Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты

(57) Изобретение мзовано при контролтырехполюсников счастоты. Бель изоб жет быть испол различных череобраэованием етения - повыш ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТСРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Краснодарский научно-исследовательский институт радиоизмерительной аппаратуры "Ритмн(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ И ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧГТЫРЕХПО 1 ПОСНИКОВ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ ние точности измерения фазочастотных 1 характеристик четырехполюсников с преобразованием частоты - достигается за счет исключения влияния входного и выходного сопротивлений испытуемого четырехполюсника 21 при измерении суммы и разности сдвигов фаз,. Для этого в устройство, содержащее генераторы 1 и 2 качающейся частоты, блок 3 управления, первый делитель 5 сигналов, аттенюатор 6, шесть переключателей 7, 9, 10, 16, 19, 22, два смесителя 8 и 12 фаэовой автоподстройки частоты, усилитель 11, два фазовых детектора 13 и 17, опорный смеситель 15, перестра- ф иваемый генератор 18 промежуточных частот, второй делитель 20 сигналов, испытуемый четырехполюсник 21 с преобразователем частоты, смеси1661682 тель 23 промежуточной частоты измерительного канала, смеситель 24 про"межуточной частоты опорного канала,Изобретение относится к областирадиоизмерений и может быть использовано при контроле различных устройств СВЧ,Целью изобретения является повышЕние точности измерения фазочастотных характеристик четырехполюсниковс преобразованием частоты за счетисключения влияния входного и выходного сопротивлений испытуемого четырехполюсника при измерении суммыи разности сдвигов фаз,На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты,Устройство содержит генераторы 1и 2 качающейся частоты (ГКЧ), блок .3 их управления (БУ), третий делитель 4 сигналов, первый делитель 5сигналов, аттенюатор 6, первый переключатель 7, первый смеситель 8 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ),второй переключатель 9, третий переключатель 10, усилитель 11, второйсмеситель 12 ФАПЧ, первый фазовыйдетектор 13, дополнительный смеситель 14 опорный смеситель 15, четвертый переключатель 16, второй фазовый детектор 17, перестраиваемыйгенератор 18 промежуточной частоты,40пятый переключатель 19, второй делитель 20 сигнала, испытуемый четырехполюсник 21 с преобразователем частоты, шестой переключатель 22, смеситель 23 промежуточной частоты измерительного канала, смеситель 24промежуточной частоты опорногоканала, индикатор 25, решающий5 лок 26, Первый управляющий вход ГКЧи управляющий вход ГКЧ 2 соединеныс первым выходом БУ 3, второй выходкоторого соединен с третьим входоминдикатора 25 и входом перестраиваемого генератора 18 промежуточных частот, третий выход которого соединен с55вторым входом второго фазового детектора 17. Выход ГКЧ 1 соединен с одним из входов первого смесителя 8 индикатор 25, решающий блок 26, введены третий делитель 4 сигналов и дополнительный смеситель 14. 1 ил. ФАПЧ, другой вход которого соединенс выходом ГКЧ 2, который одновременносоединен с. вторым (гетеродинным) входом опорного, смесителя 15, первыйвход которого соединен с подвижнымконтактом третьего переключателя 10,первый неподвижный контакт которогосоединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя 16,подвижный контакт которого соединенс выходом усилителя 1 1, вход которого соединен с подвижным контактомпервого переключателя 7, первый неподвижный контакт которого через ат-,тенюатор 6 соединен с одним из выходов первого делителя 5 сигналов, вто"рой выход которого соединен с первым неподвижным контактом второгопереключателя 9, второй неподвижныйконтакт которого соединен с вторымнеподвижным контактом четвертого переключателя 16,Выход первого смесителя 8 ФАПЧсоединен с первыми входами первогофазового детектора 13 и второго смесителя 12 ФАПЧ, выход которого соединен с третьим входом первого ГКЧ 1,второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора 13,второй вход которого соединен с первым выходом перестраиваемого генератора 18 промежуточных частот и входом второго делителя 20 сигналов,выходы которого соединены с вторыминеподвижными контактами пятого 19 ишестого 22 переключателей, первыенеподвижные контакты которых соединены между собой. Подвижный контакт пятого переключателя 19 соединен с выходом опорно" го смесителя 15, а подвижный контакт шестого переключателя 22 соединен с первым (сигнальным) входом смесителя 24 промежуточной частоты опорного канала, выход которого соединен с вторым входом индикатора 25, первый вход которого соединен с выходом сме" сителя 23 промежуточной частоты измерительного канала, второй (гетеро 166168210 15 20 25 30 35 40 разом,ГКЧ 1 и 2 могут работать в двухрежимах.В режиме первой переменной промежуточной частоты напряжением от блока 3 управления устанавливается начальная разность между частотой 63,частотой СО ГКЧ 2 раваяначальной промежуточной частоте полосы анализа исследуемого четырехполюсника 2 с преобразователем частоты. Этим же напряжением устанавливается начальное значение первой переменной промежуточной частоты Ясигналов перестрливлемого генератора 18 промежуточных частот, снимаемой с его первого выхода, равное начальной частоте полосы анализа. Затем относительно ГКЧ 2, настроенногона фиксированную частоту, включаетсясвипировацие ГКЧ 1 в диапазоне, рав -ном полосе анализа цл промежуточнойчастоте исследуемого четырехполюсника 21 с преобразователем частоты.При этом синхронно с ГКЧ 1 свипирует 45 50 55 динный) вход которого одновременно соединен с вторым (гетеродинным) входом смесителя 24 промежуточной частоты опорного канала, с вторым выходом перестрливаемого генератора 18 промежуточных частот и вторым входом второго смесителя 12 ФАПЧ.Выход индикатора 25 соединен с входом решающего блока 26. Вход третьего делителя 4 сигналов соединен с выходом первого ГКЧ 1, один выход третьего делителя 4 сигналов соединен с входом первого делителя 5 сигналов, другой выход третьего делителя 4 сигналов соединен с первым (сигнальным) входом испытуемого четырехполюсника 21 с преобразователем частоты, второй (гетеродинный) вход которого соединен с выходом второго ГКЧ 2, одновременно соединенным с одним из входов дополнительного смесителя 14, другой вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя 9, а выход дополнительного смесителя соединен с первым (сигнальным) входом смесителя 23 промежуточной частоты измерительного канала.Выход испытуемого четырехполюсника 2 1 с преобразователем частоты соединен с третьим неподвижным контактом шестого переключателя 22.Устройство работает следующим оби перестраиваемый генератор 18 промежуточных частот в заданном диапазоне промежуточных частот.Одновременно с сигналами первой промежуточной частоты в перестраивлемом генераторе 18 промежуточных частот вырабатываются сигналы вспомогательной промежуточной частоты, снимаемые с его второго выхода, сдвинутые на постоянную величину Я. относительно сигналов первой промежуточной частоты с точностью до Фазы в любой точке. Часть сигналов промежуточной частоты Я с выхода смесителя 8 ФАПЧ подается нл один из входов смесителя 12 ФАПЧ, где смешивается с сигналом вспомогательной частоты от перестраиваемого генератора 18 промежуточной частоты. Образовавшийся в результате этого сигнал второй постоянной промежуточной частоты с выхода этого смесителя подается на один из входов фазового детектора 17, где сравнивается с опорным сигналов частоты Г 2, вырабатываемым в перестрливлемом генераторе 18промежуточных частот и снимаемым сего третьего выхода, л результат сравнения с выхода фазового детектора 17 подается ца один из входов ГКЧ 4, управляя его члгтотсй. так, что разность между цей и частотой ГКЧ 2 с точностью до фазы поддерживается равной текущему значению первой переменной промежуточцой частоты Ю ,В режиме постоянной первой промежуточной частоты Сд с помощью блока 3 управления осуществляется синхронное качание ГГ 1 1 ив диапазоне СВЧ, при этом цл однц вход первого смесителя 8 ФАГ 1 подается частьсигналов с выходов этих генераторов, а полученные в результлте их смешивания сигналы первой ,переменной) про. межуточной частоты с выхода смесите - ля 8 ФАПЧ поступают цл олцц цз вхо - дов фазового детектора 13, где сравниваются с сц цлллми первой промежуточной частоты, исп цьзуемой в качестве опорной от первого выхода перестрливаемого гецерлторл 18 промежуточных частот. Результат сравнения подается ца однц цз входов первого ГКЧ 1 качающейся частоты, управляя его члс готой в процессекачания так, что рлзцость частот между ним и вторым генератором 2 качающейся частоты с точцостью догде 20 30 35 45 Фазы равна величине первой промежуточной частоты, на которую настроен перестраиваемый генератор 18 промежуточных частот.При каждом новом включении устрой ства, в самом начале производится калибровка, цель которой состоит в определении истинной Фазочастотной характеристики вспомогательного Смесителя. После этого она запоминается в памяти индикатора и по меРе необходимости воспроизводится на экране его электронно-лучевой трубки.В режиме калибровки в положении 1 переключателей 7, 9, 10, 16, 19 и 22 реализуется схема для измерения разности Фаз между выходными сигна" лами дополнительного 14 и опорного 15 смесителей. Перед измерениями про изводится выравнивание электрических длин дополнительного и опорного каНалов и трактов сигналов гетеродина После их разветвления, производится маркировка каналов устройства так, 4 тобы при измерении разности Фаз, Фаза в дополнительном канале была уменьшаемой, а в опорном - вычитаемой в этой разности.В схеме для измерения разности Фаз сигнал от первого ГКЧ 1 делится первым делителем 5 сигналов на два канала: дополнительный и опорный.Сигнал в дополнитепьном канале Может быть представлен в видец, = цзЫд,.с+Ср), (1)1)где ц - амплитудное значение сигнала"9Ч), - начальная Фаза сигнала вдополнительном канале напервом (сигнальном) входедополнительного смесителя.-Сигнал в опорном канале может быть представлен в видец = " в(п(и с+Р),игде ц - амплитудное значение сиги)нала 50и9- начальная Фаза сигналав опорном канале на входеопорного смесителя.Сигнал дополнительного канала через переключатель 9 подается на 55 первый вход дополнительного смесите.- ля 14, а сигнал опорного канала через аттенюатор 6, переключатель 7 усилитель 11 и переключатель 10 подается на первый (сигнальный) вход опорного смесителя 15,. где преобразуется с помощью сигнала от ГКЧ 2 в сигналы первой (переменной) промежуточной частоты Я. При этом ослабление аттенюатора 6 компенсирует усиление усилителя 11. Преобразование частоты может быть как вверх, так и вниз, и отвечает выражению Яг= % (3)Я - первая (переменная)промежуточная частота,Я - частоты сигналов первого ГКЧ,Я - частота сигналов второго ГКЧ.Допустим, в устройстве имеет место преобразование Тогда на выходе дополнительногосмесителя 14 имеет место сигнал, описываемый выражением, ГцЗ = цз (СО,-Сд,)+Р,-Ь( ) (5)где ц - амплитудное значение сигйнала,Ц) - начальная Фаза сигналовот ГКЧ 1 на первом (сигнальном) входе дополни-,тельного смесителя 14 ф- начальная Фаза сигналовот второго ГКЧ 2 на втором (гетеродинном) допол"нительном смесителе 14;Щ - искомый сдвиг фаз допол"нительного смесителя 14,вносимый им в фазу сигна".лов первой промежуточнойчастоты при преобразовании,учитывая условйе (4) имеем(6) После преобразования на выходе опорного смесителя 15 имеет место сигнал, описываемый выражением е с я(п(и,-и)с+Ц, Щ+Мгде цз - сигнал первой промежуточ 1661682 10(, - начальная Фаза сигналовот первого ГКЧ 1 на первом (сигнальном) входеопорного смесителяфФ(22 - начальная фаза сигналов 10от второго ГКЧ 2 на гетеродинном (втором) входеопорного смесителя,Д( - сдвиг. Фаз аттенюатора 6Д 9 э - сдвиг Фаз усилителя 11,Ь - сдвнг Фаз опорного смеси%теля 15, вносимый им вфазу сигналов первой промежуточной частоты в процессе преобразования.20Учитывая условие (4), имеемП Бшв 1 п(Ю + ( + ДЦ + Д(э ++ а, -(р",1 (8)25Сигналы первой промежуточной частоты с выхода дополнительного 14 иопорного 15 смесителей поступают насигнальные входы смесителей 23 и 24промежуточной частоты измерительного и опорногоканалов соответственно, где с помощью гетеродинного сигнала, подаваемого из второго выходаперестраиваемого генератора 18 промежуточных частот, они преобразуютсяв сигналы постоянной низкой промежуточной частоты Я 1 которые поступают на измерительный и опорныйвходы индикатора 25 отношений, гдевычисляются отношение и амплитуди разность фаз, а результат подается в решающий .блок 26, в котором фиксируется.Полагая, что амплитудно-частотные и фазочастотные характеристикисмесителей 23 и 24 промежуточной 45частоты измерительного и опорногоканалов идентичны, а индикатор 25отношений измеряет разность фаэмежду сигналами измерительного иопорного каналов второй низкой промежуточной частоты, результат сравнения разности фаз в индикаторе может быть представлен выражениемА = Кйэ э Пз) (9 Ч 1 55у -(" +у - у - Ьц), (9)где А - разность фаз, градус с учетом знака,К - коэффициент пропорциональности,й(цЦ) - функция, реализуемая фазовым детектором.Практически все аттенюаторы СВЧимеют линейную Фазочастотную характеристику и, следовательно, их электрическая длина может быть компенсирована электрической длиной СВЧ-тракта. Учитывая это обстоятельство, можно утверждать, что, сдвиг фаз ЬС аттенюатора б может быть скомпенсирован сдвигом фаз в измерительном канале,т,е.ч( ( + 1 2 (10)С учетом (10) и полагая, что электрические длины трактов измерительного и опорного каналов гетеродина(Ц. Ц, ) попарно равны ф = Ц(, индикатор 25 отношений зафиксируе результат измерений сдвигов фаз в видеВ положении 2 переключателей 7, 9, 10, 16, 19 и 22 реализуется схема для измерения суммы сдвигов фаз опорного 15 и дополнительного 14 смесителей.Сигнал первой переменной промежуточной частоты от первого выхода перестраиваемого генератора 18 проме. - жуточных частот вторым делителем 20 сигналов разделяется на два канала; вспомогательнь(й и опорный.Сигнал вспомогательного канала через переключатель 19 подается на вход промежуточной частоты спорного смесителя 15. При этом дополнительный 14 и опорный 15 смесители переключателями 7, 9, 10 и 16 включаются последовательно так, что вход сигнала СВЧ дополнительного смесителя 14 через усилитель 11 соединяется с входом сигнала СВЧ опорного смесителя 15. В этом случае на входе сигнала СВЧ опорного смесителя 15 в результате обратного преобразования и его избирательных свойств появляется сигнал суммарной частоты Я( = ( Я + + Я, ), который после усиления усилителем 11 поступает на вход дополнительного смесителя 14. На входе дополнительного смесителя имеет место сигнал, описываемый выражениемгде (1) - начальная Фаза сигнала от3перестраиваемого генератора 18 промежуточных частот во вспомогательном канале, 10Ь 9 - сдвиг Фаз усилителя 11,) Ч) - сдвиг Фаз, вносимый опорнымсмесителем 15 .при преобразовании в фазу сигнала про"межуточной частоты Я 15начальная Фаза сигнала отвторого ГКЧ на гетеродинном)входе дополнительного смесителя 14.Коэффициент усиления усилителя 11 20 устанавливается таким образом, чтобы компенсировать потери преобразования опорного смесителя 15, следовательно, амплитуда смесителя 14 практически не меняется По сравнению со схемой, когда он включен для измерения разности сдвигов Ааз.После преобразования в дополнительном смесителе 14 на его выходе имеется сигнал1Сг =гггг г)г + Ы -Юг) г +г,г(ггг Чг " щ + МггЮДф+Дф + Ьф +,ц ) (13) где , Ч" - начальные Фазы сигналов в гетеродинных каналах дополнительногои опорного 15 смесите 40лей,М) в ,сдвиг Фаз опорного смеФсителя.Присоединение гетеродина к допол 45 нительному 14 и опорному 15 смесителям остается неизменным по сравнению со схемой для измерения разности Фаз и поэтому+Дд ) . (14)Затем этот сигнал подается на первый (сигнальный) вход смесителя 23 промежуточной частоты измерительного канала где с помощью гетеродинного сигнала от перестраиваемого генератора 18 промежуточных частот он так же, как и в опорном канале с помощью смесителя 24 промежуточНой частотыопорного канала, преобразуется в сигнал второй постоянной промежуточнойчастоты, который поступает на измерительный и опорный входы индикатора25 отношений.Учитывая, что индикатор 25 отношений определяет разность Фаз междусигналами на его сигнальном (первом)и опорном (втором) входах результатэтого можно представить в виде- ,( ,) -(р,+ср, + (р, ++ И ( (15)где К 1 - коэффициент пропорциональности,Й,- функция Фазового детекто- ра индикатора,Ч- и- начальная Ааза сигнала отперестраиваемого генератора 18 промежуточныхчастот, в опорном канале,При равной электрической длине трактов измерительного и опорного каналбв Индикатор 25 отношений зафиксирует измерение суммы сдвигов Ааз в ви- де которыи поступает в решающий блок 26,Решающий блок 26 после поступления в него суммы сдвигов Ааз производит решение системы уравнений и определение истинного значения сдви"гов Фаз дополнительного смесителя 14в виде с учетом знаков суммы и разности сдвигов фаз,Величина истинного сдвига фа) Дзапоминается в оперативном запоминающем блоке индикатора 25. Истинныйсдвиг фаз Ь( измеряемый в диапазоне частот, образует Аазочастотнуюхарактеристику дополнительного смесителя.После режима калибровки включается режим измерения и производится измерение нескольких или одного устройства с преобразователем 21 частоты.Для этого все переключатели, кроме переключателя 22, устанавливаются в положение 2, т.е. реализуется схема измерения разности сдвигов фаз устройством, а шестой переключатель устанавливается в положение 3.В этом случае сигнал Я разделенный третьим делителем 4 сигналов, подается на сигнальный (первый) вход испытуемого четырехполюсника 21 с преобразователем частоты и первый вход дополнительного смесителя 14, на вторые (гетеродинные) входы которых поступает сигнал с второго ГКЧ 2.20Образовавшиеся сигналы первой промежуточной частоты Я подаются с выхода испытуемого четырехполюсника с преобразователем частоты на первый вход смесителя 24 промежуточной частоты опорного канала, а с выхода дополнительного смесителя 14 - на первый вход смесителя 23 промежуточной частоты измерительного канала, В смесителях промежуточной частоты измерительного 23 и опорного 24 каналов сигналы с частотой преобразуются в сигналы постоянной промежуточной частоты Я , которые поступают с выхода смесителя 23 на вход измерительного канала, а с выхода смесите 35 ля 24 - на вход опорного канала индикатора 25. В индикаторе 25 происходит сравнение Аазочастотных и амплитудно-частотцых характеристик40 четырехполюсников21 с преобразователем частоты с аналогичными характеристиками вспомогательного смесителя 14. Разность сдвигов фаз испытуемым четырехполюсником 21 с преобразователем частоты и дополнительным смесителем 14, измеренная фазовым детектором индикатора 25, в цем автоматически складывается с запомнен 50 ным значением сдвига фаз дополнительного смесителя 14 в каждой частотной точке с учетом знаков и воспроизводится на экране ЭЛТ и регистрирующем табло в виде фазочастотных характеристик и истинного значения сдвига фаз испытуемого четырехполюсника 21 с преобразователем частоть 1. Коэффициент передачи амплитудно-частотных характеристик испытуемого четырехполюсника с преобразователем частоты измеряется ацалогичцо. Формула и з о б р е т е н и яУстройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты, содержащее два генератора качающейся частоты, первые управляющие входы которых соединены с выходом блока управления, другой выход которого соединен с третьим входом индикатораи входом перестраиваемо.-о генератора промежуточных частот, третий выход которого соединен с вторым входом второго фазового детектора, вы-.ход первого. генератора качающейся частоты соединен с одним из входов первого смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, другой вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты, одновременно соединенным с гетеродиццым входом опорного смесителя, сигцал; - ный вход которого соединен с подвцжным контактом третьего переключателя, первый неподвижцый контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого через аттенюа - тор соединен с одним из выходов первого,пелителя сигналов, второй выход которого соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым неподвижным45контактом четвертого переключателя, .выход первого смесителя фазовой автоподстройки частоты соединен с первыми входами первого фазового детектора ц второго смесителя блока фазавой автсподстройки частоты, выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора, выход которого соединен с третьим входом первого генератора качающейся частоты, второй вход которого соединен с первым выходом перестраиваемого генератора промежуточьцгх частот ц входом второго делителя сигналов, выходы которого соединены с вторыми цепоп.15 16 1661682 Составитель Н.Михалев Техред М.Моргентал Корректор Л,Патай Редактор Л,Гратилло Заказ 2121 Тираж 414 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 вижными контактами пятого и шестогопереключателей, первые неподвижныеконтакты которых соединены между собой, подвижный контакт пятого переключателя соединен с выходом опорного смесителя, а подвижный контактшестого переключателя соединен с сигнальным входом смесителя промежуточной частоты опорного канала, выходкоторого соединен с вторым входоминдикатора, .первый вход которогосоединен с выходом смесителя промежуточной частоты измерительного канала, гетеродинный вход которогосОединен с вторым входом смесителяпромежуточной частоты, опорного ка,нала, вторым выходом перестраиваемого генератора промежуточных частот и вторым входом второго смесителя блока фазовой автоподстройкичастоты, выход индикатора соединенс входом решающего блока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюснижения погрешности измерения 25 зочастотных характеристик четырех,полюсника с преобразователем частоты, в него введень дополнительный смеситель и третий делитель сигнала, , вход которого соединен с выходом первого генератора качающейся частоты, один выход соединен с входом первого делителя сигнала, другой выход - с сигнальным входом испытуемого четырехполюсника с преобразователем частоты гетеродинный вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты, одновременно соединенным с одним из входов дополнительного смесителя, другой вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя, а выход дополнительного сме-, сителя соединен с первым входом смесителя промежуточной частоты измерительного канала, выход четырехполюсника с преобразователем частоты соединен с третьим неподвижным контактом шестого переключателя.