Способ измерения вносимых фазовых ошибок дискретного двоичного фазовращателя

 

СОЮЗ, СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э!)э 6 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792298/09 (22) .14.02.90 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 (71) Н ауч но-исследовательский институт приборостроения (72) О.И.Васюхно, В,Ф.Винярский и А.И.Синани (53) 621.317.343(088.8) (56) IE EE Trans. on MTT — 15, 1967, hh 13.

Фазометр ФК2 — 33. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНОСИМЫХ

ФАЗОВЫХ ОШИБОК ДИСКРЕТНОГО ДВОИЧНОГО ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам измерения фазовых

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам измерения фазовых характеристик СВЧ-устройств.

В радиоизмерительной технлке известны различные способы измерения фазы

СВЧ-диапазона, в том числе вносимых фазовых ошибок дискретных фазовращателей, основанные на известных физических принципах отсчета фазы стоячей и бегущей волны. Одними из основных являются методы измерения фазы на проход (метод фазового кольца) и на отражение.

В обоих случаях зонд измерительной линии настраивается на минимум стоячей волны. При измерении фазы фаэовращателя минимум стоячей волны смещается на расстояние 1, которое определяется радиоиэ-, мерительной линией, и отсчет фазы ведется характеристик СВЧ-устройств. Целью изобретения является сокращение времени измерений и достижение возможности измерений на высоком уровне мощности.

При измерении на СВЧ-вход фазовращателя подают СВЧ-сигнал рабочего уровня мощности, а на управляюаие входы разрядов- прямоугольные напряжения со скважностью 2, синхронизированные по фронту или спаду, период следования которых с увеличением номера разряда фазовращателя уменьшается в два раза, затем анализируют спектр выходного сигнала, tlo отдельным гармоникам которого делают заключение о фазовых ошибках отдельных разрядов фаэовращателя. 4 ил. по соотношениям p =-- — (для первого ме4m)

2 тода) и р = — - (для второго), rye — длина . волны в тех же единицах, что и I.

К наиболее распространенным относятся также компенсационный метод, основанный на преобразовании разности фаз во временной интервал с последующим его измерением, и методы измерения разности фаэ прямопоказывающими фазометрами.

В основе принципов построения фазометров лежат, как правило, комбинации вышеперечисленных методов с использованием преобразования входных сигналов на. промежуточную частоту с последуюшим усилением-ограничением и измерением разности фаз на фиксированной частоте.

Основнымл недостатками этих способов являются низкая скорость измерений фазовый ошибок, определяемая необходимостью последовательного переключения, а затем и измерения во всех дискретных фаэовых состояниях фазовращателя, а также достаточно большим временем на калибровку; невозможность из !ерений на высоком уровне мощности, что, учитывая особенности работы коммутационных эле.ментов в интенсивных СБЧ полях, снижает достоверность результата, большие габариты и высокая стоимость рабочих мест по измерению фазовых характеристик, На !более близким по технической сущности K пред)!агаемому ЯВляегся спосОб, ОснОВанный на исполъзова>!ии измерителя векторн ых ОтнОшс. -. ний! СБ -1-сlëÃHBëoí, Б прлборе сигнал, подаваемый от внешнего источника, деллтся HB два канала; опорный и измерительный, Опорный канал использу TOR 8 качеСTB8 KBAИброво !HO."О, CNf HBflB в измерлтельном канале используется как зондируаший для подачи на обьект исследова! ..я. !3 преобразователе частоты ис:ользуется первичное преобразование входно; о сигнала на частоту 20 Ыгц, на кoгооой осуществляется синхронизация с сигналом гетеродина, л вторичное — на частоту

55 кгц, на которол работает индикаторный

ЬЛOK.

,1звестному способу свойственны перес числoi-! и ыа Вь!ше недсстзтки ((>Π— 1,00, ско рость измеоения = 1! 5 "), Кроме того, Ограничение по уровню мощности генератора Б -! мБт приводит к гому,--!то измеряемые фазовые Ошибки моГут Отличаться OT

Вно имых В реальных условиях эксп!!уатации, при которых мощность может достигать уровня 10 Бт и более, Цель изобретения — уменьшение времени измерений и достижение возможности измерения фазовых ошибок на высоком уровне мощности.

Указанная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу на СВЧ-вход фазовращателя подают СВЧ-сигнал, а на управляющие Входы — управляющие напряжения со скважностью О =-2, синхронизированные по фронту или спаду, период следования которых с увеличением номера разряда многразрядного двоичного фазовращателя уменьшается в два раза, измеряют амплитуды спектральных составляющих выходного сигнала. По которым определяют вносимые фазовые ошибки, при этом минимальныи период следования управляющего напряжения, подаваемого на первый разряд многоразрядного двоичного фазовращателя, выбирают в 50 и более раз больше суммы длительностей фронта и cr ада, а фазовую ошибку, вносимую и-м разрядом, on5 ределяют по амплитуде (2 -1) гармоники и-1 выходного спектра.

Б случае синхронизации управляющих импульсов по спаду анализу подверга!От отрицатегььнь!е гармоники, в случае

10 синхронизации по фронту — положительНЫ8.

Предложенное измерение фазовых характеристик фазовращателя основано на том, что между фазовыми ошибками каждо15 го дискрета фазовращателя и величиной гармоник спектра выходного. сигнала существует строгая математически и физически

Обоснованная связь. Переключение в ре>киме меандра разряда hz обеспечивает по20 давление в спектре выходного сигнала четных гармоник, прежде всего несущей (так называемый фазоманипулированный сигнал), Величина подавления зависит от фазовой ошибки разряда Жг и от неравен25 стао длительностей фазовых состояний 0 и

_#_. Все эти факторы увеличивают уровень четных гармоник, Для устранения влияния неравенства длительностей частота управляющих импульсов в предлагаемом спосо30 бе устанавливается достаточно малой а> 0,02, в связи с чем длитель1

Тф + Тсп ность переходных процессов не превышает 2/, длительностл фазовых состояний, 35 Таким образом, при указанных воздействиях на СБЧ-сигнал уровень несу.цей гармоники при фазовой манипуляции является функцией фазовой ошибки. Известно, что при идеальной фазовой манипуляции, т.е, 40 при фазовой ошибке Ь/>=-О, несущая и все четыре Гармоники пОдавл8ны полностью, при Ьр = 0,5 - подавление несущей 51 д6, при hp= 10 — подавление несущей 45,5 д6, при Ьр= 2 — 39,3 д6 и т.д. Таким образ м, между подавлением несущей и Ьр существует монотонная однозначная зависимость со средней крутизной 6 дБ/град при ошибках до 3, 3 дБ/град — при ошибках д6/rDBд прН oшgб что дает возможность оценивать фазовую ошибку методом анализа выходного спектра сигнала.

Точность измерения уровня гармонических составляющих спектра при использовании современных спектроанализаторов не превышает 0,5 дБ, т.е, методологическая

""- áñoëþTHBÿ погрешность измерения фазовой Ошибки не превышает 0,1 . Очевидно, 1741089 что оценку фазовой ошибки разряда At можно проводить и по другим четным гармоникам, но зто менее удобно ввиду их меньшего уровня (по мощности).

Аналогично измеряются фазовые ошибки младших разрядов, При цифровом переключении и-дискретного фазовращателя (в случае синхронизации управляющих импульсов по фронту либо по спаду) зависимость между подключаемым очередным разрядом и рядом гармоник в спектре выходного сигнала, подавляемых при его помощи; первый разряд At обеспечивает подавление гармоник с и = 0 Mk (это уже отмечалось выше), второй разряд (Жт /2) — с n = -1+ 4k; третий. разряд (At /4) — с n = -3 8k; четвертый разряд (Жг/8) — с n = -7 й161; пятый разряд (At /16) — с n = -15 32k, где и— номер гармоники в спектре выходного сигнала, k=0, 1, 2,3,4,...

Приведенные зависимости характерны для случая синхронизации управляющих импульсов по спаду, В случае синхронизации,по фронту зависимости имеют "зеркальный" указанному вид, что позволяет сохранить общность рассуждений.

Для достижения поставленной цели изобретения наилучшим образом из приведенных рядов для измерения фазовой ошибки выбирают гармоники с наименьшим порядковым номером: для

At — n = 0; для At/2 — и = -1 (или +1); для

At/4 — n = +3; для At/8 — п = 7; для

At /16 — n = 15; т.е. разряду и (1,2,...) соответствует гармоника (2" -1) в спектре выходного сигнала.

Зависимости подавления указанных гармоник от фазовых ошибок соответствую. щих разрядов имеют почти совпадающий характер, так, например, ошибка в разряде

At/4 — 1 обеспечиваетуровеньтретьей гармоники 43,4 дБ; 2 — 37,3 дБ, ошибка в разрядке At/2 — 1Π— 44,1 дБ; 2Π— 38,1 дБ и т,д.

Таким образом для удобства вычис.лений можно построить одну грэдуировочную кривую .зависимости hp от уровня соответствующих гармоник, или использовать одну и ту же шкалу, увеличив при этом погрешность измерения всего на 0,15 градуса. что значительно точнее, чем в известных методах, В эти же величины укладывается и погрешность экстраполированных точек, например 39 дБ — 1,5 .

Оценка фазовых ошибок фазовращателя может производиться при одновременной работе всех разрядов, так как фаэовая модуляция в каждой ячейке влияет только на свой ряд гармоник и не влияет на другие, Это дает возможность устранить из измере. ний многочисленные комму?ации ячеек и со5 кратить время измерений более чем в 2" раз, где п — количество дискретов фазовращателя.

На фиг.1 показаны блок-схемы устройства для измерений фазовых характеристик методом фазового кольца (а) и короткого

10 замыкания (б); на фиг;2 — типичный выходной спектр дискретного. двоичного п-разрядного фазовращателя, на управляющие входы которого поданы последовательности меандров Q = 2"Q,; на фиг.3 — усредненная зависимость фазовой ошибки разрядов R; л /2; л /4; л /8; л /16 от уровней гармоник с п = 0; +.1; +3;+. 7; +.15 соответственно; на фиг.4 — блок-схема устройства для измерения фазовых ошибок дискретного фазовращателя по предлагаемому способу.

На фиг.1 обозначены 1 — генератор

СВЧ; 2. 6, 7 — вентили; 3 — источник питания; 4 — фазовращатель; 5, 8 — аттенюатор;

9 — радиоизмерительная линия; 10 — усилитель.

На фиг.4 обозначены: 1 — генератор

СВЧ; 2 — анализатор спектра; 3 — генератор управляющих сигналов; 4 — дискретный фа- зовращэтел ь.

Пример. Осуществление предлагаемого способа с помощью блок-схемы, показанной на фиг.4.

Выходной. СВЧ-сигнал с генератора подан на СВЧ-вход дискретного фазовращэтеля 4, На управляющие входы фазовращателя 4 с выходов генератора 3

40 управляющих сигналов поданы последовательности меандров: на вход дискретэ At— с частотой Я>, на вход At/2 - c частотой

2Q, на вход юг/4 — с частотой 4Я>, на

ex At/8 — с частотой BQ> и на вход Жг/16 — с частотой 16Q, В результате фазовой модуляции, про исходящей с вышеперечисленными частотами, СВЧ-сигнал образует на выходе

50 дискретный спектр, типичный вид которого показан на фиг.2. При помощи анализатора

2 спектра в выходном спектре измеряют дискретные составляющие.

В случае синхронизации управляю55 щих импульсов по спаду по величине II3p моник c n = О, -1, -3, -7, -15 в соответствии с зависимостью, приведенной на фиг.2, делают заключение о фазовых ошибках разрядов At; At/2; Ьж/4; &t/8; &r/16 соответственно, в случае синхронизации по фронту аналогичное заключение делают по величине с и = О, 1, 3, 7; 15.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа измерения фазовых ошибок заключается в повышении точности о измерения фазовых ошибок менее 1, в уменьшении времени измерения фазовых ошибок более чем в 2" раз,в уменьшении габаритов рабочего места, в одновременной индикации всех фазовь.х ошибок, что позволяет не только повысить скорость измере-. ния, но и существенно упростить настройку фазоврэщателей за счет возможности легко определить комбинационные ошибки, возникающие вследствие взаимодействия отдельных разрядов по отраженным волнам, Предлагаемый способ не имеет ограничений по уровню мощности входного сигнала, что повышает достоверность (точность) измерений фазовых характеристик фазовращателей, используемых на БУМ.

Формула изобретения

Способ измерения вносимых фазовых ошибок дискретного двоичного фазовращателя, основанный на подаче на его вход

СВЧ-сигнала, а на управляющие входы управляющих напряжений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения времени

5 измерений и достижения возможности измерений на высоком. уровне мощности, в качестве управляющих напряжений используют прямоугольные напряжения со скважностью 2, синхронизированные по фронту

10 или сйаду, период следования которых с увеличением номера разряда многоразрядного двоичного фазовращателя уменьшается в 2 раза, измеряют амплитуды спектральных составляющих выходного

15 сигнала, по которым определяют вносимые фазовые ошибки, при этом оптимальный период следования управляющего напряжения, подаваемого на первый разряд многоразрядного двоичного фазовращате20 ля, выбирают не менее чем в 50 раз больше суммы длительностей фронта и спада, а фазовую ошибку, вносимую и-м разрядом, определяют по амплитуде (2" "-1)-й гармоники выходного спектра.

Фиг. j

h(q (Г РАД)

- l5 - t0 -35 -30 . -25 -20 -35 р р р р р

0> -1э -3> -h -5 Я

Фиг. 7

1741089

Составитель О.Васюхно

Редактор Л.Веселовская Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Т.Ваш

Заказ 2084 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101