Устройство для измерения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника свч

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - обеспечение измерения нелинейных четырехполюсников СВЧ и автоматизация измерений. Устройство для измерения комплексного коэффициента передачи (ККП) четырехполюсника СВЧ содержит СВЧ-генератор 1, делитель 2, вентиль 3, направленные ответвители 4, 10 и 21, датчики 5, 11 и 22 мощности, усилители 6, 12 и 23 постоянного тока, блок 7 измерения модуля, контактное устройство 8, перестраиваемый полосовой фильтр 9, блок 13 сравнения сумматор 14, блок 15 измерения фазы, однополосный модулятор 16, вентиль 17, управляемый аттенюатор 18, управляемый фазовращатель 19, вентиль 20, блок 24 ввода, блок 25 ввода номера гармоники, интегратор 26. Определение фазы происходит путем измерения временной задержки методом заполнения временного интервала счетными импульсами. Модуль коэффициента передачи определяет блок 7 по отношению напряжения сигнала, прошедшего через четырехполюсник СВЧ, к напряжению сигнала, снимаемого с датчика 5 и усиленного усилителем 6. Устройство обеспечивает измерение ККП нелинейных четырехполюсников СВЧ по первой и высшим гармоникам. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (19) (11) (gI)g G 01 R 27/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. (21) 4453371/24-09 (22) 01.07. 88 (46) 30 ° 09. 90. Бюл, М - 36 (71) Горьковский политехнический институт (72) А.Н.Зайцев и О.А.Акименко (53) 621.317.341 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М - 951181, кл. С 01 R 27/04, 1980 °

Авторское свидетельство СССР

)I 1308931, кл. G 01 R 25/00, 1986 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМТЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ЧЕТЫРЕХПОЛ10СНИКА СВЧ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — обеспечение измерения нелинейных четырехполюсников СВЧ и автоматизация измерений. Устройство для измерения комплексного коэффициента передачи (ККП) четырехполюсника СВЧ содержит СВЧ-генератор 1, делитель 2, вентиль 3, Изобретение относится к радиотехнике, в частности к фазовым измерениям в СВЧ-диапазоне, и может использоваться для измерения комплексного коэффициента передачи (ККП) нелинейного четырехполюсника, Целью изобретения является обеспечение измерения нелинейных четырехполюсников СВЧ и автоматизация изме- рений, На фиг,1 представлена структурная электрическая схема устройства для измерения комплексного коэффициента

2 направленные ответвители 4, 10 и 21, датчики 5,11 и 22 мощности, усилители 6,12 и 23 постоянного тока, блок

7 измерения модуля, контактное устройство 8, перестраиваемый полосо вой фильтр 9, блок 13 сравнения, сумматор 14, блок 15 измерения фазы, однополосный .модулятор 16, вентиль 17, управляемый аттенюатор 18, управляемый фазовращатель 19, вентиль 20, блок 24 ввода, блок 25 ввода номера гармоники, интегратор 26. Определение фазы происходит путем измерения временной задержки методом заполнения временного интервала счетными импульсами, Модуль коэффициента передачи определяет блок 7 по отношению напряжения сигнала, прошедшего через четырехполюсник СВЧ, к напряжению сигнала, снимаемого с датчика 5 и усиленного усилителем 6 ° Устройство обеспечивает измерение ККП нелинейных четырехполюсников СВЧ по первой и высшим гармоникам. 7 ил. передачи четырехполюсника СВЧ; на фиг,2 - вид огибающей сигнала; на фиг,3 - структурная электрическая схема блока измерения фазы ККП; на фиг.4 - структурная электрическая схема блока измерения модуля KKII на фиг,5 — структурная электрическая схема генератора СВЧ с программным управлением, на фиг,6 — структурная электрическая схема блока ввода . номера гармоники; на фиг.7 - структурная электрическая схема блока ввода.

1596275

Устройство для измерения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника СВЧ содержит генератор 1 СВЧ, делитель 2, первый вентиль 3, первый направленный ответвитель 4, датчик 5 мощности и первый усилитель 6 постоянного тока, блок 7 измерения модуля, контактное устройство

8, пере стеаиваемый полосовой фильтр !0

9, второй направленный ответвитель

10 датчик 11 мощности и второй усилитель 12 постоянного тока, блок 13 сравнения, сумматор 14, блок 15 измерения фазы, однополосный модуля- 15 тор 16, второй вентиль 1 7, управляемый аттенюатор 18, управпяемый фа зовращатель 19, третий вентиль 20, третий направленный ответвитель 21, датчик 22 мощности, третий усилитель 20

23 постоянного тока, блок 24 ввода, блок 25 ввода номера гармоники,и интегратор 26 °

Блок 15 содержит фильтр первой гар. моники 27, первый делитель 28, генера.25 тор 29 тактовых импульсов, второй де« литель 30, первый коммутатор 31 первый и второй блоки 32 и 33 дифферен-! цирования, блок И 34, второй коммутатор 35, селектор 36, счетчик 37, ре » 30 гистр 38, дешифратор 39, индикатор

40, амплитудный детектор 41, усилитель-ограничитель 42, третий блок

43 дифференцирования, Блок 7 содержит первый усилитель

44 постоянного тока, нелинейный элемент 45, второй усилитель 46 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь 47, выходной регистр 48, дешифратор 49 и индикатор 50 ° 40

Генератор 1 содержит генераторный модуль 51, усилитель 52, управпяежй аттенюатор 53, первый цифроаналоговый преобразователь 54, усилитель 55 постоянного тока, делитель 56 напря- 45 жения и второй цифроаналоговый преобразователь 57, Блок 25 содержит источник 58 опорного напряжения, делитель 59, коммутатор 60, цифроаналоговый преобраэо- 50 ватель 61, усилитель 62 постоянного тока, Блок 24 содержит первый и второй буферй регистр 63 и 64 пер и и 55 второй дешифратор 65 и 66, первый и второй индикатор 67 и 68, преобразователь 69 кодов, коммутатор 70, разъем 71 и клавиатуру 72, Устройство для измерения комплекс. ного коэффициента передачи четырехполюсника СВЧ работает следующим об-, разом, Сигнал генератора 1, частота и мощность которого задаются оператором с помощью клавиатуры 72 блока 24, через делитель 2 поступает в измерительный и опорный каналы, Через контактное устройство 8 на иссле;.. дуемый четырехполюсный СВЧ поступает СВЧ-сигнал с частотой М и амплитудой V

U1(t) = V1 cosldt9 причем в выходном спектре исследуемого нелинейного четырехполюсника

СВЧ присутствуют высшие гармоники и

Uz(t) = . V„cos (Кой +cp ), К=1 где N — число гармоник; V„1 q„- ам- . плитуды и фазы, К = 1,. ° °,N.

Требуется распределить комплексный коэффициент передачи четырехполюсни" ка СВЧ

j

Однополосный модулятор 16, установленный в опорном канале, преобразует сигнал генератора 1 в сигнал вида

U (t) V, cos(cut + Я t), ! где Я - частота модулирущцего колебания

11,щ() Чмсоз Й генерируемого в .блоке 15, На выходе сумматора 14 сигнал имеет вид

U (t) - U„(t) + U,(t) Ч„соя(Кмй + q„+ Че ) +Vp cos(coй +

+Qt +g ) ° где номер гармоники К задается настройкой перестраиваемого полосового фильтра 9 на частоту Ксо; е1 - фазовый набег, определяежй длиной линий, соединякщих сумматор 14 и контактное устройство 8, и фазовыми сдвигами в полосовом фильтре 9 и направленном ответвителе 10, 15962

75 б ра 18, падение — увеличение э атух ания, 1

Таким образом, выходной сигнал интегратора 26 будет зафиксирован только в случае равенства напряжений сигналов Р и Р>, что соответствует равенству амплитуд V (t) и V,(с), Вентили 3, 17 и 20 служат для уменьшения проникновения сигнала измерительного канала в опорный и обратно.

Блок 15 служит для определения фазы у„и генерации модулирукщего сигнала 1У,,(с), ! оп е 2 лс = (y,+ cp„- Р,„)/Sl, (1)

20 где связана с у соотношением

7 — К (2) 4,=7 : К о = Ж (Ч Ч е1 Мол) Ы (3) где (о фазоВый сдВиг, устанавлиВаемый управляемым фазовращателем 19, — фазовый набег в линии, саединякщей однополосный модулятор 16 с управляемым фаэовращателем 19, вентилем 20, ответвителем 21 и сумматором 14, а также в самих вентиле 20 и ответвителе 21.

Огибающая сигнала U {с) имеет вид, показанный на фиг,2, Дпя K> 2 она имеет острые минимумы, для К =

1 — плавный Задержка минимума ОГи бающей относительно модулирующего ,сигнала V„(t) равна

Для обеспечения нормальной работа- 25 способности сигналы U (t) и V, (t) на входе сумматора 14 должны быть примерно равны по амплитуде (по крайней мере отличаться не более, чем в 3 раза), 30

Для выравнивания амплитуд U (С) и 11 (t) служит цепь обратной связи, состоящая из направленных ответвителей 10 и 21 падающих волн, датчиков

11 и 22 усилителей 12 и 23 повышаю-.

Э У

35 щих выходное напряжение датчиков 11 и 22 до уровня, обеспечивающего работоспособность блока 13 . интегратора 26 и управляемого аттенюатора 18, Сигналы на выходе усилителей 12 40 и 73 (P и P ) пропорциональны мощности волн СВЧ-колебаний измерительного и опорного каналов соответственно, поступакщих на сумматор 14, Напряжение на выходе блока 13 саответству- 45 ет уровню +1, если Р в Р» уровню О, если P = Р, и уровню - 1, если

P (P, В соответствии с этим на выходе йнтегратора 26 появляется линейно возрастакщее или линейно 50 падающее напряжение, если на выходе схемы сравнения присутствует уровень +1 или "1. В случае нулевого входного сигнала напряжение интегратора 26 зафиксировано„ ,55

Рост выходного напряжения интегратора 26 вызывает уменьшение проходного э атухания управляемо га аттенюатоОпределение ц происходит путем измерения временной задержки 4 t (фи г. 2) методом з алолнения временного интервала счетными импульсами, Поскольку с ростам <, ц) и dt уменьшается (1), (2), то для упрощения аппаратной реализации блока измеряется задержка dt определяемая сдвигом фаз ql Причем о

Измерение dt осуществляется путем подсчета числа тактовых импульсов генератора 29 (с учетом деления их частоты на коэффициент К е„,= m-К, где К - номер гармоники, m — максимальное количество исследуемых гармоник ) делителем 30, вьщеленных селектором 36 с момента поступления старта" ваго импульса формируемого усилителя - ограничителем 42 и блоком 43 по минимуму огибающей сигнала сумматора .14, выделяемой амплитудным детектором

41, до прихода стопа ваго импульс а соответствующего отрицательному фронту модулирующе го напряжения U „,(с) .

Стоповый импульс генерируется блоком 32. Сказанное справедливо для

К ) 1, когда а гиб ающая име ет острый минимум. При К= l делитель-ограничитель 42 и блок 43 ф рмируют стартовый импульс по отрицательному фронту огибакщей Ugt), т,е, раньше íà f/2 °

В связи с этим стоповый импугьс должен быть сформирован по максимуму

У„(с),что осуществляет цепь, состоящая из блоков 34 и 33, Выбор одного иэ двух стоповых импульсов производит коммутатор 35, управляеиай сигналом Kl, определяющим номер выб

7 1596275 раиной гармоники. Этот же сигнал за-1 В дает с помощью коммутатора 31 К

К1 формируется в блоке 25.

Сигнал U®(t) формируется путем снижения до величины Я частоты генератора 29 делителем 28 и выделения синусоидапьной составляющей первой гармоники фильтром 27, Двоичный код количества тактовых импульсов поступает с выходом счетчика 37 на регистр 38, где запоминаются на период времени от одного измерения до другого, и индицируется индикатором 40 после преобразования

его дешифратором 39 во входной код индикатора 40, Коэффициент деления К делителя дел

28 подобран таким образом, чтобы число тактовых импульсов соответствовало измеренному углу о, Рассчи- к тать Кд можно следующим образом, Для (.»е1= <, равно свою очередь

Клем

/1 дел

90лп К

»» 2д1

Таким образом, условие допустимости вносимой погрешности имеет вид

Блок 7 определяет отношение сигналов Р /P, равное модулю коэффици" ента передачи четырехполюсника СВЧ, Напряжение сигнала Р „, снимаемое с датчика 5 и усиленное усилителем 6, этой равно, как и напряжение сигнала Р пропорционально мощности волны СВЧколебания, прошедшего через четырехнолюсник СВЧ, Напряжение, пропорциональное

Р ./Р„, формируется усилителем 46 с большим коэффициентом усиления, имекщим в цепи обратной связи нелинейный элемент 45, сопротивление

30 Р»» которого прямо пропорционально величине сигнал а Р „, (3) д q„/(Kg) 11РЯ»

Необходимо определить < с точностью не хуже Ц„(град)

k

К (град) Я

4Ч », t< d(5К ьел- 90 дп К

720 ОЯ „Кдел

Я= й,(Гц) /27 дс = и/й частота генератора 29, где Й сч

Тогда

Т

180 1O

А к !

900 Кя

КЯ/2Т где dn - число импульсов, соответствупщих углу д, град, Откуда:

Г90йп К 1 .

К коэф-,аеи у 11, ) 0 .5М»

Ю( »мыс

- максимальное значение иэЧд1д < о меряемого угла g =- 360 макс

Фициент деления, 1lo e Расчета К „необходимо проверить, допустима ли погрешность от округления К „„до целого. При этом должно выполняться неравенство где S — коэффициент пропорциопаль"

35 ности, При инвертирующем включении усилителя 46 его коэффициент усиления определяется сопротивлением цепи обратной связи

К с ос/Кя г а выходное напряжение, соответственно равно

45 е 8 Р /

-0 Таким обр аэом, U оказывается пропорционально модулю ККП, 1

Значение 11 преобразовывается

55 в двоичный код аналого-цифровым преобразователем 47, запоминается выходным регистром 48, и индицируется

1индикатором 50 после преобразования в дешифраторе 49.

1596275

Усилитель 44 служит для подачи на нелинейный элемент 45 постоянной составляющей 1 для калибровки блока 7.

Генератор 1 предназначен для re5 нерации синусоидального СВЧ-колеба- ния с заданной частотой и мощностью, Частота генерации определяется величиной тока, подаваемого с выхода цифроаналогового преобразователя 54 на генераторный модуль 51. Величина тока (а значит и частоты) определяется двоичным кодом.

После усиления СВЧ-колебание посту" пает на управляемый аттенюатор 53, 15 работающий в схеме автоматической регулировки мощности (APM), состоящей из усилителя 55 с высоким коэффициентом усиления, цифроаналогового преобразователя 57 и делителя напряжения 56. APM представляет собой схе 1му со следящей обратной связью.

Напряжение на выходе усилителя 55,определякщее коэффициент передачи улр авля емо го атте нюатор à 53 ус- 25 танавливается таким, чтобы сигналы на входах усилителя 55 были равны, Поскольку напряжение сигнала Р пропорционально уровню падающей на четы рехполюсник СВЧ-мощности, то оно ока- 30 зывается равно напряжению, задаваемому подачей на цифроаналоговый преобразователь 57 кода уровня этой мощности. Кроме того, схема APM компенсирует флюктуации мощности генератора.

1, возникающие при перестройке частоты, прогреве элементов схемы и т,п, Делитель 56 предназначен для :юстировки схемы APM (для установления соответствия между кодом мощности и . 4 мощностью падающей на четырехполюсник

СВЧ-волны измерительного СВЧ-колебания).

Блок 25 предназначен для задания номера гармоники измерительного сиг- 45 нала, на которую будет настроен перестраиваемый полосовой фильтр 9, Блок

25 вырабатывает ток управления частотой перестраиваемого полосового фильтра 9 и сигнал К, содержащий информацию о номере выбранной гармоники, Выбор номера гармоники осуществляется с помощью коммутатора 60, который подключает к цифроаналоговому преобразователю 61 в качестве источни.. ка опорного напряжения один из выходов датчика опорных напряжений, состоящего из источника 58, и делйтеля

59, Ток цифроаналогового преобраз, вателя 61, определяемый этим опорнь;и напряжением и кодом частоть. генера. o-" ра 1, подается на перестраиваемый лолосовый фильтр 9

Е сли при р або те на о с но вней частоте на цифроаналоговый преобразователь 61 подавалось опорное напряжение 11О, то с переходом на К гармонику оно увеличивается в К раэ, что: во столько же раз увеличивает ток управления.

Усилитель 62 служит для согласования выходного сопротивления цифроаналогового преобразователя 6 I и перес тр аи в aeMo ro поло со во го фил ьт р а 9, Сигнал "К 1", несущий информацию о номере выбранной гармоники, поступает на блок 15, Блок 24 позволяет оператору внести с клавиатуры 72 или передать по линии связи с ЗВI через разъем 71 значения частоты СВЧ-сигнала и уровня падающей на четырехполюсник СВЧ-мощности, Коммутатор 70 поз воляет выбрать источник информации (ЭВМ или клавиатура ) по сигналу управления с клавиатуры 72. Преобразователь 69 переводит в двоичный код, генерируемый клавиатурой и передаваемый ло линии связи с ЭВИ. Значения частоты и мощно сти s ало мин аютс я в буферных р егистрах 63 и 64 и индицируются индикатора ми 67 и 68 после преобразования дешифраторами 65 и 66, Перед проведением измерений производится калибровка по фазе и катшбровка по модулю, Калибровка по фазе заключается в выравнивании электрических длин опорного и измерительного каналов, При этом вместо измеряемого объекта в контактное устройство 8 устанавливается отрезок линии передачи и с помощью управляемого фазовращателя

20 устанавливают нулевые показания индикатора 40 блока 15, При этом соо тноше ние (3 ) лр eo б р аз у ется к виду

4 =$„1%, т,е, устанавливается однозначное соответствие между фазовым углом („ и временной задержкой д, Калибровка по модулю также лро" изводится при установленном отрезке линии передачи вместо четырехполюсника СВЧ, Регулировкой в блоке

15962

7 добиваются нулевых показаний индикатора, 1

Таким образом, обеспечивается измерение ККП нелинейных четырехполюсников СВЧ по первой и высшим гармоникам.

Формула изобретения

Устройство для измерения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника СВЧ, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ и делитель, последовательно соединенные управляемый фазовращатель и первый вентиль, управляемый аттенюатор, сумматор и блок измерения, фазы, отличающееся тем,что, с 20 целью обеспечения измерений нелинейных четырехполюсников СВЧ и автоматизации измерений, первый выход делителя через введенные последовательно соединенные второй вентиль, первый направленный ответвитель, контактное устройство, перестраиваемий полосовой фильтр, и второй направленный ответвитель соединен с первым входом сумматора, второй выход дели- 30 теля через введенный третий вентиль соединен с входом управляемого атте нюатора, выход которого через введен-ный однополюсный модулятор соединен с входом управляемого фаэовращателя, выход первого вентиля через введенный третий направленный ответвитель подключен к второму входу сумматора, ориентированный на падающую волну вторичный канал первого направленного от- 40 ветвителя через введенные лоследова75 12 тельно соединенные первый датчик мощ. ности и первый усилитель постоянного тока подсоединен к первому входу введенного блока измерения модуля и входу автоматической регулировки мощности генератора СВЧ, ориентированный на падакщую волну вторичный канал второго направленного ответвителя через введенные последовательно соединенные второй датчик мощности и второй усилитель постоянного тока подсоединен к второму входу блока измерения модуля и первому входу введенного блока сравнения, второй вход кото» рого через введенные последовательно соединенные третий усилитель постоянного тока и третий датчик мощности соединен с ориентированным на падающую волну вторичным каналом третьего направленного ответвителя, а вы ход через введенный интегратор соединен с управляющим входом управляемо. го аттенюатора, выход: кода частоты введенного блока ввода подсоединен к цифровым входам управления частотой генератора СВЧ и введенного блока ввода номера гармоники, выход кода мощности блока ввода соединен с цифровым входом управления мощностью генератора СВЧ, токовый выход блока ввода номера гармоники соединен с входом управления перестраиваемого полосового фильтра, а выход кода номера гармоники - с входом кода номера гармоники блока измерения фазы, низкочастотный выход которого подключен к модулирующему входу однополосного модулятора, а выход сумматора подключен к входу блока измерения фазы.

1596275

1596275,юъвчу сдяы с ЯЮЧ

1596275

1596275 юд родна

Составитель М, Кромин

Редактор И Горват Техред Л.Олийнык Корректор ВеГирняк

Заказ 2907 Тираж 555 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101