RU1800395C - Устройство дл измерени параметров четырехполюсника - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при создании СВЧ-амплифазометров дл  автоматизированных измерительных систем. Сущность изобретени : дл  расширени  функциональных возможностей СВЧ-амп- лифазометр выполнен в виде последовательно соединенных СВЧ-генератора, делител  СВЧ-мощности, смесител , полосового фильтра, активного детектора, АЦП, параллельно включены модул тор, подмо- дул тор, к которому через делитель частоты на 90 подключен НЧ-генератор, второй выход которого подсоединен к счетчику. Работой детектора АЦП и счетчика управл ет схема формировани  интервала счета, работой которой управл ют сигналы с подмоду- л тора, АЦП, а также с подсоединенного к полосовому фильтру компаратора. 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей комплексного коэффициента передачи СВЧ-четырехполюсни- ков дл автоматизированных измерительных систем.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  параметров четырехполюсников , содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, делитель мощности, модул тор, смеситель, полосовой фильтр и детектор, а также регистрирующее устройство, при этом управл ющий вход модул тора соединен с выходом подмодул тора второй выход полосового фильтра соединен с входом компаратора, а второй выход делител  мощности и второй вход смесител   вл ютс , соответственно, выходом и входом дл  подсоединени  исследуемого четырехполюсника, отличаетс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  введен генератор низкой частоты, выход которого соединен с входом введенного счетчика, выход подмодул тора соединен с входом введенного формировател  интервала счета, второй вход которого соединен с выходом компаратора, первый выход - с управл ющим входом счетчика, второй выход - с входом сброса детектора, а третий выход - с управл ющим входом введенного аналого-цифрового преобразовател , подсоединенного к выходу детектора, причем выходы аналого-цифрового преобразовател  и счетчика соединены, соответственно, с входами амплитуды и фазы регистрирующего устройства.

На фиг.1 изображена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема одного из возможных вариантов исполнени  подмодул тора; на фиг.З - схема модусо С

ioo

о о

со ю ел

л тора; на фиг.4 - один из возможных вариантов структурной схемы ФИС; на фиг.5 приведены эпюры напр жений и спектры сигналов, по сн ющие работу предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора СВЧ 1, делител  мощности 2, один из выходов которого подключаетс  к исследуемому четырехполюснику 3, смесител  4, полосового фильтра 5, детектора 6, аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 7, модул тора 8, компаратора 9, генератора НЧ 10, подмоду- л тора 11, формировател  интервала счета (ФИС) 12, счетчика 13 и регистрирующего устройства 14.

Устройство работает следующим образом .

С выхода СВЧ-генератрра 1 через делитель мощности 2 сигнал Acosft) t, где ш- кругова  частота СВЧ-сигнала, подаетс  на вход исследуемого четырехполюсника 3 и на вход модул тора 8. С выхода исследуемого четырехполюсника сигнал Axcos( - (fa), где Ах-амплитуда сигнала на выходе исследуемого четырехполюсника , а р - вносимый им фазовый сдвиг, поступает на вход смесител  4. Импульсы с круговой частотой Ј2 с выхода НЧ-генерато- ра 10 поступают на вход подмодул тора 11 и счетный вход счетчика 13. Подмодул тор выполн ет функции делител  частоты на 360 - фазовращател  и вырабатывает два меандра С1 и С2 с круговой частотой Q/360, сдвинутые на л /2 друг относительно друга, дл  управлени  p-i-n-диодами модул тора 8. Он может быть выполнен, например, на основе делител  частоты на 90, двух JK- триггеров и двух токовых ключей, формиру- ющих управл ющий ток p-i-n-диодов модул тора 8, как показано на рис.2. Временные диаграммы напр жений на входах токовых ключей (меандров С1 и С2) приведены на эпюрах 1 и 2 фиг.5. Эти сигналы поступают на управл ющие входы модул тора 8. Кроме того, один из двух сигналов (С2) поступает на вход ФИС в качестве опорного НЧ-сигнала. Модул тор 8 представл ет собой четырехпозиционный фазовраща- тель, последовательно переключающий фазу входного сигнала на 0, л/2 , л, 3 л/2. Полный цикл модул ции осуществл етс  с круговой частотой Q /360. Така  дискретна  фазова  модул ци   вл етс  первым приближением линейной фазовой модул ции от 0 до 2 пс круговой частотой Q/360, котора  эквивалентна ОБП-модул ции. Поэтому сигнал на выходе модул тора 8, имеющий дискретный спектр, приведенный на эпюре 5 фиг.5, в первом приближении бли0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

зок к сигналу ОБП-модул тора. В нем также подавлены несуща  и одна бокова  частота . Втора  бокова  частота имеет вид ( О) - Q/360)t+ . Такой модул тор может быть выполнен, например, на основе трехдецибельного направленного ответви- тел , двух p-i-n-диодов и отрезков линии передачи , как показано на фиг.З. Сигнал на выходе смесител  4 представл ет собой сумму двух меандров с круговой частотой Q/360, сдвинутых по фазе на тс /2 друг относительно друга, и амплитудами, завис щими от фазы сигнала на выходе исследуемого четырехполюсника 3 рх . Форма этого сигнала дл  нескольких значений фазы fb приведена на эпюрах 6 - 11 фиг.5. Перва  гармоника этого сигнала выдел етс  полосовым фильтром 5 и имеет вид AxKcos( Q/360) , где К- коэффициент передачи смесител  и полосового фильтра. На эпюре 3 фиг.5 приведена временна  диаграмма этого сигнала. Этот сигнал поступает на входы активного детектора 6 и компаратора 9. Сигнал с выхода компаратора 9 представл ет собой меандр с круговой частотой Q/360, запаздывающий относительно опорного меандра С2 на фазу (fa или на врем  tx 360 лрх/Q (360 тг) (2 л/Q). Форма этого сигнала приведена на эпюре 4 рис,5. Но - это период сигнала НЧ-генератора 10, а 360 х/2 л - фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника 3 в градусах. Таким образом, сосчитав, на сколько импульсов НЧ-генератора запаздывает сигнал с выхода компаратора 9 относительно сигнала С2, мы получим фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника 3 в градусах.

Роль управл ющего устройства в описываемом амплифазометре выполн ют ФИС, котора  запускаетс  сигналом Пуск. Формирователь интервала счета после получени  сигнала Пуск выполн ет следующие функции:

1) вырабатывает сигналы установки в нуль пикового детектора 6 и счетчика 13;

2) формируют сигнал разрешени  счета на счетчик 13 после получени  первого фронта спада меандра С2 и остановки счета после получени  первого следующего за этим фронта спада меандра с выхода компаратора 9;

3) формирует после прохождени  первой полной рабочей дл  активного пикового детектора 6 полуволны меандра с выхода компаратора 9, что необходимо дл  зар да конденсатора в детекторе, сигнал пуска АЦП 7;

4) формирует после остановки счета и получени  сигнала Готовность параметров с АЦП 7 сигнал Готовность параметров .

В соответствии с вышеперечисленными функци ми ФИС, его структурна  схема может иметь вид, представленный на рис.4.

Схема работает следующим образом.

Сигнал Пуск подаетс  на ФИС 12, где он разводитс  на входы формировател  импульса сброса счетчика 13, формировател  импульса сброса детектора 6 и формирова- тел  сигнала Готовность параметров. Формирователи импульсов Сброс счетчика и Сброс детектора по получении сигнала Пуск вырабатывают импульсы, устанавливающие в ноль счетчик 13 и детек- тор 6. Эти импульсы устанавливают также в исходное состо ние формирователь сигнала Разрешение счета и формирователь им- пульса Пуск АЦП соответственно. Формирователь сигнала Готовность пара- метров по получении сигнала Пуск либо устанавливаетс  в исходное состо ние, если сигнал Готовность параметров выдаетс  в виде импульса, либо снимает сигнал Готовность параметров, если этот сигнал выдаетс  уровнем, это означает, что выходные данные не сформированы и идет процесс измерени . Формирователь сигнала Разрешение счета после установки в ис- хоДное состо ние переходит в режим ожи- дани  фронта спада меандра С2 с выхода подмодул тора 11, по которому он вырабатывает сигнал, разрешающий счет импульсов НЧ-генератора 10 счетчиком 13 до прихода фронта спада сигнала с выхода компаратора 9, по которому счет останавли- гаетс . Счет может начинатьс  и по фронту нарастани  меандра С2 с выхода подмодул тора 11, но тогда и остановка счета должна происходить по фронту нарастани  меандра с выхода компаратора 9. Формирователь импульса Пуск АЦП после установки е исходное состо ние переходит в режим ожидани  полной рабочей (дл  активного детектора) полуволны меандра с выхода компаратора 9, по которой на выходе активного детектора устанавливаетс  напр жение , равное амплитуде напр жени  на выходе полосового фильтра 5. После этого формирователь вырабатывает импульс пус- ка дл  АЦП 7, по которому АЦП 7 производит измерение напр жени  на выходе активного детектора 6. По окончании измерени  АЦП 7 формирует сигнал Готовность параметров Л ЦП, который поступает на форми- рователь сигнала Готовность параметров устройства, на который поступает, также, сигнал Разрешение счета. После получени  обоих сигналов формирователь выдает сигнал Готовность параметров, что означает , что измерение окончено и на входах регистрирующего устройства 14 сформированы цифровые коды амплитуды и фазы. По этому сигналу коды переписываютс  в регистрирующее устройство.

В зависимости от конкретного варианта применени  устройства и построени  его функциональных узлов структурна  схема ФИС может несколько мен тьс . Так, если в качестве регистрирующего устройства используетс  цифровой индикатор, который не обрабатывает сигнал Готовность параметров (например, съем данных осуществл етс  с фиксированным временем задержки после подачи сигнала Пуск или при ручных режимах измерени , когда сигнал Пуск формируетс  с помощью кнопки ), в схеме может вообще отсутствовать формирователь сигнала Готовность параметров . В случае, если в устройстве применен детектор без схемы сброса (с саморазр дом),в ФИС может отсутствовать формирователь импульса Сброс детектора . В случае работы устройства в режиме непрерывного измерени  амплитуды и фазы с индикацией информации на цифровых табло сигнал Пуск должен регенерироватьс  внутри ФИС, при этом, если частота регенерации высока , на входе регистрирующего устройства 14 желательна установка буферного регистра, в который переписываетс  информаци  из счетчика 13 и АЦП 7 после каждого цикла измерений, так как в режиме измерени  информаци  на входах регистрирующего устройства 14 непрерывно измен етс  и показани  цифрового табло могут стать неразборчивыми. При работе устройства в составе автоматизированных комплексов в качестве регистрирующего устройства используетс  ЭВМ, котора  синхронизирует работу устройства с внешними устройствами, вырабатывает сигнал Пуск и обрабатывает сигнал Готовность параметров .

Конкретное исполнение ФИС сильно зависит от параметров сигналов обмена ФИС с другими функциональными узлами и внешними устройствами, а значитотвыбора конкретных схем детектора, АЦП, счетчика, регистрирующего устройства и конкретных типов внешних устройств.

Предлагаемое устройство было разработано дл  автоматизированной системы контрол  параметров СВЧ-радиокомплек- са. Все функциональные узлы устройства были отработаны и испытаны в диапазоне СВЧ-частот от 3 до 5 ГГц при различных частотах импульсов НЧ-генератора 10. Дл  получени  максимальной точности измерений и быстродействи  передаточна  функци  полосового фильтра 5 (активный фильтр шестого пор дка) оптимизировалась с помощью ЭВМ, при этом дл  частоты сигнала НЧ-генератора 64 МГц (частота сигнала модул ции 177,778 кГц) минимальное врем  от момента по влени  СВЧ-сигнала до начала замера составл ет около 12 мкс при ожидаемой точности измерений примерно 3-4°. В качестве выходного каскада активного детектора 6 использовалс  прецизионный термокомпенсированный логарифмический усилитель, коэффициент передачи которого был выбран таким образом, что отсчет амплитуды СВЧ-сигнала на выходе АЦП 7 (использовалась серийна  микросхема 1108ПВ1А) производилс  в децибеллах. Предложенный вариант построени  ампли- фазометра позвол ет использовать его как самосто тельно с выводом результатов измерений на цифровую индикацию, так и в составе автоматизированных измерительных систем при управлении от ЭВМ и с выдачей на ЭВМ результатов измерений, что существенно расшир ет функциональные возможности. Полученное очень высо- кое быстродействие СВЧ-амплифазометра позвол ет использовать его дл  измерени  амплитуды и фазы импульсных СВЧ-сигна- лов с длительностью импульса до 20 мкс. Кроме того, к достоинствам предложенного СВЧ-амплифазометра следует отнести возможность проведени  измерений при амплитудной или фазовой модул ции сигнала

Claims (1)

1. СВЧ-генератора, что невозможно при использовании промышленных фазометров. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  параметров четырехполюсника, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности, модул тор, смеситель, полосовой фильтр и детектор, а также регистрирующее устройство, при этом управл ющий вход модул тора соединен с выходом подмодул тора, второй выход полосового фильтра соединен с входом компаратора, а второй выход делител  мощности и второй вход смесител   вл ютс  соответственно выходом и входом дл  подсоединени  входа и выхода исследуемого четырехполюсника, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , введен генератор низкой частоты, выход которого соединен с входом введенного счетчика, выход подмодул тора соединен с входом введенного формировател  интервала счета, второй вход которого соединен с выходом компаратора, первый выход - с управл ющим входом счетчика, второй выход - с входом сброса детектора, а третий выход - с управл ющим входом введенного аналого- цифрового преобразовател , подсоединенного к выходу детектора, причем выходы аналого-цифрового преобразовател  и счетчика соединены соответственно с входами амплитуды и фазы регистрирующего устройства .

   Хр- 1-л- диодам модул /пора

   /|

   %

   О/л подмодул  тора Фиг.З

   Щи г. 2

   Фиг. 4