Измеритель коэффициента передачи четырехполюсников

 

Использование: изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в измерительной технике высокочастотных диапазонов. Сущность изобретения: измеритель содержит генератор 1 высокой частоты 1, два модулятора 3, 6, два подмодулятора 4, 5, четыре делителя мощности 2,7, 8,12, два сумматора 10.11. фильтры 13.14. 15, преобразователи частоты 16, 17,18, усилители 19.20.21 иамплифазометр 22.1 ил.1 табл.

СОК)3 COBETCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)з G 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (л

СО

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849078/21 (22) 09.07.90 (46) 30.08.92, Бюл. N. 32 (75) Л.Д.Огороднийчук (56) Авторское свидетельство СССР

М 1583878, кл. G 01 В 29/10, 1989. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ (57) Использование: изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть,, Я2„„1758596 А1 использовано в измерительной технике высокочастотных диапазонов. Сущность изобретения: измеритель содержит генератор 1 высокой частоты 1, два модулятора 3, 6, два подмодулятора 4, 5, четыре делителя мощности 2, 7, 8, 12, два сумматора 10, 11. фильтры 13, 14, 15; преобразователи частоты 16, 17, 18, усилители 19, 20, 21 и амплифазометр

22. 1 ил, 1 табл.

1758596

Изобретение относится к радиоэлект- соединенные третий фильтр, третий преобронике и может быть использовано для из- разователь частоты и третий усилитель, вымерительной техники высокочастотных ход которого подсоединен к третьему входу диапазонов, например, в автоматизирован- амплифазометра, вход третьего делителя ных стендах для измерения характеристик 5 подключен к выходу первого сумматора, а антенн, выходы — к входам соответственно первого

Известны измерители характеристик и третьего фильтров, причем в качестве мочетырехполюсников, дуляторов могут быть использованы амплиОбщей характеристикой известных уст- тудные или балансные. или фазовые ройств является то, "ITQ они выполнены на 10 модуляторы, или их комбинации, основе применения модуляции. На чертеже приведена структурная схеНаиболее близким к предлагаемому яв- ма измерителя коэффициентов передачи челяется устройство, особенностью которого тырехполюсников высокочастотных является то, что в каналах применены амп- диапазонов. литудные модуляторы, и для обработки ин- 15 Измеритель содержит генератор 1 оыформации используют фильтры как до сокой частоты, делитель мощности 2, перпреобразователя, так и после него, вый модулятор 3, подмодуляторы 4 и 5, Недостатками устройства-прототипа второй модулятор 6, первый и второй делиявляются невысокая точность и разрешаю- тели 7 и 8 мощности соответственно, исслещая способность, а также ограниченность 20 дуемый четырехполюсник (ИЧ) 9, первый и выполнения (обусловленная использовани- второй сумматоры 10 и 11 соответственно,. ем только амплитудных модуляторов). третий делитель 12 мощности, первый, треЦелью изобретения является повыше- тийивторойфильтрысоответственно13,14, ние точности и разрешающей способности 15, первый, третий и второй преобразоватеизмерителя коэффициентов передачи (при 25 ли частоты соответственно 16, 17 и 18, персохранении прежних пределов измерений), вый, третий и второй усилители а также расширение возможностей реали- соответственно 19, 20 и 21 и амплифазометр зации измерителя и расширение его функ- 22. циональных возможностей. Генератор 1 через делитель 2 мощности

В устройстве, содержащем последова- 30 и модуляторы 3 и 6 подключен к входам тельно соединенные соответственно пер- соответственно делителей 7 и 8 мощности. вый модулятор — первый делитель К управляющим входам модуляторов 3 и 6 мощности, второй модулятор — второй дели- подключены подмодуляторы 4 и 5 соответтель мощности, первый фильтр — первый ственно, Первый выход делителя мощности преобразователь частоты — первый усили- 35 7 через ИЧ 9 и первый выход делителя мощте ль второй сумматор — второй фильтр — ности 8 непосредственно подключены к со— 1 а второй преобразователь частоты — второй ответствующим входам сумматора О, а силитель, ВЧ генератор — делитель мощно- вторые выходы этих делителей мощности

У сти, содержащее также испытуемый четы- подключены к соответствующим входа рехпо .весник, первый сумматор, 40 второгосумматора10,авторыевыходы этих ампли ..:-;;*етр, и два подмодулятора, при- делителей мощности подключены к соответ" чем выхода: делителя мощности подключе- ствующим входам сумматора 11. Выход поны к сигнаь:;ым, входам соответствующих следнего через последовательно модуляторе:, а к их управляющим входам включенные фильтр 15, преобразователь 18 подключены соответствующие подмодуля- 45 частоты и усилитель 21 подключен к второму торы, первый выход первого делителя входу амплифазометра 22. Выход сумматомощности через исследуемый четырехпо- ра 10 связан с делителем 12 мощности. Пер. люсник, и первый выход второго делителя вый выход делителя 12 мощности через мощности непосредственно подключены к последовательно соединенные фильтр 13, соответствующим входам первого суммато- 50 преобразователь 16 частоты и усилитель 19 ра, вторые выходы первого и второго дели- подключен к первому входу амплифазометтелей мощности подключены к ра 22. Второй выход делителя 12 мощности соответствующим входам второго суммато- через последовательно включенные фильтр ра а выходы первого и второго усилителей 14, преобразователь 17 частоты и усилитель ! подключены к соответствующим входам ам- 55 20 подключен к третьему входу амплифазоплифазометра, поставленная цель достига- метра 22. ется тем, что амплифазометр усилителя В качестве ИЧ могут использоваться ансодержит третий вход, кроме того, в изме- тенны, аттенюаторы, усилители, модуляторитель дополнительно введены третий де- ры, и другие устройства ВЧ диапазонов, В литель мощности и последовательно качестве преобразователей 16 — 18 частоты

1758596

ev1 = E1(M1p cosa>t+

+ М1-y cos ( — Q1 ) t+

+ M» cosв+ Q1 ) t ем2 = E2(M2p cos u) t+

+ М2-1cos M — Q2 ) t +

+ М21 соз (й) + Q2 ) 1 (1)

25 (2) где Е1, Е2 — амплитуды ВЧ сигналов в каналах измерителя;

М1о, Мго, М1-1, М2-1, М», М21 — коэффициенты уровней компонент С14гналов, у ко- 35 торых первый индекс указывает на номер модулятора или канала измерителя, а второй — на принадлежность к несущей (индекс

"О"), нижней боковой (индекс "-1") или верхней боковой компоненте (индекс "1"). 40

Для определенности и упрощения выкладок приняты следующие допущения, не влияющие на конечный результат: (3) 45

Fi ) F2;

М1р> О, M2p> 0; (4) (5)

50 (6) М1-1= М», М2-1 = M21

f » F1, f » f2 14 f+ F1- f+ F2, f F1=f F2; р) 55 начальные фазовые сдвиги компонент сигналов (1), (2) равны нулю; коэффициенты передачи плеч сумматоров и плеч делителей мощности идентичны, коэффициенты передачи плеч сумматоров и плеч делителей используют квадратичные детекторы или линейные преобразователи сигналов.

Измеритель коэффициента передачи четырехполюсников работает следующим образом, 5

ВЧ генератор 1 формирует гармонический сигнал стабильной амплитуды и частотой f. B делителе 2 мощности сигнал разветвляется на два сигнала, модулируют их в модуляторах 3, 6 гармоническими моду- 10 лирующими напряжениями частот F1 и F2, которые вырабатываются в подмодуляторах

4 и 5. Вид модуляции и режим модуляции устанавливаются такими, чтобы на выходе модуляторов обеспечить получение первого 15 и второго сигналов, каждый из которых состоит из несущей и двух боковых компонент: мощности идентичны, коэффициенты передачи преобразователей частоты идентичны, усилителей также идентичны, поэтому их влияние на результат одинаково и эти характеристики не учитываются; фазовые сдвиги, обусловленные фильтрами 12 — 15для компонент одной боковой, учитывая условие (7), практически одинаковы, поэтому их влияние на измеряемую разность фаз является пренебрежно малой величиной.

Сигналы вида (1), (2), удовлетворяющие условиям (3)-(7), можно сформировать с помощью амплитудной модуляции, балансной модуляции или фазовой модуляции. Соответственно в измерителе в качестве модуля-. торов можно использовать амплитудные, ". балансные или фазовые модуляторы или их комбинации.

Каждый иэ полученных сигналов разветвляют в делителях 7 и 8 мощности и получают соответственно сигналы третийчетвертый, пятый — шестой, Третий сигнал проходит через ИЧ 9 и приобретает вид езич = E1 Kx { M1p сов (в t + p() +

+ M1-g cos (cu — Q1 ) t + p„) -1

+ M» cos ((N + Q1 ) т -1- р, ) ) (8) поскольку коэффициент передачи ИЧ

9 К= Кхе1" ", где Кх — модуль, а рх — его фаза.

В сумматоре 10 суммируют сигнал (8) и пятый сигнал, а в сумматоре 11 — четвертый и шестой сигналы. Соответственно на входах фильтров 13 — 15 получают сигналы седьмой, восьмой, девятый. Из суммарных сигналов с помощью фильтров 13 и 15 выделяют одноименную боковую полосу, например, верхнюю, а с помощью фильтра 14— другую боковую полосу, в данном варианте — нижнюю. После этого сигналы преобразуют с помощью преобразователей 16 — 18 частоты, Из продуктов преобразования выделяют фильтрами усилителей 19 — 21 напряжения промежуточной частоты. равной разности частот модуляции F 1— - F2, которые с учетом (3) — (7) и других перечисленных там допущений имеют вид

В1 = KE1 Е2 Кх М» М21 С1З1 С132 Х

+ )+ С1з- C13-g, X cos ((Q1 — + ) С вЂ” рх ) }, (9)

02 = КЕ1 Е2 Кх M1-) M2-1 С14-1С14-1,Х

1758596 (12) 20

pl =2px (14) ; (15) 40 (16) д01 =

Л01

U1 (13) 45 Ñï- С э-А

С131 С132 (17) U2=

Л02

С141 С142

„со$2 рх (18) Х(СО$ (С а1 — A ) 1 — px ) + — Х

С141 С142

С14-1 С14 -

x cos ((Q1 — !Ъ ) t + P ) }, (10)

U3 = КЕ1 Е2 Кх 1 111 1 121 С151 С152 Х х cos ((Ql — Q2)1:+С151 С152

Х соэ (Q1 Q2)l } (11) Как и в прототипе, напряжение (11) не содержит информации о характеристиках

ИЧ, Поэтому оно используется как опорное при выполнении измерений по напряжению (4), поскольку последнее содержит информацию о модуле Кх и о фазе коэффициента передачи ИЧ 9. Характеристики измеряются в амплифазометре 22.

Особенность фазовых измерений н этом режиме состоит в том (см. 12), что обеспечива- 25 ется однозначность измерений в пределах

0...360О, Кроме того, имеет место большая фазоамплитудная погрешность, обусловленная неидентичностью (в Кх раз) уровней сравниваемых напряжений (9) и (11), 30

В отличие от прототипа измеритель обеспечивает получение также напряжения (10). Это напряжение имеет следующие свойства относительно других напряжений: амплитуда равна амплитуде напряжения (9) 35 и отличается от амплитуды напряжения (11) на значение Kx, значение его начальной фазы равно значению начальной фазы напряжения (9); знаки начальных фаз напряжений (9) и (10) противоположны.

Из второго и третьего свойств следует, что между напряжениями (9) и (10) имеет место фазовый сдвиг

В этом случае целесообразно измерять фазу ИЧ по этим напряжениям. Разрешающая способность, как следует из (13), увеличивается в два раза. Однако пределы 50 однозначности уменьшаются в два раза и составляют 0...180 . Для сохранения однозначности в пределах 0...360 вводятся двухшакальные измерения: грубую шкалу фаз сдвига обеспечивают измерениями по 55 напряжениям (9), (11) или (10), (11), а точную шкалу — измерениями по напряжениям (9), (10).

Соотношения между показаниями грубой и точной шкал и результат точных измерений приведены в таблице, Несовпадение данных по грубой и точНоА шкалам указывает на возможность измерений с высокой разрешающей способностью в пределах 0...360 . (строчка

3 таблицы).

В случае измерения в пределах

180...0...180 получают аналогичный результат.

Из первого свойства вытекает, что измерения фазового сдвига по напряжениям (9), (10) осуществляются при равных уровнях напряжений, а этому режиму соответствует наиболее высокая точность.

Возможность использования двух напряжений (9), (10) при измерении модуля также способствует повышению разрешающей способности и точности.

Дальнейшее повышение точности осуществляется следующим образом. Из (9) и (10) следует, что погрешнос-ь, обусловленная конечным ослаблением компонент пар83МТНоА полосы с помощью фильтров 13 M

14 можно выразить формулами: при измерении фазового сдвига:

С13-f С13-Х

131 132

С С 01—

13- 13-Ь СОЭ 2 рх

С131 С132

С141 С142

$1п 2 (/7х

Л

С14 < Ñ14

p2— С141 С142

С141 С142

1 + С С со$2 lх

С141 С142

Л Робщ.= Лф1 = Ap2, при измерении уровней:

С помощью амплифазометра 22 измеряют изменение амплитуд (9) и (10) как функций фазового сдвига. При px, = О, 180

1758596

5

При рх = 45, 135О,". д 1=o, Bu2=o. (23) (24) С1з- » С1з-г и (25) С131 С 132 д u1Mx = (C13-1 С1з-2)/(C131 С1зг); {19) д Огмх= (С141 C142)/(C14 1 С 14 2) (20)

При p< = 90, 270О,... д 01мн = (С1з-1 С13 — г)/(С1з1 С1зг) (21) д 02мн = (С141 С142)/{С14-1 С14-г). (22) Результаты {19)-(23) и другие значения для других фазовых сдвигов используют как поправки для расчета в амплифазометре 22 точного значения уровней напряжений (9), (10), а следовательно, модуля коэффициента передачи ИЧ 9.

Погрешность измерения фазового сдвига не имеет места при р; — n — „, где n =

=0,2,.... По известным относительным уровням паразитных компонент (19)-(23) и измеренным фазовым сдвигам в амплифазометре 22 рассчитывают значения погрешностей (14)-(18), формируют поправку и учитывают ее а результате измерения.

Второй способ формирования поправки состоит в том, что в расчетных формулах используют данные предварительных экспериментов относительных коэффициентов передачи фильтров 13 — 15,. Один из вариантов этих измерений состоит а том, что при фазовом сдвиге, равном 0 и 90О, с помощью амплифазометра 22 измеряют уровни напряжений (9), (10). Можно показать, что половина разности значений напряжения, полученных при 0 и 90, деленной на их сумму, обеспечивает измерение отношений

С13» С13-2 С141 С142 и

С131 С132 С14-» C14- .

Полученные результаты по формулам (14)— (18) позволяют рассчитать поправку и учесть ее при измерениях, На основании данных (24) по формулам

С141 С 142 (26)

С14-1 С14-2 находим характеристики фильтров 13 и 14, что расширяет функциональные возможности измерителя.

Возможность использования B измерителе амплитудных или балансных, или фазовых модуляторов, или их ко»»бина»»и»1 существенно расширяет элементнуlo базу, а следовательно, и возможности реализации измерителя.

Повышение разреша ощей способности, повышение точности, а также расширение возможности реализации измерителя и расширение функциональных возможностей позволяет повысить эффективность радиотехнических систем: косве »но — через более точное изл»ерение характеристик «етырехполюсников; »»епосредствен о — путем использования измерителя D составе радиосистемы, например радиопе: енг;.тора.

Формула изобретения

Измеритель коэффициента передачи «етырехполюсников, содержащий последовательно соединенные cooTBpTcTBpllliU первый модулятор — первый делитель мощности, второй модулятор — второй делитель мощности, первый фильтр — первый преобразователь частоты — первый усилитель, второй сумматор — второй фильтр — второй преобразователь частоты — второй усилитель, ВЧ-генератор — делитель мощности, содержащий также испытуемый четырехполюсник, первый сумматор, амплифазометр и два подмодулятора, причем выходы делителя мощности подключены к сигнальным входам соответствующих модуляторов, а к их управляющим входам подкл|очены соответствующие подмодуляторы, первый выход первого делителя мощности через исследуемый четырехполюсник и первый выход второго делителя мощности — подключены к соответствующим входам перво го сумматора, вторые выходы первого и второго делителей мощности подключены к соответствующим входам второго сумматора, а выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим входам амплифазометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, повышения разрешающей способности и расширения функциональных возможностей, амплифазометр измерителя содержит третий вход, в измеритель введены третий делитель мощности и последовательно соединенные третий фильтр, третий преобразователь частоты и третий усилитель, выход которого подсоединен к третьему входу амплифазометра. вход третьего делителя подключен к выходу первого сумматора, а выходы — к выходам соответственно первого и третьего фильтров.

1758596

Составитель Л.Огороднийчук

Техред M.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор С.Лисина

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

Заказ 2998 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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