Устройство для измерения фазовых характеристик

 

Изобретение относится к радиотехнике . Повышается точность измерения фазовых характеристик, а также .расширяются функциональные возможности устройства путем измерения модуля коэф.передачи. СВЧ-сигнал высокочастотного генератора 1 делится дели телем мощности (ДМ) 2 на два синфазных сигнала. Один сигнал поступает в измерительный канал, где проходит через ферритовый вентиль 4, исследуемый СВЧ-элемент 6 и ДМ 3. Три синфазных сигнала одинакового уровня с ДО 3 поступают на соответствующие фазовые детекторы (ФД) 12, 13, 14. Второй сигнал с ДМ 2 поступает в канал опорных колебаний, образованный ферритовым вентилем 5, источником 7 когерентного света, оптическим фазовращателем (ОФ) 8 и оптическим расщепителем 10 на три луча. Образуются три световых пучка равной интенсивности. Один световой пучок поступает на ФД 12, второй через оптический фазовращатель 9 поступает на ФД 13, а третий через полуволновую фазосдвигающую пластинку 11 - на ФД 14. Каждый ФД состоит из электрооптического модулятора 15, лавинного фотодиода 16 и фильтра 17 нилсних частот. Сигналы с ФД 12 и 14 поступают на сумматор 20, (Л ю ND

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ив ю (51) 4 G 01 R 25/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3810184/24-09 (22) 01.11.84 (46) 07.04.86. Бюл. - 13 .(71) Ленинградский. ордена Ленина электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.А.Головков, С.В.Кузнецов, А.А.Макаров, А.В.Матвеев и А.П.Осипов (53) 621.317.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1018041, кл. G 01 R 25/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР и 958983, кл. G 01 К 25/02, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК (57) Изобретение относится к радиотехнике. Повьппается точность измерения фазовых характеристик, а также .расширяются функциональные возможности устройства путем измерения модуля коэф.передачи. СВЧ-сигнал высокочастотного генератора 1 делится дели телем мощности (ДМ) 2 на два синфазных сигнала. Один сигнал поступает s измерительный канал, где проходит через ферритовый вентиль 4, исследуемый

СВЧ-элемент 6 и ДМ 3. Три синфазных сигнала одинакового уровня с ДМ 3 поступают на соответствующие фазовые детекторы (ФД) 12, 13, 14. Второй сигнал с ДМ 2 поступает в канал опорных колебаний, образованный ферритовым вентилем 5, источником 7 когерентного света, оптическим фазовращателем (ОФ) 8 и оптическим расщепителем 10 на три луча. Образуются три световых пучка равной интенсивности.

Один световой пучок поступает на ФД 12, второй через оптический фазовраща- I тель 9 поступает на ФД 13, а третий через полуволновую фазосдвигающую пластинку 11 — на ФД 14. Каждый ФД состоит из электрооптического модулятора 15, лавинного фотодиода 16 и фильтра 17 нижних частот. Сигналы с

ФД 12 и 14 поступают на сумматор 20, 1223164

10 при этом постоянные составляющие токов лавинных фотодиодов 16 суммируются, а фазоразностные составляющие компенсируются. С сумматора 20 сигнал поступает на сумматоры 18 и 19, на другие входы которых подаются сигналы соответственно с ФД 13 и 14. В сумматорах 18 и 19 происходит компенсация постоянной составляющей токов лавинных фотодиодов 16. Сигналы с сумматоров 18 и 19, пропорциональные

Изобретение относится к измерительной технике и может быть нсполь; зовано,для измерения фазовых характер ристик радиоустройств на высоких и сверхвысоких частотах.

Цель изобретения — повышение точности измерений фазовых характеристик, а также расширение функциональных возможностей устройства путем измерения модуля коэффициента передачи.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения фазовых характеристик.

Устройство для измерения фазовых характеристик содержит высокочастотный генератор 1, первый 2 и второй 3 делители мощности, первый 4 и второй 5 ферритовые вентили, исследуемый 20

СВЧ-элемент 6, источник 7 когерентного света, первый 8 и второй 9 оптические фазовращатели, оптический расщепитель 10 на три луча, полуволновую фазосдвигающую пластину 11, пер- 25 вый 12 второй 13 и третий 14 фазовые детекторы, каждый из которых состоит из электрооптического модулятора 15, лавинного фотодиода 16 и фильтра 17 нижних частот, первый 18, второй 19 и третий 20 сумматоры, блок 21 деления, индикатор 22 и дополнительный индикатор 23. Причем первый ферритовый вентиль 4, исследуемый. СВЧ-элемент 6 и второй делитель

35 мощности 3 образуют измерительный канал, а второй ферритсвый вентиль 5, источник 7 когерентного света, оптический фазовращатель 8 и оптический соответственно косинусу и синусу разности фаз колебаний в опорном и изме-, рительном каналах, поступают на блок 21 деления. Его выходной сигнал поступает на индикатор 22. Он не зависит от модуля коэф. передачи исследуемого СВЧ-элемента 6. Сигнал с сумматора 20, зависящий от модуля коэф. передачи исследуемого СВЧ-элемента 6, поступает на индикатор 23. 1 з.п. ф лы 1 иле расщепитель 10 на три луча образуют канал опорных колебаний.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-сигнал. от высокочастотного генератора 1 поступает на вход первого делителя 2, на выходах которого получаются два синфазных сигнала. Один из этих сигналов поступает в измерительный канал и, пройдя первый вентиль 4 и исследуемый СВЧ-элемент 6, изменяет свою фазу и амплитуду в соответствии с фазой и модулем коэффициента передачи исследуемого СВЧ-элемента 6. Далее этот сигнал поступает на второй делитель мощности 3, на выходах которого получаются три синфазных сигнала одинакового уровня, один из которых поступает на управляющий вход первого фазового детектора 12, второй - на управляющий вход второго фазового детектора 13 и третий — на управляющий вход третьего фазового детектора 14.

Сигнал с второго выхода первого делителя мощности 2 поступает в канал опорных колебаний. Пройдя через второй ферритовый вентиль 5, этот сигнал поступает на модулирующий вход источника 7 когерентного света. Модулированный по поляризации световой пучок с источника 7 проходит через первый оптический фазовращатель 8 и поступает на оптический расщепитель 10, с которого выходят три световых пучка равной интенсивности. Первый световой пучок с выхода оптического расщепителя 10 поступает на вход первого фазового детектора 12, второй из этих

1223164 пучков через второй оптический фазо.вращатель 9 поступает на вход второго фазового детектора 13, а третий пучок через полуволновую фазосдвигающую пластинку 11 — на вход третьего фазового детектора 14.

При прохождении через электрооптические модуляторы 15 световых пучков, модулированных по поляризации опорными колебаниями, между ортогональными компонентами поляризации возникает добавочный сдвиг, но уже пропорциональный амплитуде и фазе СВЧколебаний из измерительного канала, прошедших .исследуемый СВЧ-элемент 6 и поступающих на электроды электрооптических модуляторов с второго делителя мощности 3.

Оптические анализаторы, установленные в электрооптических модуляторах 15, выделяют линейную поляризацию и тем самым превращают двойную модуляцию световых пучков по поляризации .колебаниями опорного и измерительного каналов в модуляцию этих пучков по интенсивности.

Поскольку одинаковы интенсивности всех трех световых пучков, поступаю-. щих на входы электрооптических модуляторов 15 с оптического расщепителя 10 и одинаковы амплитуды колебаний измерительного канала, поступающие на управляющие входы модуляторов 15 с второго делителя мощности 3, то величины постоянных составляющих токов на выходе фильтров 17 нижних частот также будут одинаковы.

Фазораэностная составляющая сигнала на выходе фильтра 17 нижних частот первого фазового детектора t2 пропорциональна произведению бесселевых функций первого порядка от Uq< и U q на синус разности фаз между колебаниями опорного и измерительного ка: налов.

Световой пучок, попадающий на вход третьего фазового детектора 14, проходит через полуволновую фазосдвигающую пластину 11, которая опрокидывает фазу модуляции на противоположную и, следовательно, фазоразностная составляющая на выходе фильтра 17 нижних частот третьего фазового детектора 14 будет равна произведению бесселевых функций первого порядка от П „ и

U„ на минус синус разности фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов, т.е. будет равна фазоразностной составляющей с выхода первого фазового детектора 12 но протит воположна ей по знаку.

Световой пучок, поступающий на второй фазовый детектор 13, за счет второго оптического фазовращателя 9 проходит оптический путь на четверть длины волны СВЧ-сигнала больший, чем световые пучки, поступающие на пер-: вый 12 и третий 14 фазовые детекторы.

10 В результате фазоразностная составляющая на выходе фильтра 17 нижних частот второго фазового детектора 13 пропорциональна произведению бесселевых функций первого порядка от U и U„5 на косинус разности фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов.

Сигналы с выхода первого 12 и третьего 14 фазовых детекторов поступало ют на входы третьего сумматора 20, где происходит их суммирование. Поскольку постоянные составпяющие токов лавинных фотодиодов 16 одинаковы Ilo амплитуде и знаку, то они просуммируются, а фазоразностные составляющие компенсируются, так как они одинаковы по амплитуде, но обратны по знаку.

На выходе третьего сумматора 20 будет получена постоянная составляющая токов фотодиодов. Эта постоянная составляющая с выхода третьего сумматора 20 поступает на вторые входы первого 18 и второго 19 сумматоров, на первые входы которых поступают сигналы с выходов второго 13 и тре35 тьего 14 фазовых детекторов. В сумматорах 18 и 19 происходит компенсация постоянной составляющей токов лавинных фотодиодов 16, и сигнал на

40 выходе второго сумматора 19 равен фазоразностной составляющей с выхода третьего фазового детектора 14, пропорциональной синусу разности фаз колебаний в опорном и измерительном

45 каналах, а сигнал с выхода первого сумматора 18 равен фаэоразностной составляющей с выхода второго фазового детектора 13, пропорциональной косинусу разности фаз колебаний в опорном и измерительном каналах. Эти сигналы поступают на входы аналогового блока 21 деления, где происходит деление их друг на друга. В результате сигнал на выходе блока 21 деления пропорционален тангенсу разности фаэ меж55 ду колебаниями опорного и измерительного каналов и не зависит от амплитуды сигнала в измерительном канале, т.е. модуля коэффициента передачи ис1223164

Составитель Е .Адамова

Техред И.Попович

Редактор А.Козориз

Корректор С.Шекмар

Заказ 1708/48 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, NocKBa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.

Ужгород, ул, Проектная, 4 следуемого СВЧ-элемента 6. Этот фазоразностный сигнал с блока 21 деления поступает на индикатор 22 фазы, где индицируется. 5

Кроме того, постоянная составляющая токов фотодиодов зависит от амплитуды сигнала в измерительном канале, т.е, от модуля коэффициента передачи исследуемого СВЧ-элемента 6, 1ð но не зависит от разности фаз колебаний в опорном и измерительном каналах. Эта составляющая с выхода третьего сумматора 20 поступает на вход дополнительного индикатора 23, проградуированного в единицах модуля коэффициента передачи, где индицируется.

Начальную калибровку предлагаемого устройства можно проводить с помощью первого оптического фазовращате- 2О ля 8 в режиме калибровки, когда исследуемый СВЧ-элемент 6 исключен из измерительного тракта.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения фазовых характеристик, содержащее высокочастотный генератор, соединенный с б первым делителем мощности, к первому выходу которого подключен первый ферритовый вентиль, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, к второму выходу первого делителя мощности подключен второй ферритовый вентиль, соединенный с модулирующим входом источника когерентного света, оптически связанного с первым оптическим О фазовращателем, первый фазовый детектор, включающий последовательно соединенные лавинный фотодиод и фильтр нижних частот, выход последнего из которых является выходом фазового детектора, и индикатор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений фазовых характеристик, в фазовый детектор введен электрооптический модулятор, включенный на входе лавинного фотодиода, вход электрооптического модулятора является входом фазового детектора, между выходом первого оптического фазовращателя и индикатором последовательно включены оптический расщепитель на три луча, второй оптический фазовращатель, второй фазовый детектор, идентичный первому, первый сумматор и блок деления, между вторым выходом оптического расщепителя на три луча и вторым входом блока деления последовательно включены полуволновая фаэосдвигающая пластина, третий фазовый детектор, идентичный первому, и второй сумматор, третий выход оптического расщепителя на три луча оптически соединен с входом первого фазового детектора, к выходу которого подключен третий сумматор, выход третьего сумматора соединен соответственно с вторыми входами первого и второго сумматбров, выход третьего фазового детектора соединен с вторым входом третьего сумматора, а также введен второй делитель мощности, вход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, а его выходы соответственно соединены с управляющими входами электрооптических модуляторов первого,второго и третьего фазовых детекторов.

2, Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения модуля коэффициента передачи, к выходу третьего сумматора подключен дополнительный индикатор.