Панорамный измеритель коэффициента стоячей волны и ослабления

 

Использование: изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано для измерения больших ослаблений. Существо изобретения: расширение диапазона измеряемых ослаблений и автоматизации процесса измерения достигается за счет введения в устройство блока 5 дискретного усиления СВЧ-сигнала, блока 9 компараторов уровня и схемы 10 автоматического управления блоком дискретного усиления. Выход измерителя 7 отношения соединен с одним входом блока 9 компараторов, на другие входы подаются опорные напряжения, обеспечивающие различные уровни компарирования. Введение дискретного усиления СВЧ-сигнала пропорционально величине измеряемого ослабления и позволяет поддерживать сигнал на выходе СВЧ выше нижнего уровня детектирования, а также сохранить необходимое соотношение сигнал/шум. Устройство также содержит генератор 1 качающейся частоты, детекторы падающей 4 и прошедшей волны 6, осциллограф 8, цифровой индикатор 11 и источник 12 опорного напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении больших ослаблений.

Известны панорамные измерители КСВ и ослабления типа Р2, например, Р2-54, работающие с индикаторами Я2Р-67, обеспечивающие измерение ослабления до -35 дБ, и измерители Р2-100, работающие с индикаторами Я2Р-70, обеспечивающие измерение ослабления до -50 дБ.

Недостатком этих измерителей является недостаточный динамический диапазон измерения ослабления, особенно для измерителей, работающих с индикаторами Я2Р-67. Связано это с ограничением нижнего предела измерения за счет шумов детектора СВЧ и шумов низкочастотных цепей индикатора.

Известно также устройство, содержащее генератор качающейся частоты, ответвитель падающей волны с детекторной головкой, исследуемой четырехполюсник, детекторную головку прошедшей волны, блок автоматической регулировки мощности, отсчетный аттенюатор, измеритель отношения и индикатор. Расширение пределов измерения осуществляется переключением вручную ступенчатого отсчетного аттенюатора низкой частоты, включенного в цепь автоматической регулировки мощности. Это приводит к поднятию уровня выхода мощности генератора качающейся частоты и соответственно к поднятию уровня измерительного сигнала на выходе детектора прошедшей волны и, следовательно, к увеличению соотношения сигнал/шум на выходе индикатора [1].

Недостатком этого устройства является необходимость иметь генератор СВЧ повышенного уровня мощности. Так, например, при необходимости расширения динамического диапазона на 20 дБ необходимо на эту же величину увеличить мощность генератора СВЧ. Учитывая, что стандартный уровень ГКЧ составляет ≈ 1 мВт, за счет работы автоматической регулировки мощности необходимо установить уровень ≈ 100 мВт, что затрудняет выполнение требований электромагнитной совместимости. Этому устройству также присущи недостатки, рассмотренные выше, связанные с ограничениями нижнего предела измерения шумами детекторов падающей и прошедшей волн шумами низкочастотных цепей индикатора.

С другой стороны, работа детектора падающей волны в широком диапазоне падающей мощности (чего нет в первом устройстве) снижает точность измерения за счет неквадратичности характеристики на высоких уровнях мощности. Все это ограничивает динамический диапазон измерения в пределах 35-50 дБ. Другим недостатком является необходимость переключения пределов измерения вручную.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона и автоматизация процесса измерения.

Это достигается введением в известное устройство блока дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, компаратора уровня, источника опорного напряжения, блока управления и цифрового индикатора. При этом генератор качающейся частоты, направленный ответвитель падающей волны с детекторной головкой, исследуемый четырехполюсник, блок дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала и детектор падающей волны соединены последовательно, выход детектора падающей волны соединен с одним входом измерителя отношений, выход детектора прошедшей волны соединен с вторым входом измерителя отношений, выход измерителя отношений соединен с входом осциллографического индикатора и одновременно с одним из входов компаратора уровня, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход компаратора уровня соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с управляющим входом блока дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, а другой - с входом цифрового индикатора.

На чертеже приведена структурная схема панорамного измерителя.

Устройство содержит генератор 1 качающейся частоты, ответвитель 2 падающей волны с детектором 4, исследуемый четырехполюсник 3, блок 5 дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, детектор 6 прошедшей волны, измеритель 7 отношений, осциллографический индикатор 8, компаратор 9 уровня, блок управления 10, цифровой индикатор 11, источник опорного напряжения 12.

Р а б о т а и з м е р и т е л я. Процесс измерения состоит из двух этапов: калибровки и измерения. При калибровке в отсутствии исследуемого четырехполюсника регулировкой уровня выхода генератора 1 и усилением СВЧ-сигнала в блоке 5 устанавливаются уровни детектирования СВЧ-сигналов. При этом на детекторе 6 устанавливается верхний предел уровня мощности СВЧ-сигнала для квадратичного детектирования. Далее, исходя из величины чувствительности детектора 6, его шумов и шумов индикатора 8 при помощи аттенюатора, включенного вместо четырехполюсника, устанавливается нижний предел детектирования. Фиксируется выходное напряжение измерителя отношения 7 и устанавливается величина напряжения источника опорного напряжения. Исходя из того, что компаратор должен срабатывать в режиме измерения при условии U_вых7 ≅ ≅ U_оп, т.е., когда напряжение на выходе измерителя отношений равно или меньше напряжению нижнего уровня детектирования. После этого аттенюатор из тракта убирается, следовательно, режим работы детектора 6 переводится на верхний уровень детектирования. Блок управления 10 поддерживает заданное усиление, цифровой индикатор 11 фиксирует нулевое ослабление. Осциллографический индикатор 8 также калибруется на нуль ослабления.

И з м е р е н и е. При измерении ослабления исследуемого четырехполюсника в пределах динамического диапазона между верхним и нижним уровнями детектирования процесс заключается в определении отношения сигналов, поступающих на измеритель 7 отношения, и фиксации этого отношения осциллографическим индикатором 8. Измерение в панораме осуществляется путем синхронизации развертки осциллографического индикатора 8 и генератора качающейся частоты 1. Если же ослабление четырехполюсника окажется больше динамического диапазона детектирования, то сигнал на выходе измерителя 7 отношений будет меньше напряжения источника опорного напряжения 12, при этом срабатывает компаратор 9 уровня. Выходной сигнал компаратора поступает на блок управления 10, который переключает режим работы блока усиления 5 (например, изменением питания), увеличивая его усиление на дискретную величину. Целесообразно вводить дискретную величину усиления, равную динамическому диапазону детектирования СВЧ-сигнала детектором 6.

Одновременно сигнал с блока управления 10 передается на цифровой индикатор 11, который фиксирует величину ослабления, скомпенсированную блоком 5 усиления СВЧ-сигнала. Результат измерения определяется по показаниям двух индикаторов. Например, если динамический диапазон измерения ослабления собственно индикатором 8 составляет -30 дБ, а динамический диапазон дискретного усиления равен +30 дБ, то общий диапазон измерения будет равен -60 дБ. Рабочая точка детектора прошедшей волны будет находиться на нижнем пределе детектирования в точке калибровки -30 дБ. При этом сохраняются все технические характеристики измерителя, имеющиеся при измерении ослабления до 30 дБ. Дальнейшее расширение динамического диапазона измерений достигается дискретным увеличением усиления СВЧ-сигнала в блоке 5.

В блоке компараторов 9 устанавливается несколько уровней компаpирования в зависимости от динамического диапазона измерений и диапазона дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала в блоке 5. Если принять диапазон измерения ослаблений -90 дБ, то при двух ступенях дискретного усиления по +30 дБ необходимо установить два уровня компарирования (-30 дБ и -60 дБ). Процесс измерения полностью автоматизирован.

Формула изобретения

ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ И ОСЛАБЛЕНИЯ, содержащий генератор качающейся частоты, направленный ответвитель с детекторной головкой падающей волны, детектор прошедшей волны, измеритель отношения и осциллографический индикатор, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения ослабления и автоматизации процесса измерения, в него введены блок дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, компаратор уровня, источник опорного напряжения, блок управления и цифровой индикатор, при этом генератор качающейся частоты, ответвитель падающей волны, исследуемый четырехполюсник, блок дискретной регулировки СВЧ-сигнала и детектор прошедшей волны соединены последовательно, выход ответвителя падающей волны через детектор падающей волны соединен с одним входом измерителя отношений, выход детектора прошедшей волны соединен с другим входом измерителя отношений, выход измерителя отношений соединен с осциллографическим индикатором и одновременно с одним из входов компаратора уровня, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход компаратора уровня соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с управляющим входом блока дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, а другой - с цифровым индикатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1