Цифровой измеритель малых уровней мощности сверхвысоких частот

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 1302.80 (21) 2886580/18-09 с присоединением заявки 8о (23)Приоритет

Опубликовано 15.10.81.Бюллетень З8

Дате опубликования описания 151ÎÂ1 51 л з

6 01 и 21/04

Государственный комитет

СССР ио дедам изобретений и открытий ($3) УДЯ 621. 317

{088.8) «. »

Н.Д.Дубовой, В.И. Осокин, В.Н.Поротов, /

А. A. Сазонов и A.Ä. Toë÷èíñêèé

Р !

Е )

Московский институт электронной техни (72) Авторы изобретения

{71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАПЫХ УРОВНЕЙ

МОЩНОСТИ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Изобретение относится к технике радиоизмерений. Известен цифровой измеритель двух уровней мощности сверхвысоких частот, содержащий высокочастотный переключатель, к которому подключены управлякхций генератор и термисторный мост, к измерительной диагонали которого последовательно подключены импульсный усилитель, пиковый детектор и генератор управляемой частоты, и первый счетчик импульсов (1 .

Однако известный цифровой измеритель обладает статической погрешностью, обусловленной имеющейся следящей системой, дополнительной погрешностью преобразования иэ-за того,что процесс преобразования разбит на два последовательных этапа: преобразование мо:цности СВЧ в промежуточный параметр, а именно в частоту следования.импульсов, а затем уже преобразование параметр — код, и погрешностью преобразования, вызванной изменением температуры окружающей среды и другими возмущающими факторами.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Для этой цели в цифровой измеритель малых уровней -мощности сверхвы соких частот, содержащий высокочастотный переключатель, к которому подключены управляющий генератор и термнсторный мост, к измерительной диагонапи которого последовательно подключены импульсный усилитель, пиковый детектор и генератор управляемой частоты, и первый счетчик

1О импульсов, введены два:вычитакхцих: блока, второй счетчик импульсов, два двоичных умножителя, блок пересчета и цифровой ключ, при этом информационные входы счетчиков соединены соответственно с выходами первого вычитаккцего блока, первый вход которого соединен с выходом генератора управляемой частоты, а второй с питающей диагональю термисторного моста и выходом второго вычитающего блока, цифровые выходы счетчиков импульсов через соответствующие двоичные умножители подключены к входам второго вычитающего блока, выход:; второго счетчика соединен с информационным входом цифрового ключа, уп.равляющий вход которого соединен с управляющими входами счетчиков и выходов блока пересчета, вход которого соединен с выходом управляющего. генератора.

873143

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового измерителя, на фиг.

2 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового измерителя.

Цифровой измеритель малых уровней мощности сверхвысоких частот содержит высокочастотный переключатель

1., к которому подключены управляющий генератор 2 и термисторный мост 3, к измерительной диагонали которого последовательно подключены импульсный усилитель 4, пиковый детектор 5 и генератор б управляемой частоты, а также счетчик 7 импульсов, два вычи- . тающих блока 8 и 9, счетчик 10 импульсов, два двоичных умножителя 11. и 12, блед 13 пересчета и цифровой 15 ключ 14, при этом информационные входы счетчиков 7 и 10 соединены соответственно с выходами вычитающего блока 8, первый вход которого соединен с выходом генератора б управ- Щ ляемой частоты, а второй — с питающей диагональю термисторного моста

3 и выходом вычитающего блока 9, цифровые выходы счетчиков 7 и 10 им.пульсов. через соответствующие двоичные умножители 11 и 12 подключены к входам вычитающего блока 9, выход счетчика 10 соединен с информационным входом цифрового ключа 14, управляющий вход которого соединен с управляющими входами счетчиков 7 и 10 и выходом блока 13 пересчета, вход которого соединен с выходом управляющего генератора 2, при этом термисторный мост 3 содержит термистор 15.

На фиг. 2 а приведен сигнал управляющего генератора 2 на фиг.

26 - выходной сигнал генератора 6 управляемой частоты, на фиг. 2в выходной сигнал вычитающего блока

9; на фиг. 2г - код счетчика 7 им- go пульсов или пропорциональный ему частотно-импульсный сигнал с выхода двоичного умножителя 11, на фиг.2д код счетчика 10 импульсов или пропорциональный ему частотно-импульсный сигнал с выхода двоичного умножителя 12.

Цифровой измеритель работает следующим образом.

При отсутствии мощности СВЧ Р „ и включении цифрового измерителя разбаланс термисторного моста 3 имеет максимальное значение,,так как тер.мистор 15 холоден. При этом генератор б управляемой частоты вырабатывает мак симальную частоту F. Если в на- ээ чафьный момент времени коды И и И, соответственно, счетчиков 7 и 10, равны нулю, т.е. Q И g. О, то равны нулю частоты F< и Fg., вырабатываемые двоичными умножителями 11 и 0

12, так как — И

F0 F

2> 4 ..с 2

F ** - - И„, где Fä — опорная частота двоичных умножителей 11 и 12; 65 и — разрядность счетчиков 7 и

10.

На выходе вычитающего блока 9 получается разностный сигнал F =

F4 - F< . На выходах вычитающего блока 8 получаются разностные сигналы

™й F Foc и я = ос 0. На каждом выходе импульсы разностной частоты появятся лишь при условии h.F>0 .

Таким образом, в момент включения разностный сигнал появляется на выходе вычитающего блока 8, соединенного с информационным входом счетчика 7.

Счетчик 7., двоичный умножитель 11 и вычитающие блоки 8 и 9 представляют собой первый следящий преобразователь, отрабатывающий сигнал

6Fq F - F - (F + F ) - Fq.

Так как в начале работы F О, то а - Г - Г.(.

Импульсы nF< поступают на информационный вход счетчика 7, заполняя его объем. Код И, снимаемый с выхода счетчика 7 (фиг. 2г), преобразует.ся в частотный сигнал Г(. Таким образом, b,F является сигналом рассогласования в первом следящем преобразователе, равновесие в котором наступает при равенстве Рос F или при AFAR = О. Особенностью цифрового измерителя является то, что импульсы частоты одновременно поступают на питающую диагональ термисторного моста 3. Выделяющаяся на термисторе 15 мощность Р расходуется на нагрев термистора 15, меняя его сопротивление и и уменьшая разбаланс термис- .торного моста 3. Выделяемый пиковым детектором 5 сигнал разбаланса поступает на генератор 6, изменяя его частоту F. При постоянной времени следящего преобразователя Т„ 2 /F> значительно большей, чем тепловая постоянная термистора 15, скорость . изменения F равна скорости изменения

F . Таким образом, начиная с момен та включения происходит процесс уменьшения F и возрастания Гоо сигналов (фиг. 26 и 2в). В некоторый момент времени наступит равенство F F,è

bFq 0, при этом счетчик 7 останавливает счет. При этом термисторный мост 3 входит в режим равновесия, точка A (фиг. 26 и 2в) соответствует этому режиму равновесия при определенной температуре внешней среды.

Тогда с, F Fä, и

Ощ

Р - РТ/ - 0 - Р - g. A, где U „— амплитуда и длительность импульсов F .

Если в некоторый момент времени открывается высокочастотный переключатель 1 под воздействием импульса управляющего генератора 2 (фиг. 2а), и мощность СВЧ йачинает поступать на термисцур 15 термисторного моста 3, то при этОм Р = Р + Р 4ч

873143 где P - мощность подогрева термисОС тора 15 за счет импульсного напряжения обратной связи.

Под действием Р „ сопротивление

R> термистора 15 уменьшается. Это приводит к разбалансу термисторного моста 3 и появлению на выходе пикового детектора 5 постоянного напряжения, пропорционального величине и знаку рассогласования, вследствие че- 0 го частота F уменьшается на пропорциональную величину. В этом случае

F с FA, следовательно h F„<0, ф Р О, и импульсы разностной частоты начинают появляться на выходе вычитающего блока 8, соединенного с информаци- »5 онным входом счетчика 10 hF< Р - F (F - F) - Р

Так как эа точкой A Г Г

CO f1 S t

hF2 ("Д " Р) Г2 ° 20

Счетчик 10, двоичный умножитель 12 и вычитающие блоки 8 и 9 представля. ют собой второй следящий преобразователь, у которого входной сигнал h f< °

Таким дбраэом, за точкой А сигнал 25 на выходе счетчика 10 (фиг 2д) следит эа изменениями входного сигнала. Сигнал Foo Fg - F g = Гд - FZ уменьшается с увеличением FZ следовательно, уменьшается мощность подогрева Pdc определяемая импульсами Рос, что приводит к соответствующему увеличению

F (за точкой A наблюдается в первый момент времени выброс F, фиг. 2б) °

В точке Ь переходной пРОцесс заканчиваетсЯ, так как Fpcg F = РВ, а ,IF О, то счет импульсов в счетчике 10 прекращается, при этом, Р = А.- РВ, Изменение частоты импульсов обратной свЯзи bFoc Fach - Го = ГА - Г . 40

При этом изменение. мощности подог« рева термистора 15 определяется выражением Я, . ц

Так как равновесие восстанавливается при определенном значении Р>, т,е ° при Рт yon s t = Ро то это воэМо>Kho лишь при hP = РСВ, . Следовательно, код и счетчика 10 пропорционалей мощности СВЧ сигнала.

Температурные воздействия окружающей среды одинаково воздействуют иа термисторный мост 3 в течение обоих полупериодов управляющего сигнала (фиг. 2а) смещая точку А и точку В на одну и ту же величину, в результате чего код и счечтика 10 не зависит от температуры внешней среды, тем самым снижается величина дополнительной погрешности, связанная с 69 .изменением температуры внешней среды.

В цифровом измерителе обеспечива.ется возможность измерения накопленного значения мощности СВЧ Рсв» по.накопленному значению кода счетчика 10 .Я эа m тактов измерения. Лля этого управляющий генератор 2 вырабатывает серию из m иэпульсов, в один полупериод которых высокочастотный переключатель 1 открыт и подается мощ- ность СВЧ на термистор 15, а в другой — закрыт и мощность СВЧ отключе» на. При закрытом высокочастотном переключателе 1 на термистор 15 содается мощность (P - hP), так как

P ц < О, что вызывает резкое увеличение F. При этом снова возникает переходной процесс уравновешивания, который заканчивается в точке С, когда Р = Ро . После переключения высокочастотного переключателя 1 и подачи мощности СВЧ на термистор 15 импульсы рассогласования появляются на выходе вычитающего блока 8, соединенного с информационным входом счетчика 7, hFe = F - Foc F Fs 0 °

При этом открывается первый следящий преобразователь и .код счетчика

7, имея уже накопленное значение точки А, начинает отслеживать изменение входного сигнала F от точки В до точки С (фиг. 2 г) . В точке С снова возникает состояние равновесия, при котором F = Foc = Fc à F< Fh +

+ (Fc - ГВ) . В свою очеРеДь, (Fo - F5) пропорционально а Р = PcвцА, т.е. мощности СВЧ эа первый период сигнала, (фиг. 2а) управляющего генератора 2, следовательно, М4 — — NA + йсВц, где йс — код в счетчике 7, пропорцидсвч4 °

В следующий полупериод снова открывается высокочастотный переключатель 1, и подается на термисторный мост 3 .мощность СВЧ, Снова возникает разбаланс, резкое уменьшение F, при, котором открывается второй следящий преобразователь, который следит за изменениями от точки С до точ » ки О. Очевидно, что (FА - ЪЬ + (- FÄ), а М,свч4 свчФ т.е. код в счетчике 10 пропорционален сумме мощностей СВЧ за два такта измерения.

Аналогичным образом за m управляющих тактов сигнала управляющего генератора 2 в счетчике 10 накапливается код Й М Nc 4» что позволяет

»=М снизить величину погрешности дискретизации на величину, прямо пропор-,. ционально зависящую от значения и» так как истинное значение кода счетчика 10 на выходе цифрового измерителя определяется выражением

»»1

" „„ свч1 °

ЗначенИе кода соответствует истинному значению входной мощности

СВЧ, определяемому по накопленному результату, т.е.

« lmll

Р „- хР

873143

Формула изобретения фиг.1

Для получения цифрового значения, пропорционального накопленному значению Рс,в цифровом измерителе используются блок 13 пересчета И цифровой ключ 14. Блок 13 пересчета имеет коэффициент пересчета, равный а.

Следовательно, после m входных импульсов сигнала управляющего генератора 2 на выходе блока 13 появляется импульс, открывающий цифровой ключ

14, через который на выход цифрового измерителя поступает код М„. Для деления кода йй на число в через цифровой ключ 14 пропускается пд старщих разрядов кода й,: и и где Й =8&9ofм)-число разрядов блока иС

13 пересчета.

Для больщей точности можно через .цифровой ключ 14 пропустить все n < разрядов кода И, но после и, разрядов ввести запятую. 20

Цифровой измеритель по сравнению с известным обеспечивает более высокую точность.

Цифровой измеритель малых уровней мощности сверхвысоких частот, содержащий высокочастотный переключатель, к которому подключены управляющий генератор и термисторный мост, к измерительной диагонали которого последовательно подключены импульсный усилитель, пиковый детектор и генератор управляемой частоты, и первый счетчик импульсов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыаения точности измерений, введены два вычитающих блока, второй счетчик импульсов, два двоичных умножителя, блок пересчета и цифровой ключ, при этом информационные входы счетчиков соединены соответственно с выходами первого вычитающего блока, первый вход которого соединен с выходом генератора управляемой частоты, а второй - с питающей диагональю термисторного моста и выходом второго вычитающего блока, цифровые выходы счетчиков импульсов через соответствующие двоичные умножители подключе- . ны к входам второго вычитающего блока, выход второго счетчика соединен с информационным входом цифрового ключа, управляющий вход которого сое- динен с управляющими входами счетчиков и выходом блока. пересчета, вход которого соединен с выходом управляющего генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 291158, кл. G 01 R 21/04, 1969 (прототип).

873143

Составитель A. Куэнецов

Редактор П. Коссей Техред И. Рейвес Корректор Е. Рсапсо

Заказ 9025/70 Тирах 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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