор и блок управления, причем вход генератора качающейся частоты соединен с выходоммодулятора, а первый выход - к входу дополнительно СВЧ переключателя, первый и второй выходы которого подключены к первомуи второму ферритовым вентилям, при этомпервый и второй входы первого и второгоквадратурных восьмиполюсников подсоединенысоответственно к выходам первого и третьего,второго и четвертого направленных ответвителей, а первый и второй выходы их через первый и второй, третий и четвертый детекторы -к первому и второму входам первого и второго вычитателей, первый и второй входы пер.вого электронного коммутатора соединены свыходами указанных вычитателей, а выход -с первым входом синхронного детектора, второй вход которого подключен к выходу модулятора, при этом вход аналого. цифровогопреобразователя подсоединен к выходу синхронного детектора, а выход - через последовательно соединенные блок памяти и арифметический блок - к входам цифрового индикатора и цифро-аналогового преобразователя,первый и второй входы второго электронногокоммутатора соединены соответственно с выходами цифро-аналогового преобразователя исинхронного детектора, а выход - с вертикально отклоняющими пластинами электроннолучевой трубки, с горизонтально отклоняющимипластинами которой соединен второй выход 1 О генератора качающейся частоты, а первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления подключены к управляющим входамдополнительного СВЧ переключателя, первогои второго электронных коммутаторов и арифметического блока. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Елизаров А. С. "Автоматизация измереэп ния параметров линейных невзаимных СВЧчетырехполюсников, М., "Советское радио",1978.2. Авторское свидетельство СССР У 363043,кл. 6 01 В 25/00, 1973.890264 оррекор Н, Степ 62/72 Тираж 735ВНИИПИ Государственного комитета СССРло делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4 Поди ис За илцал П 11 П "11 атент", г. Ужгород, ул. Проектная Составитель А. СтаростинРедактор О. Персияицева Техред М.Рейвес