Устройство для измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении группового времени запаздывания и для определения действительного значения сдвига фаз устройств с преобразованием частоты (смесителей). Устройство содержит испытуемый преобразователь частоты, гетеродин, генератор испытательных сигналов, опорный преобразователь частоты. Дополнительно в устройство введены управляемый фазовращатель, управляющее устройство, первый и второй фазовращатели, первый и второй синхронные детекторы, измеритель временных интервалов. Выход генератора испытательных сигналов одновременно соединен с первым входом опорного преобразователя частоты, с первым входом первого синхронного детектора и с первым входом управляемого фазовращателя. Второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства. Выход управляемого фазовращателя одновременно соединен с входом первого фазовращателя и первым входом испытуемого преобразователя частоты, выход которого соединен с входом второго фазовращателя. Второй вход испытуемого преобразователя частоты соединен одновременно с выходом гетеродина и со вторым входом опорного преобразователя частоты, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора. При этом выходы первого и второго фазовращателей соединены со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов соответственно. Выходы первого и второго синхронных детекторов соединены с первым и вторым входами измерителя временных интервалов соответственно. Технический результат заключается в расширении диапазона частот, на которых могут осуществлять измерения, и в повышении точности измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты с промежуточной частотой, лежащей в диапазоне СВЧ. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении группового времени запаздывания и для определения действительного значения сдвига фаз устройств с преобразованием частоты (смесителей).

Известно устройство для определения коэффициентов передачи преобразователей частоты, позволяющее определять действительные значения сдвигов фаз смесителей и их групповое время запаздывания (пат. США №5,937,006 МПК H04B 3/46). Устройство состоит из векторного анализатора цепей, синхронизированного с ним гетеродина, испытуемого преобразователя частоты и двух опорных преобразователей частоты. Работа устройства заключается в следующем: с помощью векторного анализатора цепей измеряют суммарный сдвиг фаз испытуемого и первого опорного преобразователей частоты, испытуемого и второго опорного преобразователей частоты, первого и второго опорного преобразователей частоты. Затем решают систему из трех уравнений и вычисляют действительное значение сдвига фаз испытуемого преобразователя частоты.

Однако описанное устройство предполагает выполнение большого количества переключений и переподсоединений как в трактах промежуточной частоты (ПЧ), так и в трактах СВЧ в ходе процесса измерений, что вносит существенные погрешности в измерения сдвигов фаз на сверхвысокой частоте, из-за неидентичности механических соединений в трактах.

Известно устройство, измеряющее групповое время запаздывания смесителей (пат. США №6 362 631 МПК G01R 27/28). Данное устройство состоит из векторного анализатора цепей, к порту которого присоединен вход радиочастоты (РЧ) испытуемого преобразователя частоты, к выходу ПЧ которого присоединена линия задержки с известными параметрами. Линия задержки нагружена на рассогласованную нагрузку с известным коэффициентом отражения. Ко второму входу испытуемого преобразователя частоты присоединен гетеродин.

Однако данное устройство не учитывает амплитудно-фазовую погрешность смесителя, потому что мощность, поступающая от анализатора цепей на вход смесителя, больше мощности, отраженной от нагрузки и вернувшейся обратно в смеситель, и поэтому, вследствие амплитудно-фазовой погрешности, время гетеродинного преобразования частоты из РЧ в ПЧ отличается от времени обратного преобразования из ПЧ в РЧ. По этой причине данное устройство обладает невысокой точностью измерений.

Известно устройство для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты (пат. РФ №2524049, МПК G01R 27/28, заявл. №2013106594/28(009774) от 14.02.2013). Устройство содержит испытуемый СВЧ-четырехполюсник, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя и связанной с ним согласованной нагрузки, СВЧ-гетеродина, первого, второго, третьего, четвертого направленных ответвителей, векторного вольтметра с выходным контактом, первого и второго портов, испытуемого СВЧ-смесителя, опорного СВЧ-смесителя, СВЧ-генератора. Кроме этого устройство содержит двухканальный супергетеродинный приемник, образованный испытуемым СВЧ-смесителем и опорным СВЧ-смесителем, а также смесителем фазовой автоподстройки частоты, фазовым детектором, первым и вторым смесителями промежуточной частоты, вторым, третьим, четвертым переключателями, генератором опорных частот, компаратором и компьютером.

В данном устройстве не используются переключения на СВЧ и в нем учитывается амплитудно-фазовая погрешность. Однако это устройство не позволяет с высокой точностью измерять параметры преобразователей частоты, у которых промежуточная частота лежит в диапазоне СВЧ, по причине наличия переключателей в трактах промежуточной частоты. По этой причине это устройство имеет узкий диапазон рабочих промежуточных частот.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для определения сдвига фаз четырехполюсника с преобразованием частоты (а.с. СССР №1475347, МПК G01R 27/28). Оно состоит из измерительного фазового моста, векторного вольтметра, испытуемого и опорного преобразователей частоты, генератора испытательных сигналов, гетеродина и переключателей. С помощью данного устройства измеряют сумму сдвигов фаз испытуемого и опорного преобразователей частоты при их последовательном включении, а затем измеряют разность сдвигов фаз испытуемого и опорного преобразователей частоты при их параллельном включении. В результате вычисляют действительное значение сдвига фаз испытуемого преобразователя частоты и его групповое время запаздывания.

Это устройство имеет ограниченные возможности, т.к. при измерении выполняют переключения в СВЧ-трактах и трактах ПЧ, что не позволяет с высокой точностью измерять параметры преобразователей частоты, в том числе и тех, у которых ПЧ лежит в диапазоне СВЧ. Поэтому данное устройство имеет ограниченный рабочий диапазон частот.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение диапазона частот, на которых могут осуществлять измерения, и повышение точности измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты с ПЧ, лежащей в диапазоне СВЧ за счет исключения переключений в трактах ПЧ в процессе измерения.

Для достижения технического результата предлагается устройство для измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты, содержащее испытуемый преобразователь частоты, опорный преобразователь частоты, гетеродин, генератор испытательных сигналов, в которое дополнительно введены: управляемый фазовращатель, управляющее устройство, первый и второй фазовращатели, первый и второй синхронные детекторы, измеритель временных интервалов.

Выход генератора испытательных сигналов одновременно соединен с первым входом опорного преобразователя частоты, с первым входом первого синхронного детектора и с первым входом управляемого фазовращателя, второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства, выход управляемого фазовращателя одновременно соединен с входом первого фазовращателя и первым входом испытуемого преобразователя частоты, выход которого соединен с входом второго фазовращателя, второй вход испытуемого преобразователя частоты соединен одновременно с выходом гетеродина и со вторым входом опорного преобразователя частоты, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора, выходы первого и второго фазовращателей соединены со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов соответственно, выходы первого и второго синхронных детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами измерителя временных интервалов.

Отличительными признаками предлагаемого устройства для измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты являются дополнительно введенные в него элементы, а именно: управляемый фазовращатель, управляющее устройство, первый и второй фазовращатели, первый и второй синхронные детекторы и измеритель временных интервалов; взаимное расположение элементов и связи между ними.

На фиг. представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты. Устройство содержит генератор испытательных сигналов 1, управляемый фазовращатель 2, управляющее устройство 3, гетеродин 4, первый фазовращатель 5, первый синхронный детектор 6, опорный преобразователь частоты 7, испытуемый преобразователь частоты 8, измеритель временных интервалов 9, второй фазовращатель 10, второй синхронный детектор 11.

Выход генератора испытательных сигналов 1 одновременно соединен с первым входом опорного преобразователя частоты 7, с первым входом первого синхронного детектора 6 и с первым входом управляемого фазовращателя 2, второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства 3. Выход управляемого фазовращателя 2 одновременно соединен с входом первого фазовращателя 5 и первым входом (входом радиочастоты) испытуемого преобразователя частоты 8, выход которого (выход промежуточной частоты) соединен с входом второго фазовращателя 10. Второй вход (гетеродинный) испытуемого преобразователя частоты 8 соединен одновременно с выходом гетеродина 4 и со вторым входом опорного преобразователя частоты 7, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора 11. Выход первого фазовращателя 5 и выход второго фазовращателя 10 соединены со вторым входом первого синхронного детектора 6 и вторым входом второго синхронного детектора 11 соответственно. Выход первого синхронного детектора 6 и выход второго синхронного детектора 11 соединены с первым и вторым входами измерителя временных интервалов 9 соответственно.

Устройство работает следующим образом. Сигнал радиочастоты fC от генератора испытательных сигналов 1 через управляемый фазовращатель 2 поступает на первый вход (вход радиочастоты) испытуемого преобразователя частоты 8, на второй (гетеродинный) вход которого поступает сигнал от гетеродина 4. Образованный в результате гетеродинного преобразования частоты сигнал промежуточной частоты fпч в преобразователе частоты 8 с его выхода, через второй фазовращатель 10, поступает на второй вход второго синхронного детектора 11. Во втором синхронном детекторе 11 сигнал промежуточной частоты fпч, поступающий на его второй вход, сравнивается по фазе со вспомогательным сигналом такой же промежуточной частоты fпч, поступающим на его первый вход, с выхода опорного преобразователя частоты 7. Этот вспомогательный сигнал промежуточной частоты образуется в опорном преобразователе частоты 7 в результате перемножения в нем сигнала радиочастоты fC, поступающего на его первый вход, от генератора сигналов 1, с сигналом гетеродина 4, поступающим на второй вход опорного преобразователя частоты 7 с выхода гетеродина 4. Сдвиг фаз, детектируемый вторым синхронным детектором 11 между сигналами, поступающими на его первый и второй входы, пропорционален амплитуде напряжения на выходе синхронного детектора 11. При совпадении фаз входных сигналов напряжение на выходе синхронного детектора 11 минимально, при сдвиге фаз между входными сигналами равном некоторой величине напряжение на выходе синхронного детектора 11 максимально. Сигнал с выхода второго синхронного детектора 11 поступает на второй вход измерителя временных интервалов 9. На первый вход измерителя временных интервалов 9 поступает сигнал с выхода первого синхронного детектора 6, который работает аналогично второму синхронному детектору 11. При этом в первом синхронном детекторе 6 сравниваются по фазе другие два сигнала одинаковой радиочастоты fC, один из которых поступает на его первый вход напрямую от генератора сигналов 1, а другой поступает на его второй вход через первый фазовращатель 5 от выхода управляемого фазовращателя 2, на первый вход которого сигнал поступает от генератора сигналов 1. На второй вход управляемого фазовращателя 2 поступает управляющий сигнал с выхода управляющего устройства 3. При выключенном управляющем устройстве 3 на втором входе управляемого фазовращателя 2 отсутствует управляющий импульс и управляемый фазовращатель 2 вносит в сигнал радиочастоты fC, проходящий через него от первого входа к выходу, некоторый минимальный сдвиг фаз, который после процесса калибровки принимается равным нулю. При включении управляющего устройства 3 с его выхода на второй вход управляемого фазовращателя 2 поступает управляющий импульс, и управляемый фазовращатель 2 вносит в сигнал радиочастоты fC, проходящий через него от первого входа к выходу сдвиг фаз, равный величине ϕ. Измеритель интервалов времени 9 контролирует уровни напряжения на своих входах. При изменении уровня напряжения на первом входе измерителя интервалов времени 9 последний начинает отсчет времени и продолжает его до тех пор, пока не изменится уровень напряжения на втором его входе.

Перед началом измерений выравнивают электрические длины трактов, то есть калибруют устройство для измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты следующим образом. Сначала запускают генератор испытательных сигналов 1 и гетеродин 4 и настраивают их на требуемые рабочие частоты и уровни выходной мощности, на которых предполагается проводить измерения, тем самым устанавливают рабочую точку испытуемого преобразователя частоты 8. Частоты и уровни мощности контролируют по встроенным в генератор испытательных сигналов 1 и гетеродин 4 частотомерам и измерителям уровня выходной мощности, которые являются их неотъемлемой частью. Управляющее устройство 3 отключают. С помощью регулировки первого фазовращателя 5 добиваются совпадения фазы сигнала радиочастоты fC, поступающего на второй вход первого синхронного детектора 6 от генератора испытательных сигналов 1 через управляемый фазовращатель 2 и первый фазовращатель 5, с фазой сигнала, поступающего на первый вход первого синхронного детектора 6 напрямую от генератора испытательных сигналов 1. Затем с помощью второго фазовращателя 10 добиваются совпадения фазы сигнала промежуточной частоты fпч, поступающего на второй вход второго синхронного детектора 11, с выхода испытуемого преобразователя частоты 8 через фазовращатель 10, с фазой сигнала промежуточной частоты fпч, поступающего на первый вход второго синхронного детектора 11 с выхода опорного преобразователя частоты 7. Совпадение фаз контролируют по минимальному уровню напряжения на выходах первого синхронного детектора 6 и второго синхронного детектора 11 внешним вольтметром (на схеме не показан). Измеритель временных интервалов 9 устанавливают на нулевое значение времени.

После калибровки измерение группового времени запаздывания испытуемого преобразователя частоты 8 проводят следующим образом. Запускают управляющее устройство 3. Управляющий импульс поступает на второй вход управляемого фазовращателя 2, что приводит к сдвигу фаз сигнала радиочастоты fC, проходящего через управляемый фазовращатель 2, на величину ϕ. Это приводит к сдвигу фазы сигнала радиочастоты fC, поступающего на второй вход первого синхронного детектора 6 от выхода управляемого фазовращателя 2 через первый фазовращатель 5, также на величину ϕ, и к изменению амплитуды напряжения на выходе первого синхронного детектора 6 и связанным с ним первом входе измерителя временных интервалов 9. Измеритель временных интервалов 9 начинает отсчет времени от момента изменения сигнала на его первом входе. Одновременно с этим на величину ϕ сдвигается и сигнал, поступающий на первый вход (вход радиочастоты) испытуемого преобразователя частоты 8. Это приводит к изменению фазы сигнала промежуточной частоты fпч на выходе испытуемого преобразователя частоты 8 также на некоторую величину. Т.к. выход испытуемого преобразователя частоты 8 через второй фазовращатель 10 соединен со вторым входом второго синхронного детектора 11, то последний зафиксирует это изменение фазы сигнала промежуточной частоты fпч по отношению к неизменной фазе вспомогательного сигнала промежуточной частоты fпч, поступающего от выхода опорного преобразователя частоты 7 во второй синхронный детектор 11 через его первый вход. Это приведет к изменению напряжения на выходе второго синхронного детектора 11, и на втором входе измерителя временных интервалов 9, что приведет к остановке отсчета времени. Таким образом, в измерителе временных интервалов 9 получают значение группового времени τгвз запаздывания испытуемого преобразователя частоты 8 на частоте fC.

Полученное значение τгвз может быть преобразовано в сдвиг фаз, вносимый во входной сигнал радиочастоты fC, при его гетеродинном преобразовании в сигнал промежуточной частоты fпч в испытуемом преобразователе частоты 9, определяемый по формуле ϕабсгвз·2πfС.

Предлагаемое техническое решение позволяет расширить диапазон частот, на которых могут осуществлять измерения, и повысить точность измерений группового времени запаздывания преобразователей частоты за счет исключения переключений в трактах промежуточной частоты в процессе измерений.

Устройство для измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты, состоящее из испытуемого преобразователя частоты, гетеродина, генератора испытательных сигналов, опорного преобразователя частоты, отличающееся тем, что в него дополнительно введены управляемый фазовращатель, управляющее устройство, первый и второй фазовращатели, первый и второй синхронные детекторы, измеритель временных интервалов, выход генератора испытательных сигналов одновременно соединен с первым входом опорного преобразователя частоты, с первым входом первого синхронного детектора и с первым входом управляемого фазовращателя, второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства, выход управляемого фазовращателя одновременно соединен с входом первого фазовращателя и первым входом испытуемого преобразователя частоты, выход которого соединен с входом второго фазовращателя, второй вход испытуемого преобразователя частоты соединен одновременно с выходом гетеродина и со вторым входом опорного преобразователя частоты, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора, при этом выходы первого и второго фазовращателей соединены со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов соответственно, выходы первого и второго синхронных детекторов соединены с первым и вторым входами измерителя временных интервалов соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.).

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты (СВЧ-смесителей).

Измеритель фазоамплитудных характеристик преобразователя частоты предназначен для определения фазовой погрешности преобразователей частоты, предназначенных для работы в широком динамическом диапазоне входных сигналов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения метрологических характеристик СВЧ-устройств. Способ заключается в том, что в устройстве для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, состоящем из двухчастотного источника первого и второго когерентных испытательных сигналов СВЧ и двухканального супергетеродинного приемника, включающего два входных полупроводниковых СВЧ-смесителя и индикатор отношений уровней сигналов, в первом и втором его каналах измеряют сумму и разность фазовых сдвигов двух полупроводниковых СВЧ-смесителей, включенных на входах двухканального супергетеродинного приемника.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Сущность изобретения: в устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, содержащее двухчастотный синтезатор когерентных первого и второго испытательных СВЧ сигналов, испытуемый четырехполюсник СВЧ, двухканальный супергетеродинный приемник, имеющий первый и второй СВЧ смесители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, управляющий компьютер, индикатор отношений, первый дискретно регулируемый операционный усилитель, состоящий из первого усилителя, первого переменного и первого постоянного резисторов, второго дискретно регулируемого операционного усилителя, состоящего из второго усилителя и второго переменного и второго постоянного резисторов, дополнительного генератора, переменного аттенюатора, равноплечного делителя, вольтметра, блока управления и шести переключателей, дополнительно ввести первый и второй ампервольтметры, вычислитель и четыре переключателя.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при аттестации и контроле собственных S-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ.

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров усилителей при их производстве.

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров усилителей при их производстве.

Изобретение относится к способам определения передаточных функций линейных радиоэлектронных систем. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле амплитудно-частотных характеристик различных радиотехнических блоков. Измеритель содержит генератор качающейся частоты (ГКЧ) 1, измеряемый объект (ИО) 2, амплитудный детектор (АД) 3, делитель (Дл) 4, формирователь опорного сигнала (ФОС) 5, индикатор (ИД) 6, преобразователь частоты в напряжение (ПЧН) 7, первый дифференциатор (ДФ) 8, компаратор (КП) 9, согласующий блок (СБ) 10, масштабный усилитель (МУ) 14, амплитудный селектор (АС) 15, первый временной селектор (ВС) 16, первый декадный счетчик (ДС) 17, второй дешифратор (ДШ) 18. Формирователь опорного сигнала (ФОС) 5 содержит преобразователь частоты в код (ПЧК) 11, первый дешифратор (ДШ) 12, блок хранения и выборки (БХВ) 13. В измеритель дополнительно введены второй дифференциатор (ДФ) 19, первый триггер (Тр) 20, инвертор (ИВ) 21, генератор счетных импульсов (ГСИ) 22, второй триггер (Тр) 23, второй временной селектор (ВС) 24, схема совпадения (СС) 25, генератор нониусных импульсов (ГНИ) 26, второй декадный счетчик (ДС) 27, третий дешифратор (ДШ) 28. Технический результат заключается в повышении точности цифрового измерения полосы пропускания амплитудно-частотных характеристик. 4 ил.
Наверх