Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к автоматической оценке состояния высокочастотных преобразователей частоты. Технический результат - повышение точности измерения. Для достижения данного результата у генераторов качающейся частоты первые управляющие входы соединены с выходом блока управления, с третьим входом индикатора и входом перестраиваемого генератора промежуточных частот. Один из выходов генератора промежуточных частот соединен с вторым входом второго фазового детектора. Выход первого генератора качающейся частоты соединен с одним из входов первого смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, другой вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты. Сигнальный вход опорного смесителя соединен с подвижным контактом третьего переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя. При этом подвижный контакт переключателя соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом первого переключателя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле различных устройств СВЧ.

Известны измерители комплексных коэффициентов передачи Р4-36, Р4-37/1, Р4-38 (см. Измерения в электронике. Справочник. Под ред. В.А.Кузнецова. М.: Энергоатомиздат. 1987. С.226-230), содержащие генераторы качающейся частоты, делитель сигнала от генератора качающейся частоты на два канала - измерительный и опорный, измерительный и опорный смесители, гетеродинный преобразователь частоты, связанный системой фазовой автоподстройки частоты с генератором качающейся частоты и фазочувствительный индикатор отношений уровней сигналов в измерительном и опорном каналах.

Недостатком этих измерителей является то, что они принципиально не могут измерять комплексные коэффициенты передачи четырехполюсников, содержащих в своем составе преобразователи частоты, т.к. сигналы на входе и выходе этих четырехполюсников имеют разные частоты и по этой причине не могут быть включены в измерительный канал прибора.

Здесь и в дальнейшем под четырехполюсником с преобразователем частоты понимается смеситель, в котором осуществляется гетеродинное преобразование частоты, который имеет вход сигнала, вход гетеродина и выход промежуточной частоты (ГТЧ), для которого гетеродин является внешним устройством, не принадлежащим смесителю.

Известны измерительные приборы по патентам США на метод (Patent number 6041077, Mar 21.2000, Int Cl⁷ H 04 B 3/36, US cl 375/224) и устройство (Patent number 6041694, May 16.2000, Int Cl⁷ H 04 B 3/46, US cl 375/224) для измерения комплексных коэффициентов передачи устройств, содержащих преобразователь частоты - смеситель, измерительные возможности которых изложены в сети Интернет на сайте фирмы Hewlett Packard "Improving Network Analyzer Measurements of Frequency-translating Devices. Application-Note 1287-4". Однако этот метод измерения идентичен ранее заявленным способам в СССР (а.с. СССР №1475347, кл. G 01 R 27/28, 1986 г. и а.с. СССР №1596278, кл. G 01 R 27/28, 1988 г.). Недостатком этих устройств является то, что они не позволяют измерять смесители при переменной промежуточной частоте. Кроме того, ввиду отсутствия в этих приборах усилителя и аттенюатора, включенных в измерительный тракт испытуемого смесителя, в них возникает ошибка измерений из-за разных уровней сигналов при определении суммы и разности сдвигов фаз. В этих приборах отсутствует и стабилизация абсолютного значения частоты генераторов качающейся частоты.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты (а.с. СССР №1661682, МПК(5) G 01 R 27/28), содержащее два генератора качающейся частоты, первые управляющие входы которых соединены с выходом блока управления, другой выход которого соединен с третьим входом индикатора и входом перестраиваемого генератора промежуточных частот, третий выход которого соединен со вторым входом второго фазового детектора, выход первого генератора качающейся частоты соединен с одним из входов первого смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, другой вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты, одновременно соединенным с гетеродинным входом опорного смесителя, сигнальный вход которого соединен с подвижным контактом третьего переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого через аттенюатор соединен с одним из выходов первого делителя сигналов, второй выход которого соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым неподвижным контактом четвертого переключателя, выход первого смесителя фазовой автоподстройки частоты соединен с первыми входами первого фазового детектора и второго смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора, выход которого соединен с третьим входом первого генератора качающейся частоты, второй вход которого соединен с первым выходом перестраиваемого генератора промежуточных частот и входом второго делителя сигналов, выходы которого соединены с вторыми неподвижными контактами пятого и шестого переключателей, первые неподвижные контакты которых соединены между собой, подвижный контакт пятого переключателя соединен с выходом опорного смесителя, а подвижный контакт шестого переключателя соединен с сигнальным входом смесителя промежуточной частоты опорного канала, выход которого соединен с вторым входом индикатора, первый вход которого соединен с выходом смесителя промежуточной частоты измерительного канала, гетеродинный вход которого соединен с вторым входом смесителя промежуточной частоты, опорного канала, вторым выходом перестраиваемого генератора промежуточных частот и вторым входом второго смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, выход индикатора соединен с входом решающего блока, вход третьего делителя сигнала соединен с выходом первого генератора качающейся частоты, один выход третьего делителя сигнала соединен с входом первого делителя сигнала, другой его выход - с сигнальным входом испытуемого четырехполюсника с преобразователем частоты, гетеродинный вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты, одновременно соединенным с одним из входов вспомогательного смесителя, другой вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя, а выход вспомогательного смесителя соединен с первым входом смесителя промежуточной частоты измерительного канала, выход четырехполюсника с преобразователем частоты соединен с третьим неподвижным контактом шестого переключателя.

К недостаткам данного устройства относится отсутствие стабилизации абсолютного значения частот генераторов качающейся частоты. Изменение абсолютного значения частоты этих генераторов во время проведения измерений приводят к появлению двух составляющих общей погрешности при измерении фазовых сдвигов.

1. За счет нелинейности фазочастотной характеристики (ФЧХ) самого испытуемого четырехполюсника с преобразователем частоты. Изменение во времени абсолютного значения частоты зондирующего сигнала от генераторов качающейся частоты 1 и 2 (ГКЧ 1 и ГКЧ 2) приводит к изменению измеряемого сдвига фаз за счет различной его величины в каждой частотной точке ФЧХ. Конкретная величина фазового сдвига в частотной точке определяется типом нелинейного сопротивления, используемого в качестве частотно-преобразующего элемента и может достигать 5-7° на частотах 2-6 ГГц.

2. За счет непрерывного изменения (дрожания) частоты во времени. Эта погрешность описывается известным выражением

где Δϕ - изменение фазы за период времени от t₁ до t₂;

f - частота зондирующего сигнала.

При стабильности частоты 10^-4 на частоте 1·10⁹ Гц Δϕ может достигать нескольких градусов.

Общая погрешность измерения фазы за счет нестабильности двух генераторов качающейся частоты равна удвоенному значению суммы обеих погрешностей и достигает 20°.

Для снижения этой погрешности необходимо стабилизировать частоту одного из генераторов качающейся частоты. Так как первый и второй генераторы качающейся частоты охвачены общей системой фазовой автоподстройки частоты, то, следовательно, стабилизация одного из них приводит к автоматической стабилизации и второго генератора качающейся частоты.

Технической задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразованием частоты - смесителей за счет повышения стабильности частоты одного из двух генераторов качающейся частоты.

Для решения поставленной технической задачи предлагается в известное устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты, содержащее первый и второй генераторы качающейся частоты, блок управления, первый и второй делители сигналов, аттенюатор, первый переключатель, первый смеситель фазовой автоподстройки частоты, второй переключатель, третий переключатель, усилитель, второй смеситель фазовой автоподстройки частоты, первый фазовый детектор, вспомогательный смеситель, опорный смеситель, четвертый переключатель, второй фазовый детектор, перестраиваемый генератор промежуточных частот, пятый переключатель, делитель промежуточной частоты, испытуемый четырехполюсник с преобразователем частоты, шестой переключатель, смесители промежуточной частоты измерительного и опорного канала, индикатор и решающий блок, дополнительно ввести делитель с переменным коэффициентом деления, делитель сигнала гетеродина, третий фазовый детектор и опорный генератор.

При этом первые управляющие входы генераторов качающейся частоты соединены с выходом блока управления, третьим входом индикатора и входом перестраиваемого генератора промежуточных частот, третий выход которого соединен с вторым входом второго фазового детектора. Выход первого генератора качающейся частоты одновременно соединен с первым делителем сигналов и одним из входов первого смесителя фазовой автоподстройки частоты, другой вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты, который одновременно соединен со входом делителя сигнала гетеродина, один выход которого соединен с одним из входов делителя с переменным коэффициентом деления, а другой вход делителя сигнала гетеродина соединен одновременно с гетеродинными входами вспомогательного, опорного и испытуемого смесителей. Сигнальный вход опорного смесителя соединен с подвижным контактом третьего переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого через аттенюатор соединен с одним из выходов второго делителя сигналов, вход которого соединен с первым выходом первого делителя сигналов, второй выход которого соединен с сигнальным входом испытуемого четырехполюсника с преобразователем частоты. Второй выход второго делителя сигналов соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым неподвижным контактом четвертого переключателя. Вторые неподвижные контакты первого и третьего переключателей соединены между собой. Выход первого смесителя фазовой автоподстройки частоты соединен с первым входом второго смесителя блока фазовой автоподстройки частоты и первым входом первого фазового детектора, второй вход которого соединен с первым выходом перестраиваемого генератора промежуточных частот и входом третьего делителя сигналов, первый выход которого соединен со вторым неподвижным контактом пятого переключателя, первый неподвижный контакт соединен со вторым выходом третьего делителя сигналов. Подвижный контакт пятого переключателя соединен с выходом опорного смесителя. Третий неподвижный контакт шестого переключателя соединен с выходом испытуемого четырехполюсника с преобразователем частоты. Выход второго смесителя фазовой автоподстройки частоты соединен с одним из входов второго фазового детектора, другой вход которого соединен со вторым входом второго смесителя фазовой автоподстройки частоты и гетеродинными входами смесителей промежуточной частоты измерительного и опорного каналов. Сигнальный вход смесителя промежуточной частоты измерительного канала соединен с выходом вспомогательного смесителя. Сигнальный вход смесителя промежуточной частоты опорного канала соединен с подвижным контактом шестого переключателя. Выход смесителя промежуточной частоты измерительного канала соединен с одним из входов индикатора, второй вход которого соединен с выходом смесителя промежуточной частоты опорного канала. Третий вход индикатора соединен с выходом перестраиваемого генератора промежуточных частот, выходом блока управления, первыми входами первого и второго генераторов качающейся частоты и вторым входом делителя с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с первым входом третьего фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора. Выход третьего фазового детектора соединен со вторым входом второго генератора качающейся частоты. Выход первого фазового детектора соединен третьим входом первого генератора качающейся частоты, второй вход которого соединен с выходом второго фазового детектора. Выход индикатора соединен с входом решающего устройства.

К отличительным признакам предлагаемого устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты относятся введение в устройство дополнительной системы фазовой автоподстройки частоты, состоящей из делителя сигнала гетеродина, делителя с переменным коэффициентом деления, третьего фазового детектора и опорного генератора, позволяющего осуществить стабилизацию абсолютного значения частоты второго генератора качающейся частоты, которые в совокупности с существующими и новыми связями и блоками позволяют достигнуть требуемого технического результата. В результате этого снижается погрешность измерения фазы за счет повышения стабильности частоты второго и первого генераторов качающейся частоты, которые связаны между собой системой фазовой автоподстройки частоты, состоящими из первого и второго смесителей фазовой автоподстройки частоты, первого и второго фазовых детекторов. Совокупность вновь введенных и имеющихся узлов позволяет повысить стабильность частоты второго генератора качающейся частоты в режиме переменной промежуточной частоты, когда его частота постоянна, а относительно нее перестраивается первый генератор промежуточной частоты, и, таким образом, повышается точность измерения фазы в этом режиме.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты.

Устройство содержит генераторы 1 и 2 качающейся частоты, блок 3 управления, делитель 4 с переменным коэффициентом деления, первый делитель сигнала 5, второй делитель сигнала 6, аттенюатор 7, первый переключатель 8, первый смеситель фазовой автоподстройки частоты 9, третий фазовый детектор 10, второй переключатель 11, делитель сигнала гетеродина 12, третий переключатель 13, усилитель 14, второй смеситель фазовой автоподстройки частоты 15, первый фазовый детектор 16, опорный генератор 17, вспомогательный смеситель 18, опорный смеситель 19, четвертый переключатель 20, второй фазовый детектор 21, перестраиваемый генератор промежуточных частот 22, пятый переключатель 23, третий делитель сигналов 24, испытуемый смеситель 25, шестой переключатель 26, смеситель промежуточной частоты измерительного канала 27, смеситель промежуточной частоты опорного канала 28, индикатор 29, решающий блок 30.

Первые управляющие входы генераторов 1 и 2 качающейся частоты соединены с выходом блока управления 3, третьим входом индикатора 29 и входом перестраиваемого генератора промежуточных частот 22, третий выход которого соединен с вторым входом второго фазового детектора 21; выход генератора 1 качающейся частоты соединен с одним из входов первого смесителя блока фазовой автоподстройки частоты 9, другой вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты 2; сигнальный вход опорного смесителя 19 соединен с подвижным контактом третьего переключателя 13, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя 20, подвижный контакт которого соединен с выходом усилителя 14, вход которого соединен с подвижным контактом первого переключателя 8, первый неподвижный контакт которого через аттенюатор 7 соединен с одним из выходов второго делителя сигналов 6, вход которого соединен с первым выходом первого делителя сигналов 5, второй выход второго делителя сигналов 6 соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя 11, второй неподвижный контакт которого соединен с вторым неподвижным контактом четвертого переключателя 20, выход первого смесителя фазовой автоподстройки частоты 9 соединен с первым входом первого фазового детектора 16 и первым входом второго смесителя фазовой автоподстройки частоты 15, выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора 21, выход которого соединен со вторым входом генератора 1 качающейся частоты, третий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора 16, второй вход которого соединен с первым выходом перестраиваемого генератора промежуточных частот 22 и входом третьего делителя сигналов 24, выходы которого соединены с вторыми неподвижными контактами пятого 23 и шестого 26 переключателей, первые неподвижные контакты которых соединены между собой, подвижный контакт пятого переключателя 23 соединен с выходом опорного смесителя 19, а подвижный контакт шестого переключателя 26 соединен с сигнальным входом смесителя промежуточной частоты опорного канала 28, выход которого соединен с вторым входом индикатора 29, первый вход которого соединен с выходом смесителя промежуточной частоты измерительного канала 27, гетеродинный вход которого соединен с гетеродинным входом смесителя промежуточной частоты опорного канала 28, вторым входом перестраиваемого генератора промежуточных частот 22 и вторым входом второго смесителя блока фазовой автоподстройки частоты 15, третий неподвижный контакт шестого переключателя 26 соединен с выходом испытуемого смесителя 25, сигнальный вход которого соединен со вторым выходом первого делителя сигналов 5, вход которого соединен с выходом генератора 1 качающейся частоты; сигнальный вход вспомогательного смесителя 18 соединен с подвижным контактом второго переключателя 11, выход вспомогательного смесителя 18 соединен с сигнальным входом смесителя промежуточной частоты измерительного канала 27, выход индикатора 29 соединен с входом решающего устройства 30, выход опорного генератора 17 соединен с одним из входов третьего фазового детектора 10, другой вход которого соединен с выходом делителя с переменным коэффициентом деления 4, первый вход которого соединен со вторым выходом делителя сигнала гетеродина 12, другой выход которого одновременно соединен с гетеродинными входами вспомогательного смесителя 18, опорного смесителя 19 и испытуемого смесителя 25; вход делителя сигнала гетеродина 12 соединен с выходом генератора 2 качающейся частоты; второй выход делителя с переменным коэффициентом деления 4 соединен с выходом блока управления 3; выход третьего фазового детектора 10 соединен со вторым входом генератора 2 качающейся частоты.

Устройство работает следующим образом.

ГКЧ 1 и ГКЧ 2 могут работать в двух режимах.

В режиме первой переменной промежуточной частоты напряжением от блока управления 3 устанавливается начальная разность между частотой ω₁, ГКЧ 1 и частотой ω₂ ГКЧ 2, равная начальной промежуточной частоте полосы анализа исследуемого четырехполюсника 25 с преобразованием частоты. Этим же напряжением устанавливается начальное значение первой переменной промежуточной частоты ω₃ сигналов перестраиваемого генератора промежуточных частот 22, снимаемой с его первого выхода, равное начальной частоте полосы анализа. Этим же напряжением с помощью делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 4 задается коэффициент деления такой величины, чтобы он разделил частоту сигнала от ГКЧ 2, поступающего через делитель сигнала гетеродина 12 на его сигнальный вход, так, чтобы она была равна частоте опорного генератора 17. Сигнал с выхода ДПКД 4 и опорного генератора 17 сравнивается третьим фазовым детектором 10, а результат сравнения в виде регулирующего напряжения подается на второй вход ГКЧ 2, подстраивая его таким образом, что начальная частота ω₂ с точностью до фазы была равна частоте опорного генератора 17, умноженной на коэффициент деления ДПКД 4, и определяется выражением:

ω₂=n ω_ог,

где n - коэффициент деления ДПКД 4;

ω_ог - частота сигнала опорного генератора.

Абсолютное значение частоты ω₂ сигнала ГКЧ 2 устанавливается выбором коэффициента деления n ДПКД 4, а ее стабильность во времени определяется стабильностью опорного генератора 17.

Выбор достаточно большого коэффициента деления n позволяет существенно снизить частоту опорного генератора 17 по сравнению с частотой ω₂ и перевести ее из диапазона СВЧ в диапазон низких частот, где стабильность частоты может быть осуществлена применением термостатированных кварцевых резонаторов. Изменение коэффициента деления n позволяет менять частоту ω₂, не изменяя частоты опорного генератора ω_ог.

Затем относительно ГКЧ 2, настроенного на фиксированную частоту, включается свипирование ГКЧ 1 в диапазоне, равном полосе анализа на промежуточной частоте исследуемого четырехполюсника с преобразователем частоты 25. При этом синхронно с ГКЧ 1 свипирует перестраиваемый генератор промежуточных частот 22 в заданном диапазоне промежуточных частот.

Одновременно с сигналами первой промежуточной частоты в перестраиваемом генераторе промежуточных частот 22 вырабатываются сигналы вспомогательной промежуточной частоты, снимаемые с его второго выхода, сдвинутые на постоянную величину Ω относительно сигналов первой промежуточной частоты с точностью до фазы в любой точке.

Часть сигналов промежуточной частоты Ω с выхода смесителя 9 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) подается на один из входов смесителя 15 ФАПЧ, где смешивается с сигналом вспомогательной частоты от перестраиваемого генератора промежуточной частоты 22. Образовавшийся в результате этого сигнал второй постоянной промежуточной частоты Ω с выхода этого смесителя подается на один из входов фазового детектора 21, где сравнивается с опорным сигналов частоты Ω, вырабатываемым в перестраиваемом генераторе промежуточных частот 22 и снимаемым с его третьего выхода, а результат сравнения с выхода второго фазового детектора 21 поступает на один из входов ГКЧ 1, управляя его частотой ω₁, так, что разность между ней и частотой ω₂ от ГКЧ 2 с точностью до фазы поддерживается равной текущему значению первой переменной промежуточной частоты ω₃.

В режиме постоянной первой промежуточной частоты ω₃ с помощью блока управления 3 осуществляется синхронное качание ГКЧ 1 и ГКЧ 2 в диапазоне СВЧ, при этом на один вход первого смесителя 9 ФАПЧ подается часть сигналов с выходов этих генераторов, а полученные в результате их смешивания сигналы первой (переменной) промежуточной частоты с выхода смесителя 9 ФАПЧ поступают на один из входов фазового детектора 16, где сравниваются с сигналами первой промежуточной частоты, используемой в качестве опорной от первого выхода перестраиваемого генератора 22 промежуточных частот. Результат сравнения подается на один из входов ГКЧ 1, управляя его частотой в процессе качания так, что разность частот между ним и ГКЧ 2 с точностью до фазы равна величине первой промежуточной частоты, на которую настроен перестраиваемый генератор промежуточных частот 22.

В этом режиме синхронно со свипированием ГКЧ 1 и ГКЧ 2 управляющим напряжением от блока управления 3 меняется и коэффициент деления n делителя с переменным коэффициентом деления 4, так что ω₂=n ω_ог, где ω_ог - частота сигнала от опорного генератора 17. Так достигается стабилизация по абсолютной величине частоты сигнала ω₂, которая определяется стабильностью ω_ог от опорного генератора 17.

В современных ДПКД, например, КФ1015ПЛ1-5, ADF4113 и др. их коэффициент деления задается цифровым двоичным кодом. В ГКЧ типа Я2Р-74, Я2Р-75, Я2Р-76, и т.д. перестройка по частоте осуществляется также цифровым двоичным кодом. Скорость перестройки ДПКД не превышает 250 миллисекунд, максимальная рабочая частота в ДПКД типа ADF4113, использующий прескалер достигает 4 ГГц. Имеются делители и до 20 ГГц.

При каждом новом включении устройства в самом начале производится калибровка, цель которой состоит в определении истинной фазочастотной характеристики вспомогательного смесителя. После этого она запоминается в памяти индикатора и по мере необходимости воспроизводится на экране его электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

В режиме калибровки в положении 1 переключателей 8, 11, 13, 20, 23 и 26 реализуется схема для измерения разности фаз между выходными сигналами вспомогательного 18 и опорного 19 смесителей. Делителем производится разделение сигнала во вспомогательный и опорный каналы. Вспомогательный канал образуется одним из выходов делителя 6, переключателем 11, вспомогательным смесителем 18 и электрическими трактами, соединяющими эти узлы.

Опорный канал образуется другим выходом делителя 6, аттенюатором 7, переключателем 8, усилителем 14, переключателями 20, 13, опорным смесителем 19 и электрическими трактами, соединяющими эти узлы.

Перед измерениями производится выравнивание электрических длин вспомогательного и опорного каналов и трактов сигналов гетеродина после их разветвления делителем 12. Затем производится маркировка вспомогательного и опорного каналов устройства так, чтобы при измерении разности фаз, фаза во вспомогательном канале была уменьшаемой, а в опорном - вычитаемой в этой разности.

Сигнал во вспомогательном канале может быть представлен в виде

где - амплитудное значение сигнала;

- начальная фаза сигнала во вспомогательном канале на первом (сигнальном) входе вспомогательного смесителя.

Сигнал в опорном канале может быть представлен в виде

где - амплитудное значение сигнала;

- начальная фаза сигнала в опорном канале на входе опорного смесителя.

Сигнал вспомогательного канала через переключатель 11 подается на первый вход вспомогательного смесителя 18, а сигнал опорного канала через аттенюатор 7, переключатель 8, усилитель 14 и переключатель 20 подается на первый (сигнальный) вход опорного смесителя 19, где преобразуется с помощью сигнала от ГКЧ 2 в сигналы первой (переменной) промежуточной частоты ω₃. Преобразование частоты может быть как вверх, так и вниз, и отвечает выражению

где ω₃ - первая (переменная) промежуточная частота;

ω₁ - частоты сигналов ГКЧ 1;

ω₂ - частота сигналов ГКЧ 2.

Допустим, в устройстве имеет место преобразование

Тогда на выходе вспомогательного смесителя 18 имеет место сигнал, описываемый выражением

где - амплитудное значение сигнала,

- начальная фаза сигналов от ГКЧ 1 на первом (сигнальном) входе вспомогательного смесителя 18;

- начальная фаза сигналов от ГКЧ 2 на втором (гетеродинном) вспомогательном смесителе 18;

Δϕ₁ - искомый сдвиг фаз вспомогательного смесителя 18, вносимый им в фазу сигналов первой промежуточной частоты при преобразовании.

Учитывая условие (4), имеем

После преобразования на выходе опорного смесителя 19 имеет место сигнал, описываемый выражением

где - сигнал первой промежуточной частоты в опорном канале;

- амплитудное значение сигнала,

- начальная фаза сигналов от ГКЧ 1 на первом (сигнальном) входе опорного смесителя;

- начальная фаза сигналов от ГКЧ 2 на гетеродинном (втором) входе опорного смесителя;

Δϕ₂ - сдвиг фаз аттенюатора 7;

Δϕ₃ - сдвиг фаз усилителя 14;

Δϕ₄ - сдвиг фаз опорного смесителя 19, вносимый им в фазу сигналов первой промежуточной частоты в процессе преобразования.

Учитывая условие (4), имеем

Сигналы первой промежуточной частоты с выхода вспомогательного 18 и опорного 19 смесителей поступают на сигнальные входы смесителей промежуточной частоты измерительного 27 и опорного 28 каналов соответственно, где с помощью гетеродинного сигнала, подаваемого из второго выхода перестраиваемого генератора промежуточных частот 22, они преобразуются в сигналы постоянной низкой промежуточной частоты - Ω, которые поступают на измерительный и опорный входы индикатора отношений 25, где вычисляются отношение их амплитуд и разность фаз, а результат подается в решающий блок 30, в котором фиксируется.

Полагая, что амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики смесителей 27 и 28 промежуточной частоты измерительного и опорного каналов идентичны, а индикатор 29, который представляет собой индикатор отношений двух сигналов, измеряет разность фаз между сигналами измерительного и опорного каналов второй низкой промежуточной частоты, результат сравнения разности фаз в индикаторе может быть представлен выражением

где А - разность фаз, градус с учетом знака;

k - коэффициент пропорциональности;

- функция, реализуемая фазовым детектором.

Практически все аттенюаторы СВЧ имеют линейную фазочастотную характеристику и, следовательно, их электрическая длина может быть компенсирована электрической длиной СВЧ-тракта. Учитывая это обстоятельство, можно утверждать, что сдвиг фаз Δϕ₂ аттенюатора 7 может быть скомпенсирован сдвигом фаз в измерительном канале , т.е.

С учетом (10) и полагая, что электрические длины трактов измерительного и опорного каналов гетеродина попарно равны , индикатор отношений 29 зафиксирует результат измерений сдвигов фаз в виде

В положении 2 переключателей 8, 11, 13, 20, 23 и 26 реализуется схема для измерения суммы сдвигов фаз вспомогательного 18 и опорного 19 смесителей.

Сигнал первой переменной промежуточной частоты от первого выхода перестраиваемого генератора промежуточных частот 22 вторым делителем сигналов 24 разделяется на два канала: вспомогательный и опорный.

Сигнал опорного канала через переключатель 23 подается на вход промежуточной частоты опорного смесителя 19. При этом вспомогательный 18 и опорный 19 смесители переключателями 8, 11, 13 и 20 включаются последовательно так, что вход сигнала СВЧ вспомогательного смесителя 1 8 через усилитель 14 соединяется с входом сигнала СВЧ опорного смесителя 19. В этом случае на входе сигнала СВЧ опорного смесителя 19 в результате обратного преобразования и его избирательных свойств появляется сигнал суммарной частоты ω₁=ω₂+ω₃, который после усиления усилителем 14 поступает на вход вспомогательного смесителя 18. На входе вспомогательного смесителя 18 имеет место сигнал, описываемый выражением

где - начальная фаза сигнала от перестраиваемого генератора промежуточных частот 22 в опорном канале;

Δϕ₃ - сдвиг фаз усилителя 14;

Δϕ₄ - сдвиг фаз, вносимый опорным смесителем 19 в фазу сигналов промежуточной частоты ω₃;

- начальная фаза сигнала от ГКЧ 2 на гетеродинном входе вспомогательного смесителя 18.

Коэффициент усиления усилителя 14 устанавливается таким образом, чтобы компенсировать потери преобразования опорного смесителя 19, следовательно, амплитуда на входе вспомогательного смесителя 18 практически не меняется по сравнению со схемой, когда он включен для измерения разности сдвигов фаз.

После преобразования во вспомогательном смесителе 18 на его выходе имеется сигнал

где - начальные фазы сигналов в противоположных гетеродинных каналах вспомогательного 18 и опорного 19 смесителей;

Δϕ₄ - сдвиг фаз опорного смесителя.

Присоединение гетеродина, роль которого выполняет ГКЧ2, через делитель сигнала гетеродина 12 к вспомогательному 18 и опорному 19 смесителям остается неизменным по сравнению со схемой для измерения разности фаз и поэтому

Затем этот сигнал подается на первый (сигнальный) вход смесителя промежуточной частоты измерительного канала 27, где с помощью гетеродинного сигнала от перестраиваемого генератора промежуточных частот 22 он так же, как и в опорном канале с помощью смесителя промежуточной частоты опорного канала 28, преобразуется в сигнал второй постоянной промежуточной частоты Ω, который поступает на измерительный и опорный входы индикатора отношений 29.

В связи с тем, что при измерении суммы и разности сдвигов фаз присоединение гетеродина ГКЧ 2 к вспомогательному 18 и опорному 19 смесителям не меняется, абсолютная стабильность его частоты ω₂, также остается постоянной и определяется системой, состоящей из ДПКД 4, фазового детектора 10 и опорного генератора 17, соединение которых между собой остается неизменным.

Учитывая, что индикатор 29 определяет разность фаз между сигналами на его сигнальном (первом) и опорном (втором) входах, результат этого можно представить в виде

где k₁ - коэффициент пропорциональности;

- функция фазового детектора индикатора;

- начальная фаза сигнала от перестраиваемого генератора 18 промежуточных частот, в опорном канале.

При равной электрической длине трактов измерительного и опорного каналов

Индикатор 29 зафиксирует измерение суммы сдвигов фаз в виде

В=Δϕ₁+Δϕ₃+Δϕ₄,

который поступает в решающий блок 30.

Решающий блок 30 после поступления в него суммы сдвигов фаз производит решение системы уравнений

Ранее вычисленная и запомненная в ОЗУ индикатора 29 характеристика истинного сдвига фаз есть абсолютная фазочастотная характеристика вспомогательного смесителя 18. Разность сдвигов фаз между испытуемым смесителем 25 и вспомогательным смесителем 18, измеренная фазовым детектором индикатора 29, обрабатывается в нем путем сравнения с запомненной абсолютной фазочастотной характеристикой опорного смесителя 19 с учетом знаков и воспроизводится на дисплее или экране ЭЛТ и регистрирующем табло в каждой частотной точке в виде фазочастотных характеристик и истинного значения сдвига фаз испытуемого смесителя 25 (четырехполюсника с преобразователем частоты).

Коэффициент передачи амплитудно-частотных характеристик испытуемого смесителя 25 измеряется аналогично.

Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты, содержащее два генератора качающейся частоты, первые управляющие входы которых соединены с выходом блока управления, третьим входом индикатора и входом перестраиваемого генератора промежуточных частот, третий выход которого соединен с вторым входом второго фазового детектора, выход первого генератора качающейся частоты соединен с одним из входов первого смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, другой вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты, сигнальный вход опорного смесителя соединен с подвижным контактом третьего переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого через аттенюатор соединен с одним из выходов второго делителя сигналов, вход которого соединен с первым выходом первого делителя сигналов, второй выход второго делителя сигналов соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, второй, неподвижный контакт которого соединен с вторым неподвижным контактом четвертого переключателя, выход первого смесителя фазовой автоподстройки частоты соединен с первым входом первого фазового детектора и первым входом второго смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора, выход которого соединен с вторым входом первого генератора качающейся частоты, третий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, второй вход которого соединен с первым выходом перестраиваемого генератора промежуточных частот и входом третьего делителя сигналов, выходы которого соединены с вторыми неподвижными контактами пятого и шестого переключателей, первые неподвижные контакты которых соединены между собой, подвижный контакт пятого переключателя соединен с выходом опорного смесителя, а подвижный контакт шестого переключателя соединен с сигнальным входом смесителя промежуточной частоты опорного канала, выход которого соединен с вторым входом индикатора, первый вход которого соединен с выходом смесителя промежуточной частоты измерительного канала, гетеродинный вход которого соединен с гетеродинным входом смесителя промежуточной частоты опорного канала, вторым входом перестраиваемого генератора промежуточных частот и вторым входом второго смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, третий неподвижный контакт шестого переключателя соединен с выходом испытуемого смесителя, сигнальный вход которого соединен со вторым выходом первого делителя сигналов, сигнальный вход вспомогательного смесителя соединен с подвижным контактом второго переключателя, выход вспомогательного смесителя соединен с сигнальным входом смесителя промежуточной частоты измерительного канала, выход индикатора соединен с входом решающего блока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены делитель с переменным коэффициентом деления, делитель сигнала гетеродина, третий фазовый детектор и опорный генератор, выход которого соединен с одним из входов третьего фазового детектора, другой вход которого соединен с выходом делителя с переменным коэффициентом деления, первый вход которого соединен со вторым выходом делителя сигнала гетеродина, другой выход которого одновременно соединен с гетеродинными входами вспомогательного смесителя, опорного смесителя и испытуемого смесителя, вход делителя сигнала гетеродина соединен с выходом второго генератора качающейся частоты, второй выход делителя с переменным коэффициентом деления соединен с выходом блока управления, выход третьего фазового детектора соединен со вторым входом второго генератора качающейся частоты.