Измеритель фазочастотных характери-стик четырехполюсников свч

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ -836603

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических, Республик т (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 150179 (21) 2713704/18-21 с присоединением звявкм HP (23) Приоритет

Опубликовано 0706.81. бюллетень Н9 21

Дата опубликовани опмсания 0706.81 (Р) К 3

G 01 и 27/28

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 821. З17. .77(088.8) (72) Автор изобретения

И. Г. Кашапов (71) Заявитель (54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

RETNIPEXIIOJII0CHHKOB СВЧ

Изобретение относится к технике измерений фаэочастотных характеристик (ФЧХ) четырехполюсников СВЧ.

Известно устройство для наблюдения ФЧХ на экране осциллографа, содержащее осциллограф, фазовый детектор, генератор линейно-частотных колебаний, устройство выделения нуль-переходов, линию задержки и генератор линейно-нарастающего напряжения (1).

Недостатком его является ограниченный частичный диапазон измерений ФЧХ и низкая точность измерений, обусловленные отсутствием технических 15 средств для исключения неидентичности каналов фазового детектора.

Известно также устройство для автоматического измерения ФЧХ, которое содержит фазовую систему синхрониза- 20 ции частоты стабильного генератора, два смесителя, делители мощности и осциллографический индикатор j2).

Низкая помехоустойчивость этого устройства обусловлена неустойчивостью фазовой системы синхронизации частоты при больших расстройках. целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение точности измерений. 30

Достигается это тем, что в измерителе, содержащем два делителя мощности, стабильный генератор, два смесителя, фазочувствнтельный элемент, управляемый фазовращатель и осциллографический индикатор, введены волномер, усилитель, третий делитель мощности, третий и четвертый смесители, два усилителя промежуточной частоты, двухканальный коммутатор, линия задержки, ограничитель, два формирующих элемента, делитель частоты, сумматор, синхронизатор, однопозиционный переключатель и элемент памяти, при этом вход первого иэ упомя= нутых делителей мощности соединен с одним из входов измерителя, а первый выход названного делителя мощности через Последовательно соединенные волномер и усилитель подключен к.уп- равляющему входу синхронизатора, к входу "Х" осциллографического индикатора и к входу первого формирующего элемента, а второй выход первого делителя мощности соединен с одним из подвижных контактов двухканального коммутатора, второй подвижный контакт которого соединен с одним из выходов второго из упомянутых делителей мощности, входом соединенного с

836603 вторым входом измерителя, а вторым выходом соединенным через линию задержки с входом третьего делителя мощности, первый выход которого соединен с одним из входов третьего смесителя, второй вход которого подключен к первому и четвертому непо" движным контактам двухканального коммутатора, а второй выход третьего делителя мощности соединен с одним иэ входов четвертого смесителя, второй вход которого подключен к второму. и третьему неподвижным контактам двухканального коммутатора, управляющий вход которого соединен с одним из выходов первого формирующего элемента, второй выход которого соединен с управляющим .входом однопозиционного переключателя, первый неподвижный контакт которого через один из входов элемента памяти соединен с входом синхронизатора, выход которого подключен к второму входу элемента памяти, второй выход которого подключен к одному из входов сумматора, второй вход которого подключен к входу "Y" oñöèëëoãðàôè÷åñêîão индикатора и ковторому неподвижному контакту однопозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом фазочувствительного элемента, первый вход которого подключен к выходу управляемого фазовращателя, управляющим входом, соединенным с выходом сумматора, а второй вход фазочувствительного элемента подключен к выходу первого из упомянутых смесителей, первый вход которого через первый усилитель промежуточной частоты подключен к выходу третьего смесителя, а второй вход смесителя соединен с выходом второго из упомянутых смесителей, первый вход которого соединен с выходом стабильного генератора и с входом управляемого фазовращателя, а второй вход второго смесителя через второй усилитель промежуточной частоты подключен к выходу четвертого смесителя и через последовательно соединенные ограничитель, второй формирующий элемент и делитель частоты подключен к входу ."Z" яркостной модуляции осциллографического индикатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные д>рграммы работы устройства.

Устройство содержит делители мощности 1 и 2, двухканальный коммутатор 3, смесйтели 4 и 5, усилители промежуточной частоты (УПЧ) б и 7, смесители 8 и 9, стабильный генератор 10, фазоизмерительный элемент

11, управляемый фазовращатель 12, однопозиционный переключатель 13, осциллографический индикатор 14, элемент памяти 15, синхронизатор 16, сумматор 17, волномер 18, усилитель

19, первый формирующий элемент 20, линия задержки 21, третий делитель мощности 22, ограничитель 23, второй формирующий элемент 24, делитель частоты 25 и входы 26 и 27 измерителя, Устройство работает следующим образом.

Входы 26 и 27 измерителя подключаются к выходу исследуемого четырехполюсника и к выходу опорного генератора с линейночастотной модуляцией (ЛЧМ) по несимметричному пилообразному закону (на фиг. 1 не показаны).

Сигналы через делители мощности

1 и 2 и через двухканальный коммутатор 3 поступают на входы смесителей

t5 4 и 5, к которым в качестве сигнала гетеродина подается сигнал, снимаемый с делителя мощности 22, задержанный по времени линией задержки 21.

В результате смешивания сигнала ЛЧМ, 2р задержанных по времени относительно друг друга, на выходе смесителей

4 и 5 возникают сигналы биений с частотами

ЕбЧ =. rt 3 (1)

25 Е(у = фт-tg) (2) где Е „, Fg - значения частот биений; й, — время задержки сигналов;

) — скорость изменения

30 частоты;

Т - длительность ЛЧМ сигналов.

Е y) Е,у

Сигналы биений поступают на входы

УПЧ 7 и б, полоса пропускания которых выбрана таким образом, что они усиливают только сигналы биений с частотой Ед, которые имеют форму, приведенную на фиг. 2 в,r.

Из выражения (1) очевидно, что мо40 гут возникать нестабильности частоты Fg< за счет непостоянства скорости изменения частоты входных сигналов и времени задержки. Поэтому для компенсации нестабильности частоты

45 Fd, в Устройство введены стабильный генератор 10 и смесители 8 и 9, с помощью которых фаза исследуемых сигналов переносится на сигнал стабильного генератора. Для этого сигналы с выхода УПЧ б и 7 поступают соответственно на смесители 8 и 9.

На выходе смесителя 8 выделяется ,сигнал с разностной частотой. Анали тическое выражение сигнала на выходе смесителя 8 имеет вид

Uppp (t ) Одра co s ((fp FZ ) Й+Ч-(Qrz) (3) где U„ - амплитуда сигнала на выходе смесителя 8; — частота колебаний генератора;

40 У вЂ” фаза, вносимая опорным каналом; — фаза, вносимая линией задержки.

Этот сигнал поступает на смеситель 9, 65 на выходе которого выделяется сиг836603 нал с суммарной частотой, аналитическое выражение которого

UEEp< (t)=u»4 cos (ГГ E:+g>+g 4>)т (4) где UEEp 4 — амплитуда выходного сигнала;

М1 — фаза, вносимая измерительным каналом; измерительное значение фазы.

Сигналы с выходов смесителя 9 и стабильного генератора 10 поступают на фаэоизмерительный элемент 11, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный разности фаз входных сигналов, поступающий на переключатель 13. Коммутатор 3 и переключатель 13 управляются импульсами, сни- 15 маемыми с формирующего элемента 20, на вход которого поступают импульсы с волномера 18, подключенного к делителю мощности (на -фиг. 2 д,е), Измерения ФЧХ производятся в два цикла.

Первый цикл, когда переключатель 13, коммутатор 3 находя-.ñÿ в положении I, При этом сигнал опорного канала поступает на смеситель 5, а сигнал измерительного канала на смеситель 4, и с выхода фазоизмерительного элемента снимается сигнал, пропорциональный значению разности фаз %

4 И 4 Д, 30

Этот сигнал записывается в элемент памяти 15. Элемент памяти 15 и синхронизатор 16 предназначены для запоминания сигнала и выдачи его npu очередном цикле измерения, когда переключатель 13 и коммутатор 3 находятся в положении Il, на сумматор

17, на второй вход которого поступает в этот момент времени сигнал с фазоизмерительного элемента 11, про- 40 порциональный значению разности фаз9 — + — kn, (12)

1 о где k — коэффициент деления делителя частоты.

45 Для того, чтобы получить частотные метки, сигнал с выхода УПЧ 6 подается на последовательно соединенные ограничитель 23, формирователь

24, делитель 25, с которого сигнал поступает на индикатор, представляющий собой осциллографическое устройство, развертка которого запускается и срывается импульсами с волномера

18. На индикатор исследуемый сигнал поступает с переключателя 13,-когда он находится в положении II. Резуль-. тат измерений высвечивается в виде графика с частотныьж метками. Диапазон измеряемых частот составляет от 3 до 60 Ггц.

Формула изобретения "И . - . (6)

При этом на выходе сумматора появится сигнал, пропорциональный значению разности фаз Р . р,= г(р„ - V<). (7)

Этот сигнал в виде сигнала ошибки поступает на управляемый фазовращатель 12,который изменяет фазу колебаний высокостабильного генератора до тех пор, пока на выходе сумматора сигнал ошибки не будет равен нулю, тем самым компенсируя ошибку изме рений из-за неидентичности каналов.

Для обеспечения синхронной выдачи, записанную информацию íà сумматор, в предлагаемое устройство введен синхронизатор.Он представляет собой временной дискриминатор, который управляет элементом памяти путем временного сонмещения записанных импульсов волномера 18 с поступающим

;на его вход при очередном цикле измерения,обеспечивая тем самым синхрон! ную с входным сигналом. сумматора выдачу записанной информации.

Для понышения точности измерений и удобства отсчета показаний, устройство снабжено схемой формирования частотных меток, содержащий ограничитель, формирующий элемент 24 и делитель частоты 25. Если в выражение (1) подставить значения дт и 1д =!/тд, (8) где дf — величина девиацйи частоты;

Тд4 — период частот биений, то получим ДХ = Т/4y Tgq (9) Из этого выражения очевидно то, что если отрезок нремени, равный длительности ЛЧМ сигнала, разделить с дискретностью, равной Т,Г„, то количество дис:.ретов будет определять величину дениации частоты, а их номер — его текущее значение. При этом из выражения (8) очевидно .то, что величина каждого дискрета будет ранна изме«ению частоты на величину

Аискр (1 О)

При этом отсчет значения частоты производится по формуле

f =Г + 0, (11) где f — значение частоты входных сигналов;

fo — начальная частота девиации; и — номер импульса на индикаторе.

При больших значениях скорости изменения частоты входных сигналов величина Ед может быть достаточно высокой, поэтому в предлагаемом устройстве для обеспечения удобства снятия показаний предусмотрен делитель частоты (25).Е3 этом случае отсчет значения частоты произнодится по формуле:

Измеритель фазочастотных характе" ристик четырехполюсников СВЧ, содер83бб03 жащий два делителя мощности, стабильный генератор, два смесителя, фазочувствительный элемент, управляемый фазовращатель и осциллографический индикатор, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения точности измерений, в него введены волномер, усилитель, третий делитель мощности, третий и четвертый смесители, два усилителя промежуточной частоты, двухканальный коммутатор, линия задержки, ограничитель, два формирующих элемента, делитель частоты, сумматор, синхронизатор, однопозиционный переключатель и элемент памяти, при этом вход первого из 15 упомянутых делителей мощности соединен с одним из входов измерителя, ai первый выход названного делителя мощности через последовательно соединенные волномер и усилитель подклю- 2{» чен к управляющему входу синхронизатора, к входу "Х" осциллографичес-. кого индикатора и к входу, первого формирующего элемента, а второй выход первого делителя мощности соединен ж одним из подвижных контактов двухканального коммутатора, второй подвижный контакт которого соединен с одним из выходов второго из упомянутых делителей мощности, входом соединенного с вторым входом измерителя, а вторым выходом,соединенным через линию задержки с входом третьего делителя мощности, первый выход которого соединен с .одним из входов третьего смесителя, второй вход которо 35 го подключен к первому и четвертому неподвижным контактам двухканального коммутатора, а второй выход третьего делителя мощности соединен с одним из входов четвертого смесителя, вто- 4Q рой вход которого подключен к второму и третьему. неподвижным контактам двухканального коммутатора, управляющий вход которого соединен с одним из выходов первого формирующего элемента, второй выход которого соединен с управляющим входом однопозиционного переключателя, первый неподвижный контакт которого через один из входов элемента памяти соединен с входом синхронизатора, выход которого подключен к второму входу элемента памяти, второй выход которого подключен к одному иэ входов сумматора, второй вход которого подключен к входу "Y" осциллографического индикатора и к второму неподвижному контакту однопозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом фазочувствительного элемента, первый вход которого подключен к выходу управляемого фазовращателя, управляющим входом, соединенным с выходом сумматора, а второй вход фазочувствительного элемента подключен к выходу первого из упомянутых смесителей, первый вход которого через первый усилитель промежуточной частоты подключен к выходу третьего смесителя, а второй вход смесителя соединен с выходом второго из упомянутых смесителей, первый вход которого соединен с выходом стабильного генератора и с входом управляемого фазовращателя, а второй вход второго смесителя через второй усилитель промежуточной частоты подключен к выходу четвертого смесителя и через последовательно соединенные ограничитель, второй формирующий элемент и делитель частоты подключен к входу "Z" яркостной модуляции осциллографического индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 371534, кл. G 01 и 29/00 1971 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 428302, кл. G 01 К 27/28, 1972 (прототип).

836603

Составитель Л. Муранов

Редактор Е. Гончар Техред М. Коштура Корректор M.Ëeì÷nê

Заказ 3109/35 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4