Устройство для измерения параметров четырехполюсника

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании СВЧ-амплифазометров для автоматизированных измерительных систем. Сущность изобретения: для расширения функциональных возможностей СВЧ-амплифазометр выполнен в виде последовательно соединенных СВЧ-генератора, делителя СВЧ-мощности, смесителя, полосового фильтра, активного детектора, АЦП, параллельно включены модулятор, подмодулятор, к которому через делитель частоты на 90 подключен НЧ-генератор, второй выход которого подсоединен к счетчику. Работой детектора АЦП и счетчика управляет схема формирования интервала счета, работой которой управляют сигналы с подмодулятора, АЦП, а также с подсоединенного к полосовому фильтру компаратора. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. Ж 1800395 А1 (я)5 G 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -- =". 00 О

О

Ы

0 (л

К АВТОРСКОМУ СВИДETEJlbCTBV (21) 4741684/09 (22) 24.09.89 (46) 07.03.93. Бюл. М 9 (71) Научно-производственное объединение

"Элас" (72) А.П.Крохин, С.И.Пошехонов и И.В.Чернов (56) Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения.—

М.: Радио и связь, 1985, с,215.

Авторское свидетельство СССР

N 1465812, кл. G 01 R 25/00, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТР0В ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании СВЧ-амплифазометров для автоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей комплексного коэффициента передачи СВЧ-четырехполюсников для автоматизированных измерительных систем.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства, Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения параметров четырехполюсников, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, делитель мощности, модулятор, смеситель, полосовой фильтр и детектор, а также регистрирующее устройство, при этом управляющий вход модулятора соединен с выходом подмодулятора второй выход полосового фильтра соединен с входом компаратора, а второй выход делителя мощности и второй вход смесителя являются, соответственно, выходом и входом для подсоединения иссматизированных измерительных систем.

Сущность изобретения: для расширения функциональных возможностей СВЧ-амплифазометр выполнен в виде последовательно соединенных СВЧ-генератора, делителя СВЧ-мощности, смесителя, полосового фильтра, активного детектора, АЦП, параллельно включены модулятор, подмодулятор, к которому через делитель частоты на 90 подключен НЧ-генератор, второй выход которого подсоединен к счетчику. Работой детектора АЦП и счетчика управляет схема формирования интервала счета, работой которой управляют сигналы с подмодулятора, АЦП, а также с подсоединенного к полосовому фильтру компаратора. 5 ил. ледуемого четы рехпол юсника, отличается тем, что, с целью повышения быстродействия введен генератор низкой частоты, выход которого соединен с входом введенного счетчика, выход подмодулятора соединен с входом введенного формирователя интервала счета, второй вход которого соединен с выходом компаратора, первый выход — с управляющим входом счетчика, второй выход — с входом сброса детектора, а третий выход — с управляющим входом введенного аналого-цифрового преобразователя, подсоединенного к выходу детектора, причем выходы аналого-цифрового преобразователя и счетчика соединены, соответственно, с входами амплитуды и фазы регистрирующего устройства.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема одного из возможных вариантов исполнения подмодулятора; на фиг.3 — схема моду1800395 лятора; на фиг.4 — один из возможных вариантов структурной схемы ФИС; на фиг.5 приведены эпюры напряжений и спектры сигналов, поясняющие работу предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора СВЧ

1, делителя мощности 2, один из выходов которого подключается к исследуемому четырехполюснику 3, смесителя 4, полосового фильтра 5, детектора 6, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7, модулятора 8, компаратора 9, генератора НЧ 10, подмодулятора 11, формирователя интервала счета (ФИС) 12, счетчика 13 и регистрирующего устройства 14.

Устройство работает следующим образом, С выхода СВЧ-генератора 1 через делитель мощности 2 сигнал Асоза t, где в— круговая частота СВЧ-сигнала, подается на вход исследуемого четырехполюсника

3 и на вход модулятора 8. С выхода исследуемого четы рехполюсника сигнал

Axcos(cU t — р ), где Ax — амплитуда сигнала на выходе исследуемого четырехполюсника, à p< — вносимый им фазовый сдвиг, поступает на вход смесителя 4. Импульсы с круговой частотой Qс -.выхода НЧ-генератора 10 поступают на вход подмодулятора 11 и счетный вход счетчика 13. Подмодулятор выполняет функции делителя частоты на 360 — фазовращателя и вырабатывает два меандра С1 и С2 с круговой частотой Й/360, сдвинутые на л /2 друг относительно друга, для управления р-i-n-диодами модулятора

8. Он может быть выполнен, например, на основе делителя частоты на 90, двух J Ктриггеров и двух токовых ключей, формирующих управляющий ток р-i-n-диодов модулятора 8, как показано на рис,2, Временные диаграммы напряжений на входах токовых ключей (меандров С1 и С2) приведены на эпюрах 1 и 2 фиг.5. Эти сигналы поступают на управляющие входы модулятора 8. Кроме того, один из двух сигналов (С2) поступает на вход ФИС в качестве опорного НЧ-сигнала. Модулятор 8 представляет собой четырехпозиционный фазовращатель, последовательно переключающий фазу входного сигнала на О, л/2,л,Зл/2.

Полный цикл модуляции осуществляется с круговой частотой Q /360. Такая дискретная фазовая модуляция является первым приближением линейной фазовой модуляции от 0 до 2 л с круговой частотой О /360, которая эквивалентна ОБП-модуляции. Поэтому сигнал на выходе модулятора 8, имеющий дискретный спектр, приведенный на эпюре 5 фиг.5, в первом приближении близок к сигналу ОБП-модулятора. В нем также подавлены несущая и одна боковая частота. Вторая боковая частота имеет вид

Ax(cos(в — Я/360)t+ рх), Такой модулятор

5 может быть выполнен, например, на основе трехдецибельного направленного ответвителя, двух р-i-n-диодов и отрезков линии передачи, как показано на фиг.3. Сигнал на выходе смесителя 4 представляет собой

10 сумму двух меандров с круговой частотой

Я/360, сдвинутых по фазе на л /2 друг относительно друга, и амплитудами, зависящими от фазы сигнала на выходе исследуемого четырехполюсника 3 р„.

15 Форма этого сигнала для нескольких значений фазы Ъ приведена на эпюрах 6 — 11 фиг.5. Первая гармоника этого сигнала выделяется полосовым фильтром 5 и имеет вид

AxKcos((0/360)t — p ), где К- коэффициент передачи смесителя и полосового фильтра.

На эпюре 3 фиг,5 приведена временная диаграмма этого сигнала. Этот сигнал поступает на входы активного детектора 6 и компаратора 9. Сигнал с выхода компаратора 9 представляет собой меандр с круговой частотой И360, запаздывающий относительно опорного меандра С2 на фазу ср или на время tx = 360»

> <р»IО = (360 р»I2 zt) (2 л/И). Форма этого сигнала приведена на эпюре 4 рис,5, Но

2a/Q — это период сигнала НЧ-генератора

10, а 360 p

НЧ-генератора запаздывает сигнал с выхода компаратора 9 относительно сигнала

С2, мы получим фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника 3 в градусах.

Роль управляющего устройства в описываемом амплифазометре выполняют

ФИС; которая запускается сигналом "Пуск".

Формирователь интервала счета после получения сигнала "Пуск" выполняет следующие функции:

1) вырабатывает сигналы установки в нуль пикового детектора 6 и счетчика 13;

2) формируют сигнал разрешения счета на счетчик 13 после получения первого фронта спада меандра С2 и остановки счета после получения первого следующего за этим фронта спада меандра с выхода компаратора 9;

3) формирует после прохождения первой полной рабочей для активного пикового детектора 6 полуволны меандра с выхода компаратора 9, что необходимо для заряда конденсатора в детекторе, сигнал пуска АЦП 7;

4) формирует после остановки счета и получения сигнала "Готовность парамет1800395 ров" с АЦП 7 сигнал "Готовность параметров".

В соответствии с вышеперечисленными функциями ФИС, его структурная схема может иметь вид, представленный на рис.4.

Схема работает следующим образом.

Сигнал "Пуск" подается на ФИС 12, где он разводится на входы формирователя импульса сброса счетчика 13, формирователя импульса сброса детектора 6 и формирователя сигнала "Готовность параметров".

Формирователи импульсов "Сброс счетчика" и "Сброс детектора" по получении сигнала "Пуск" вырабатывают импульсы, устанавливающие в ноль счетчик 13 и детектор 6. Эти импульсы устанавливают также в исходное состояние формирователь сигнала "Разрешение счета" и формирователь импульса "Пуск АЦП" соответственно.

Формирователь сигнала "Готовность параметров" по получении сигнала "Пуск" либо устанавливается в исходное состояние, если сигнал Тотовность параметров" выдается в виде импульса, либо снимает сигнал

"Готовность параметров", если этот сигнал выдается уровнем, это означает, что выходные данные не сформированы и идет процесс измерения, Формирователь сигнала

"Разрешение счета" после установки в исходное состояние переходит в режим ожидайия фронта спада меандра С2 с выхода подмодулятора 11, по которому он вырабатывает сигнал, разрешающий счет импульсов НЧ-генератора 10 счетчиком 13 до прихода фронта спада сигнала с выхода компаратора 9, по которому счет останавлиràåTcÿ. Счет может начинаться и по фронту нарастания меандра С2 с выхода подмодулятора 11, но тогда и остановка счета должна происходить по фронту нарастания меандра с выхода компаратора 9. Формирователь импульса "Пуск АЦП" после установки в исходное состояние переходит в режим ожидания полной рабочей (для активного детектора) полуволны меандра с выхода компаратора 9, по которой на выходе активного детектора устанавливается напряжение, равное амплитуде напряжения на выходе полосового фильтра 5. После этого формирователь вырабатывает импульс пуска для АЦП 7, по которому АЦП 7 производит измерение напряжения на выходе активного детектора 6, По окончании измерения

АЦП 7 формирует сигнал "Готовность параметров ЛЦП", который поступает на формирователь сигнала "Готовность параметров" устройства, на который поступает, также, сигнал "Разрешение счета", После получения обоих сигналов формирователь выдает сигнал Тотовность параметров", что озна5

55 чает, что измерение окончено и на входах регистрирующего устройства 14 сформированы цифровые коды амплитуды и фазы. По этому сигналу коды переписываются в регистрирующее устройство.

В зависимости от конкретного варианта применения устройства и построения его функциональных узлов структурная схема

ФИС может несколько меняться. Так, если в качестве регистрирующего устройства используется цифровой индикатор, который не обрабатывает сигнал "Готовность параметров" (например, съем данных осуществляется с фиксированным временем задержки после подачи сигнала "Пуск" или при ручных режимах измерения, когда сигнал "Пуск" формируется с помощью кнопки"), в схеме может вообще отсутствовать формирователь сигнала Тотовность параметров". В случае, если в устройстве применен детектор без схемы сброса (с саморазрядом), в ФИС может отсутствовать формирователь импульса "Сброс детектора". В случае работы устройства в режиме непрерывного измерения амплитуды и фазы с индикацией информации на цифровых табло сигнал "Пуск" должен регенерироваться внутри ФИС, при этом, если частота регенерации высокая, на входе регистрирующего устройства 14 желательна установка буферного регистра, в который переписывается информация из счетчика 13 и АЦП 7 после каждого цикла измерений, так как в режиме измерения информация на входах регистрирующего устройства 14 непрерывно изменяется и показания цифрового табло могут стать неразборчивыми. При работе устройства в составе автоматизированных комплексов в качестве регистрирующего устройства используется ЭВМ, которая синхронизирует работу устройства с внешними устройствами, вырабатывает сигнал "Пуск" и обрабатывает сигнал "Готовность параметров".

Конкретное исполнение ФИС сильно зависит от параметров сигналов обмена

ФИС с другими функциональными узлами и внешними устройствами, а значит от выбора конкретных схем детектора, АЦП, счетчика, регистрирующего устройства и конкретных типов внешних устройств.

Предлагаемое устройство было разработано для автоматизированной системы контроля параметров СВЧ-радиокомплекса. Все функциональные узлы устройства были отработаны и испытаны в диапазоне

СВЧ-частот от 3 до 5 ГГц при различных частотах импульсов НЧ-генератора 10. Для получения максимальной точности измерений и быстродействия передаточная функ1800395 ция полосового фильтра 5 (активный фильтр шестого порядка) оптимизировалась с помощью ЭВМ, при этом для частоты сигнала

НЧ-генератора 64 МГц (частота сигнала модуляции 177,778 кГц) минимальное время от 5 момента появления СВЧ-сигнала до начала замера составляет около 12 мкс при ожидаемой точности измерений примерно 3 — 4 . В качестве выходного каскада активного детектора 6 использовался прецизионный 10 термокомпенсированный логарифмический усилитель, коэффициент передачи которого был выбран таким образом, что отсчет амплитуды CBV-сигнала на выходе АЦП 7 (использовалась серийная микросхема 15

1108ПВ1А) производился в децибеллах.

Предложенный вариант построения амплифазометра позволяет использовать его как самостоятельно с выводом результатов измерений на цифровую индикацию, так и в 20 составе автоматизированных измерительных систем при управлении от ЭВМ и с выдачей на ЭВМ результатов измерений, что существенно расширяет функциональные возможности. Полученное очень высо- 25 кое быстродействие СВЧ-амплифазометра позволяет использовать его для измерения амплитуды и фазы импульсных СВЧ-сигналов с длительностью импульса до 20 мкс.

Кроме того, к достоинствам предложенного 30

СВЧ-амплифазометра следует отнести возможность проведения измерений при амплитудной или фазовой модуляции сигнала

СВЧ-генератора, что невозможно при использовании промышленных фазометров.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров четырехполюсника, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности, модулятор, смеситель, полосовой фильтр и детектор, а также регистрирующее устройство, при этом управляющий вход модулятора соединен с выходом подмодулятора, второй выход полосового фильтра соединен с входом компаратора, а второй выход делителя мощности и второй вход смесителя являются соответственно выходом и входом для подсоединения входа и выхода исследуемого четырехполюсника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введен генератор низкой частоты, выход которого соединен с входом введенного счетчика, выход подмодулятора соединен с входом введенного формирователя интервала счета, второй вход которого соединен с выходом компаратора, первый выход — с управляющим входом счетчика, второй выход — с входом сброса детектора, а третий выход — с управляющим входом введенного аналогоцифрового преобразователя, подсоединенного к выходу детектора, причем выходы аналого-цифрового преобразователя и счетчика соединены соответственно с входами амплитуды и фазы регистрирующего устройства, 1800395

Ep- -л- диодам мдулятора

Ьп по8мо8уляп1ора

Guz3

1800395

1800395

Редактор Т.Иванова

Корректор М.Самборская

Заказ 1163 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

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

Составител ь А. Крохи н

Техред М.Моргентал,(Х/г

ewttl

А=/4 см/г9