Двухканальное устройство для измерения квадратурных составляющих свч- сигнала

 

ДВУХКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КВАДРАТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СВЧ-СИГНАПА, содержащее две клеммы для включения испытуемого четырехполюсника , последовательно соединенные вторую клемму, сумматор, квадратичный детектор, первый полосовой фильтр и синхронный фазовый детектор, последовательно соединенные первый и второй фазовые модуляторы, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с модулирующим входом первого фазового модулятора и через делитель частоты на П с модулирующим входом второго фазового модулятора и с гетеродинным входом синхронного фазового детектора, отличающеес я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены генератор ВЧ, гетеродин, первый и второй смесители, второй и третий Полосовые фильтры, первый и второй умножители на In , причем выход гетеродина соединен с гетеродинным входом первого смесителя и с сигнальным входом первого фазового модулятора, выход второго фазового модулятора соединен с гетеродинным входом второго смесителя, сигнальные входы первого и второго смесителей соединены в с выходом генератора ВЧ, выход второго смесителя соединен через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и первый змножитель частоты на fn с первой клеммой, а выход первого смесителя через последовательно включенные третий полосовой фипьтр и второй умножитель частоты на m соединен с вторым входом сумматора. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09} (fl) э(5в Q 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 ! ф !!Ф 1 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 1002980, кл. Cj 01 К 25/00, 1983.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3510546/18-21 (22) 10. 11 ° 82 (46) 23.09.84. Бюл. 9 35 (72) Л.А.Летунов и С С.Старовойтов (53) 621.317.777(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 471551, кл. Q» 01 Й 25/00, 1972. (54) (57) ДВУХКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ КВАДРАТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ

СВЧ-СИГНАЛА, содержащее две клеммы для включения испытуемого четырехполюсника, последовательно соединенные вторую клемму, сумматор, квадратичный детектор, первый полосовой фильтр и синхронный фазовый детектор, последовательно соединенные первый и второй фазовые модуляторы, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с модулирующим входом первого фазового модулятора и через делитель частоты на П с модулирующим входом второго фазового модулятора и с гетеродинным входом синхронного фазового детектора, отличающеес я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены генератор ВЧ, гетеродин, первый и второй смесители, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй умножители на П, причем выход гетеродина соединен с гетеродинным входом первого смесителя и с сигнальным входом первого фазового модулятора, выход второго фазового модулятора соединен с гетеродинным входом второго смесителя, сигнальные входы первого и второго смесителей соединены

Ф с выходом генератора ВЧ, выход второго смесителя соединен через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и первый умножитель частоты на th с первой клеммой, а выход перво- Я

ro смесителя через последовательно включенные третий полосовой фильтр и второй умножитель частоты на щ соединен с вторым входом сумматора.

1114971

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз и затухания исследуемого СВЧ-сигнала относительного опорного сигнала в широ- 5 ком частотном и амплитудном динамическом диапазоне.

Известно устройство для измерения квадратурных составляющих СВЧ-сигнала относительно когерентного ему 10 опорного сигнала, содержащее фазовый манипулятор, сумматор, детектор и фазометр (1) .

Недостатками данного устройства являются недостаточная широкополос- 15 ность для исследования измеряемых четырехполюсников в рабочей полосе частот, так как широкополосность: устройства определена фазовым манипулятором, выполненным на СВЧ, невоз- 20 можность одновременно с фазовым сдвигом измерять затухание исследуемого сигнала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст-25 ройство, позволяющее расширисть амплитудный динамический диапазон измерений за счет устранения аттенюатора в исследуемом канале, а также одновременно с измерением разности 30 фаз производить измерение затухания исследуемого сигнала.

Устройство содержит первую и вторую клеммы для включения испытуемого четырехполюсника, последовательно соединенные вторую клемму, сумматор, квадратичный детектор, первый полосо-. вой фильтр и синхронный фазовый детектор, последовательно соединенные первый и второй фазовые модуляторы, 40 генератор прямоугольных импульсов, соединенный с модулирующим входом первого фазового модулятора и через делитель частоты на 1 с модулирующим входом второго фазового модулято-45 ра и с гетеродинным входом синхронного фазового детектора (?) .

Недостатком известного устройства является малый диапазон перестройки частоты генератора СВЧ из-за узко50 полосности фазовых модуляторов. Кроме того, реализация фазовой модуляции на СВЧ представляет большие трудности, связанные с изготовлением и согласованием коаксиальных либо волно-.

55 водных СВЧ-трактов.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона устройства.

Цель достигается тем, что в двухканальное устройство для измерения квадратурных составляющих СВЧ-сигнала, содержащее две клеммы для включения испытуемого четырехполюсника, последовательно соединенные вторую клемму, сумматор, квадратичный детектор, первый полосовой фильтр и синхронный фазовый детектор, последовательно соединенные первый и второй фазовые модуляторы, генератор прямоугольных импульсов, соединенный с модулирующим входом первого фазового модулятора и через делитель частоты на и с модулирующим входом второго фазового модулятора и с гетеродинным входом синхронного джазового детектора, введены генератор ВЧ, гетеродин, первый и второй смесители, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй умножители на П, причем выход гетеродина соединен с гетеро— динным входом первого смесителя и с сигнальным входом первого фазового модулятора, выход второго фазового модулятора соединен с гетеродинным входом второго смесителя, сиг— нальные входы первого и второго смесителей соединены с выходом генератора ВЧ, выход второго смесителя соединен через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и первый умножитель, частоты на д с первой клеммой, а выход первого смесителя через последовательно включенные третий полосовой фильтр и второй умножитель частоты на N соединен с вторым входом сумматора.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит генератор

ВЧ 1, гетеродин 2, генератор 3 прямоугольных импульсов, делитель 4 частоты на 1, первый и второй фазовые модуляторы 5 и 6, второй смеситель

7, первый смеситель8, второй полосовой фильтр 9, третий полосовой фильтр

10, первый и второй умножители 11 и 12 частоты на lq испытуемый четырехполюсник 13, сумматор 14, квадратичный детектор 15, первый полосо- вой фильтр 16 синхронный фазовый детектор 17, первую и вторую клеммы

18 и 19 для включения испытуемого четырехполюсника.

При этом генератор ВЧ 1 соединен своим выходом с сигнальными входами второго и первого смесителей 7 и 8, 3 1114 гетеродинный вход первого из которых соединен с выходом г етеродина 2, а гетеродинный вход второго через последовательно включенные первый фазовый модулятор 5 и второй фазовый модулятор 6 — с выходом гетеродина

?, выход второго смесителя 7 соединен с последовательно включенными вторым полосовым фильтром 9, первым умножителем 11 частоты íà П1, испытуемым 1р четырехполюсником 13, а выход первого смесителя 8 соединен с последовательно включенными третьим полосовым фильтром 10 и вторым умножителем 12 частоты на П1, выход которого и выход15 испытуемого четырехполюсника 13 соединены с соответствующими входами

СВЧ-сумматора 14, выход которого соединен с последовательно включенными квадратичным детектором 15, первый )р полосовым фильтром 16, синхронным фазовым детектором 17. Первая и вторая клеммы 18 и 19 соединены соответ-. ственно с входом и выходом испытуемого четырехполюсника 13.

Устройство для измерения квадратурных составляющих СВЧ-сигнала работает следующим образом.

Сигналы на выходах перестраиваемого генератора ВЧ 1 и гетеродина 2

3D соответственно можно записать в виде

971

u,(Ö= Ч созсь t

Uz(

Первый и второй фазовые модуляторы 5 и 6 осуществляют фазовую модуляцию сигнала гетеродина на умеренно низкой фиксированной частоте (75 МГц). Скачки фазы, создаваемые фазовыми модуляторами, превращают гармоническое колебание гетеродина 2 в фазомодулированное. Модуляторы 5 и

6 могут быть реализованы двумя электронными фаэовращателями, устанавливающими фазовые сдвиги сигнала с большой точностью. Коммутация входов и выходов фазовращателей осуществляется электронными переключателями, управляющими сигналом генератора 3 прямоугольных импульсов и сигналом с делителя 4 частоты на tl . Частота коммутации фазы может быть выбрана равной 100 и 1 кГц соответственно при 11 = 100.

Таким образом, сигнал на выходе второго фазового модулятора имеет вид где(„ /m—

Ч2) +

à =—

Т1 т

ПРИ Q (

2 ) Чгсоьа,t

Т при 0- 1(—) Т, ПРИ Q(ti —.

0 Я=

Т

Ч,c05 Mft t — j пРИ вЂ” С т I3(4

r m)) 2 1) (2)

922

Ч сов я,1+ — пои 0(( и) Р 2

П И 2 tc/2, <ÑÎ5 Я вЂ” — П И вЂ” t (T

1 фазовый сдвиг, вносимый Сигнал вида (2) смешивается на втопервым модулятором 5; ром смесителе 7 с сигналом перестраифазовый сдвиг, вносимый ваемого по частоте ВЧ-генератора 1, вторым модулятором 6. 45 в результате .чего на выходе второго полосового фильтра 9 выделяется раз1 ностная компонента от перемножения (т

12 сигналов

Ч Ч /2 со(у,-(,) lt п „pcg .

Ч

glfl2(:os)(uf-u,lt — п,) — (t< T°, Г(% т, 1 )) )

Q V f (2 соЕ ((Vf 41с 1 .— П рИ () а (— 2

Ч Ч Т Р 1тЪ с ft2срь„(4)г — Я lg+ — Ф вЂ” П

„„,ПРИ - Т, 1114971

М«cos(m(coc-coc)t), при S tc —, т„

Ппg Q 61(,с — (1 Г

V«cos(m(

V«cos(m(coc-cocIt ct1+ ttcJ,при — t, т, Ц (С) =

0z(t = „2cog(rn(,-z )g), 1

U12cosQ0 711 »СО э 4 0 1 Чх) ()ри Q < 1, с — 1

М12сО,Р()о< 11К»СО з ИОФ+Ц») ) Г()и с(11

) ((ри 0-" С

Т2

) (6) 0 ю= (2СО аО 1Ч1„Кх 51П((,00 1(1)х) Рри Ос а х (2 (1 и — 1„с 12(- о ()0 "11k» siè (Ыо1 (р „), (1p)) — c gс т„

:тектором ж илию

I 5, пропорционален выраШирина полосы пропускания фильтра

9 должна быть рассчитана на ширину эффективной полосы спектра фазомодулированного колебания.

На первый смеситель 8 поступают 5 немодулированные колебания непосредственно с генератора 1 и гетеродина

2, поэтому на выходе третьего полосового фильтра 10, выделяющего только разностную компоненту от перемноже10 ния, сигнал можно записать в виде с г(2 со (Q) -Qñ)t ° (4)

Так как колебание вида (4) немодулированное, после третьего полосового

В качестве умножителей частоты могут быть выбраны стандартные приборы,З0 например умножитель частоты синтезаторный Чб-2. На его входе сигнал может меняться по частоте в широком диапазоне 25-50 МГц. На выходе умно житель может давать сигнал в пределаху

50-400 МГц. Большая широкополосность умножителя позволяет йреобразовать

I фазомодулированное колебание без существенных нелинейных искажений.

Таким образом, осуществляется двой-40 ная фазовая модуляция СВЧ-сигнала, меняющегося по частоте в широких пределах, необходимых для исследования характеристик измеряемого четырех—

Ква бр ат огибающей сигнала (6), выделенный квадратичным дефильтра 10 должна быть рассчитана лишь на диапазон перестройки частоты генератора 1.

Далее сигналы виды (3) и (4) переносятся на диапазон СВЧ с помощью первого и второго умножителей 11 и 12 частоты. учитывая, что умножитель увеличивает в рр(раз коэффициент умножения входную частоту сигнала и индекс фазовой модуляции, сигналы на выходах первого и второго умножителей 11 и 12 соответственно можно представить в следующем виде

Ф полюсника. Причем сама фазовая модуляция получается на фиксированной умеренно низкой частоте, что позволяет говорить о высокой степени точности установления фазовых сдвигов и прос-тоте реализации модуляторов.

Обозначив М (Q(— 0)с ) = Ыо и учитывая, что (= 180о„g = 90 результирующий сигнал на выходе СВЧсумматора 14, образованный сложением опорного сигнала UZ(t.) и измерительного сигнала 0Ь(), прошедшего испытуемый четырехполюсник 13, который внес затухание М» и фазовый сдвиг Я» ) можно представить в виде

1114971

2 т, Ufg t Ч» К x+ 2U«kX V 2 COS Ц„ЦРЦ Р с 6 (—.

IlpuO< t(—

zi т, Ч«"„2Ч,„Ч12К сов(„при ((Т,, Ч2 2 Т1

Ч» Кх+2Ч» 121 х 51п х, п и P(t»â€”

Т с

Ч2 т rtpM t 7, 11

12 « х ЧИ Ч 2 "х qx, ops — t (T1 ! 8 t l (7) цц= кх=

Далее сигнал (7) усиливается и фильтруется первым полосовым фильтром 16, который настроен на частоту генератора 3 прямоугольных импульсов, В результате на выходе первого полосового фильтра 16 имеем

U1g

Т

° 2 7 т (8)

Ч1Ь у 5(И (фХ С05 Й 1, ПОИ вЂ” с с Г

> г. 2- 2) где Ч1ь 4 Ч„Ч <2 амплитУда;

Я» — = — = à — частота сигнала.

2 Т, После синхронного фазового детектирования на детекторе 17 получаем последовательность уровней, пропорциональных квадратурным составляющим исследуемого СВЧ-сигнала . V1ekxcoscqx, ори О - С <— т2 ь" 1п q x

По этим значениям при необходимости легко могут быть вычислены параме тры из мер яемог о четырехполюс ника

kx и (0x

Чмь

Vie Kx sin Nx

Ч „= Огсз (1O)

V

Предлагаемое устройство способно производить измерения параметров четырехполюсников в большом динамическом амплитудном диапазоне и в достаточно широкой полосе частот.

l 114971

«П ™ », г.Уагород уя.йроектиаа, 4