Способ определения угла сдвига фаз свч-устройства с преобразованием частоты

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при определении комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, например, СВЧ-смесителей. Выходной сигнал промежуточной частоты исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты преобразуют в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты. Измеряют с помощью векторного анализатора цепей суммарный угол сдвига фаз исследуемого и опорного СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Измеряют разность угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. После этого измеряют разность угла сдвига фаз опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. Искомое значение угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты определяют по формуле: . 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при определении комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, например, СВЧ-смесителей.

Известно, что для описания электрических характеристик СВЧ-устройств была разработана система S-параметров в виде матрицы рассеяния, которая получила чрезвычайно широкое распространение. S-параметры матрицы рассеяния в зависимости от их индексов представляют собой либо коэффициенты передачи, либо коэффициенты отражения СВЧ-устройства. При этом, коэффициенты передачи и отражения являются величинами комплексными, требующими для своего полного описания знания их модуля и аргумента. Однако согласно Каталогу «Изделия промышленности средств связи», серия «Радиоизмерительные приборы». -М. ЦООНТИ «ЭКОС» - 1989. - С. 65-68 и по ГОСТу 15094-86 «Средства измерений электронные. Наименования и обозначения» при описании характеристик радиоизмерительных приборов, относящихся к группе Р4 и предназначенных для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения, вместо термина «аргумент» используют термин «фаза». Следует отметить, что при определении комплексного коэффициента передачи СВЧ-устройства, наиболее технически сложной задачей является как раз измерение фазы этого коэффициента. В большинстве случаев, если решена задача измерения фазы комплексного коэффициента передачи, то измерение его модуля не представляет технических сложностей.

Поэтому, учитывая вышеизложенное, далее под словосочетанием «угол сдвига фаз СВЧ-устройства» будем понимать фазу комплексного коэффициента передачи этого СВЧ-устройства, то есть фазовый сдвиг, который СВЧ-устройство вносит в проходящий через него сигнал.

Известен способ определения коэффициентов передачи четырехполюсников с преобразованием частоты (а.с.1596278, МПК G01R 27/28). Этот способ основан на том, что при помощи измерительного фазового моста измеряют в логарифмическом масштабе суммарный коэффициент передачи испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты соединенных последовательно, а затем, также при помощи измерительного фазового моста, измеряют в логарифмическом масштабе разностный коэффициент передачи испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты, соединенных параллельно. После этого по формуле определяют коэффициент передачи испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты. При этом необходимо уточнить, что в данном способе под термином «коэффициент передачи» на самом деле подразумевается модуль комплексного коэффициента передачи испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты. Но при этом такой способ позволяет определить и угол сдвига фаз испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты.

Однако погрешность измерения угла сдвига фаз четырехполюсника с преобразованием частоты в этом способе увеличивается с ростом частоты входного сигнала испытуемого четырехполюсника за счет нестабильности контактных СВЧ-соединений. Такой способ достаточно сложен в технической реализации и слабо поддается автоматизации, поскольку для этого требуется применение электромеханических СВЧ-переключателей, но при этом нестабильность фазового сдвига их контактов выше, чем у обычного СВЧ-соединения, и за счет этого увеличивается погрешность измерений.

Известен способ определения характеристик устройств с преобразованием частоты (пат. США 6690722, МПК Н04В 17/00). В этом способе на вход испытуемого устройства с преобразованием частоты подают входной сигнал исходной частоты, который в нем преобразуют в сигнал промежуточной частоты. Затем сигнал промежуточной частоты с выхода испытуемого устройства с преобразованием частоты подают на рассогласованный двухполюсник. Отраженный от рассогласованного двухполюсника сигнал промежуточной частоты подают обратно на испытуемое устройство с преобразованием частоты, в котором он преобразуется обратно в отраженный сигнал исходной частоты. Сравнивая два сигнала исходной частоты, входной и отраженный, судят о значении угла сдвига фаз испытуемого устройства с преобразованием частоты.

Способ имеет высокую амплитудно-фазовую погрешность, обусловленную различными уровнями падающего и отраженного сигналов, которая сравнима с погрешностью переключений в способе по а.с. 1596278. Кроме этого, данный способ имеет ограниченные возможности, поскольку в нем изначально предполагается, что испытуемое устройство с преобразованием частоты является взаимным. Поэтому такой способ не позволяет измерять параметры смесителей и преобразователей частоты со встроенными дополнительными устройствами, такими как усилители, циркуляторы, потому что такие устройства не обладают свойством взаимности.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения коэффициентов передачи преобразователей частоты (пат. 2029966, МПК G01R 27/28), заключающейся в преобразовании выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого преобразователя в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного первого опорного преобразователя частоты и измерении с помощью векторного анализатора СВЧ-цепей модуля и фазы суммарного коэффициента передачи исследуемого и первого опорного преобразователей частоты. Кроме того, измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи исследуемого и второго опорного преобразователя частоты, включаемого вместо первого опорного преобразователя частоты. Затем измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи первого опорного преобразователя частоты, включаемого в прямом направлении, и второго опорного преобразователя частоты, включаемого в обратном направлении. После этого вычисляют модуль и фазу коэффициентов передачи исследуемого преобразователя частоты, первого опорного преобразователя и второго опорного преобразователя, т.е. такой способ также позволяет определить абсолютное значение угла сдвига фаз СВЧ-устройства с преобразованием частоты.

Способ имеет большую погрешность измерения угла сдвига фаз за счет нестабильности контактных СВЧ-соединений, поскольку даже если промежуточная частота не лежит в диапазоне СВЧ, такой способ содержит минимум четыре цикла соединения-разъединения на СВЧ.

Техническим результатом предлагаемого способа определения угла сдвига фаз СВЧ-устройства с преобразованием частоты является увеличение точности определения сдвига фаз.

Для достижения технического результата предлагается способ, включающий преобразование выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты и измерении с помощью векторного анализатора цепей суммарного угла сдвига Σϕ фаз исследуемого и опорного СВЧ-устройств с преобразованием частоты. В предлагаемом способе дополнительно измеряют разность Δ1ϕ угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. Затем измеряют разность Δ2ϕ угла сдвига фаз опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. После этого значение угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты определяют по формуле:

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что вместо трех измерений с помощью векторного анализатора цепей суммарных углов фазового сдвига, исследуемого и опорных СВЧ-устройств с преобразованием частоты, которые требуют выполнения разъединений и соединений в СВЧ-трактах, в предлагаемом способе нет необходимости отсоединять исследуемое и опорное СВЧ-устройство с преобразованием частоты от измерительных портов векторного анализатора цепей.

За счет использования предлагаемого способа появляется возможность перенести все переключения, необходимые для реализации совокупных измерений, в низкочастотные цепи промежуточной частоты, где рассогласование трактов на соединениях незначительно. В результате этого исключается погрешность определения значения угла сдвига фаз, возникающая из-за нестабильности контактных СВЧ-соединений.

На чертежеизображена схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.

Устройство состоит из векторного анализатора цепей (ВАЦ) 1 с измерительными портами 2 и 3, гетеродина 4, исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5, опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6, первого 7, второго 8, третьего 9 переключателей, измерителя разности фаз 10, генератора опорных сигналов 11.

Измерительный порт 2 ВАЦ 1 связан с портом RF (англ. Radio Frequency - радиочастота) исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5, порт LO (англ. Local Oscillator - гетеродин) которого связан с гетеродином 4 и портом LO опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6, порт RF которого связан с измерительным портом 3 ВАЦ 1. Порт IF (англ. Intermediate Frequency - промежуточная частота) исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5 связан с подвижным контактом первого переключателя 7, первый неподвижный контакт которого связан с первым неподвижным контактом второго переключателя 8, подвижный контакт которого связан с портом IF опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6. Второй неподвижный контакт первого переключателя 7 связан с первым неподвижным контактом третьего переключателя 9, второй неподвижный контакт которого связан со вторым неподвижным контактом второго переключателя 8. Подвижный контакт третьего переключателя 9 связан с первым входом измерителя разности фаз 10, второй вход которого связан с генератором опорных частот 11. ВАЦ 1, гетеродин 4 и генератор опорных частот 11 синхронизированы между собой.

Первым положением переключателя будем считать такое положение, в котором подвижный контакт переключателя соединен с первым неподвижным контактом переключателя. Аналогично вторым положением переключателя будем считать такое положение, в котором подвижный контакт переключателя соединен со вторым неподвижным контактом переключателя.

Устройство работает следующим образом. Сначала переключатели 7 и 8 переводят в первое положение. Измеряют с помощью ВАЦ 1 суммарный угол сдвига фаз Σϕ исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5 и опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6. Для этого зондирующий СВЧ-сигнал с частотой ƒ1 через измерительный порт 2 ВАЦ 1 подают на порт RF исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5. Этот зондирующий сигнал с частотой ƒ1 в исследуемом СВЧ-устройстве с преобразованием частоты 5 с помощью сигнала с частотой ƒ2, поступающего от гетеродина 4 через порт LO, преобразуется в низкочастотный сигнал промежуточной частоты ƒ312. Сигнал промежуточной частоты ƒ3 с порта IF исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5 через переключатели 7 и 8 подается на порт IF опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6. Этот сигнал промежуточной частоты ƒ3 в опорном СВЧ-устройстве с преобразованием частоты 6, с помощью сигнала с частотой ƒ2, поступающего от гетеродина 4 через порт LO, преобразуется обратно в зондирующий СВЧ-сигнал с частотой ƒ1, который поступает в ВАЦ 1 через измерительный порт 3. Благодаря обратному преобразованию частоты сигнала ƒ3 в опорном СВЧ-устройстве с преобразованием частоты 6 в частоту исходного сигнала ƒ1 два последовательно соединенных между собой СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5 и 6 воспринимаются ВАЦ 1 как обычный четырехполюсник без преобразования частоты. В результате ВАЦ 1 сравнивает по фазе сигналы на своих измерительных портах 2 и 3 и таким образом измеряет суммарный угол сдвига фаз Σϕ исследуемого 5 и опорного 6 СВЧ-устройств с преобразованием частоты в виде: Σϕ=ϕu0. Затем переключатель 7 переводят во второе положение, а переключатель 9 в первое положение. Зондирующий СВЧ-сигнал с частотой ƒ1 через измерительный порт 2 ВАЦ 1 подают на порт RF исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5. Этот зондирующий сигнал с частотой ƒ1 в исследуемом СВЧ-устройстве с преобразованием частоты 5 с помощью сигнала с частотой ƒ2, поступающего от гетеродина 4 через порт LO, преобразуют в низкочастотный сигнал промежуточной частоты ƒ312. Сигнал промежуточной частоты ƒ3 с порта IF исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5 через переключатели 7 и 9 поступает на первый вход измерителя разности фаз 10, где сравнивается с таким же по частоте ƒ3 когерентным опорным сигналом, поступающим от генератора опорных сигналов 11. Таким образом измеритель разности фаз 10 определяет разность Δ1ϕ угла сдвига фаз ϕu исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты 5 и фазы ϕс когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов 11 в виде: Δ1ϕ=ϕuс. После этого переключатели 8 и 9 переводят во второе положение. Зондирующий СВЧ-сигнал с частотой ƒ1 через измерительный порт 3 ВАЦ 1 подают на порт RF опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6. Этот зондирующий СВЧ-сигнал с частотой ƒ1 в опорном СВЧ-устройстве с преобразованием частоты 6, с помощью сигнала с частотой ƒ2, поступающего от гетеродина 4 через порт LO, преобразуется в низкочастотный сигнал промежуточной частоты ƒ312. Сигнал промежуточной частоты ƒ3 с порта IF опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6 через переключатели 8 и 9 поступает на первый вход измерителя разности фаз 10, где сравнивается с таким же по частоте ƒ3 когерентным опорным сигналом, поступающим от генератора опорных сигналов 11. Таким образом измеритель разности фаз 10 определяет разность Δ2ϕ угла сдвига фаз ϕo опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты 6 и фазы ϕс когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов 11 в виде: Δ2ϕ=ϕoс.В результате выполненных измерений получают систему из трех уравнений:

из которой значение ϕu угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты находят по формуле:

Наличие постоянной связи между портами RF исследуемого 5 и опорного 6 СВЧ-устройств с преобразованием частоты и измерительными портами 2 и 3 ВАЦ 1 исключает погрешность рассогласования, вызванную нестабильностью СВЧ-соединений в трактах. Все переключения и соединения, необходимые для реализации измерений суммарных и разностных углов сдвига фаз, выполняют с помощью переключателей 7, 8, 9 в низкочастотном диапазоне, где фазовая погрешность за счет рассогласований на контактах переключателей пренебрежимо мала. За счет этого увеличивается точность определения угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты.

Способ определения угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты, включающий преобразование выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты и измерение с помощью векторного анализатора цепей суммарного утла сдвига фаз исследуемого и опорного СВЧ-устройств с преобразованием частоты, отличающийся тем, что дополнительно измеряют разность угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов, а затем измеряют разность угла сдвига фаз опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов, после чего значение угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты определяют по формуле:

.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях объектов транспорта.

Изобретение относится к области измерительной техники. Предложен способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов (РПМ), включающий облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов, соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров и, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N=2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле , где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V/{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного контроля различных физических величин посредством резистивных датчиков, например терморезисторов.

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и может быть использовано в химической и других родственных с ней отраслях промышленности для определения удельной электропроводности ионпроводящих материалов, в том числе полимерных пленок и тканей.

Использование: для определения относительной комплексной диэлектрической проницаемости материалов с потерями. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью СВЧ рефлектометра измеряют зависимость коэффициента отражения Френеля плоского образца материала от угла падения в пределах от 40 до 90°, когда электрическое поле волны параллельно плоскости падения, после чего по графику зависимости коэффициента отражения Френеля от угла падения определяют угол Брюстера θв, а относительную комплексную диэлектрическую проницаемость ε образца материала или участка поверхности земли рассчитывают по формуле ε=(tgθв)2.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования изменения сопротивления резистивного первичного преобразователя температуры или деформации в напряжение и преобразования термо-ЭДС.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ определения составляющих импеданса биологического объекта состоит в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, при этом определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а именно - предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли».

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к строительству воздушных линий электропередачи и заземляющих устройств. Для проектирования и строительства линий электропередачи проводятся изыскательские работы, при этом исследуется местность, определяются характеристики грунта, в том числе электрическое сопротивление земли.

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, а также диэлектрической и магнитной проницаемостей тонких пленок и наноматериалов. Устройство состоит из генератора 1, выход которого подключен к входу излучателя электромагнитного сигнала 2, соединенного с разветвителем 3, первый выход которого соединен со входом опорного приемника 4, подключенного ко входу измерителя параметров сигнала 5, а второй выход разветвителя соединен со входом введенного дополнительного разветвителя 6, первый выход которого подключен через объект контроля 7 ко входу первого приемника сигнала 8, подключенного к измерителю параметров сигналов 5, а второй выход дополнительного разветвителя соединен с входом второго приемника 9 через образец эталонного материала с известными электромагнитными параметрами 10 и соединен с входом измерителя параметров сигнала 5, выход которого соединен с входами устройства обработки 11 и устройства управления 12, которое в свою очередь подключено ко входу генератора 1. Техническим результатом при реализации заявленного устройства является уменьшение погрешности измерения при исследовании тонких пленок, имеющих малый коэффициент отражения при сохранении возможности комплексных измерений одновременно трех электромагнитных параметров контролируемого материала. 1 ил.

Группа изобретений относится к системам и способам анализа стабильности систем электропитания. Имитация системы (100) электропитания, включающей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111), выполняется для получения данных (328) импеданса, причем данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания. Профиль (401) стабильности системы (100) электропитания определяется как функция данных (328) импеданса, причем профиль (401) стабильности идентифицирует элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111) для управления генерированием электроэнергии в электрической системе (100) с целью оптимизации стабильности системы (100) электропитания. Обеспечивается стабильность системы электропитания на борту летательного аппарата. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца. Технический результат заключается в обеспечении объединения идентификации отпечатка пальца и сенсорной кнопки, в увеличении конструктивной прочности защитного стекла и повышении удобства для пользователя. Устройство содержит датчик для идентификации отпечатка пальца, расположенный под защитным стеклом терминального устройства; схему для идентификации отпечатка пальца, соединенную с датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостный датчик касания, расположенный под датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостную сенсорную схему, соединенную с емкостным датчиком касания; и переключатель, используемый для включения или отключения датчика для идентификации отпечатка пальца и схемы для идентификации отпечатка пальца, а также для включения или отключения емкостного датчика касания и емкостной сенсорной схемы. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для достоверного определения компонентного состава и концентраций примесей в жидких диэлектриках, применяемых в системе нефтепродуктообеспечения, медицине и научных исследованиях. Способ измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях содержит этапы, на которых после заполнения межэлектродного пространства измерительного датчика исследуемой жидкостью на его электроды подают переменное напряжение переменной частоты в диапазоне от 10 Гц до 1 мГц и измеряют его спектральную характеристику. Для этого определяют электрическую емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости при шаговом изменении частоты. Шаг изменения частот определяется в зависимости от частотного диапазона. Определяют рабочую частоту, для чего измеряют базовую частоту сигнала преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, эталонную частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором и частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком. На основании измеренных частот определяют емкость датчика в исследуемой жидкости. Технический результат – уменьшение времени и повышение точности определения диэлектрических параметров в измеряемой среде, упрощение аппаратурной составляющей. 1 з.п. ф-лы.
Наверх