RU2723983C1 - Frequency meter of microwave signals on delay lines with negative time of group delay - Google Patents

Frequency meter of microwave signals on delay lines with negative time of group delay Download PDF

Info

Publication number
RU2723983C1
RU2723983C1 RU2019125983A RU2019125983A RU2723983C1 RU 2723983 C1 RU2723983 C1 RU 2723983C1 RU 2019125983 A RU2019125983 A RU 2019125983A RU 2019125983 A RU2019125983 A RU 2019125983A RU 2723983 C1 RU2723983 C1 RU 2723983C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
delay lines
phase
microwave
negative group
delay time
Prior art date
Application number
RU2019125983A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Федорович Аткишкин
Original Assignee
Сергей Федорович Аткишкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Федорович Аткишкин filed Critical Сергей Федорович Аткишкин
Priority to RU2019125983A priority Critical patent/RU2723983C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723983C1 publication Critical patent/RU2723983C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/04Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage adapted for measuring in circuits having distributed constants

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used for rapid measurement of frequency of continuous microwave signals in a wide frequency range. Invention is a wideband microwave signal frequency meter consisting of series-connected input amplifier-limiter, band-pass microwave filter, in-phase microwave power divider, N delay lines, N phase correlators, which outputs are connected to a computing device, wherein the meter additionally includes N delay lines with negative group delay time, wherein inputs of delay lines with negative group delay time are connected to outputs of in-phase divider of microwave power, and outputs of delay lines with negative group delay time are connected to inputs of corresponding phase correlators.
EFFECT: technical result is reduction of frequency measurement error.
1 cl, 2 dwg

Description

Известно устройство измерителя частоты СВЧ сигналов [1]. Измеритель частоты СВЧ сигналов состоит из входного широкополосного усилителя, набора линий задержки, фазовых корреляторов, аналого-цифровых преобразователей, вычислительного устройства и устройства управления.A device for measuring the frequency of microwave signals [1]. The microwave frequency meter consists of an input broadband amplifier, a set of delay lines, phase correlators, analog-to-digital converters, a computing device, and a control device.

Недостатком данного устройства является громоздкость, вызванная необходимостью применения нескольких линий задержки, минимальное и максимальное время задержки которых для достижения заданной точности и диапазона рабочих частот должны отличаться в несколько раз. Еще одним недостатком указанного устройства является невысокая чувствительность устройства, ограничиваемая погонными потерями в длинных линиях задержки. The disadvantage of this device is the cumbersomeness caused by the need to use several delay lines, the minimum and maximum delay time of which to achieve a given accuracy and range of operating frequencies must differ several times. Another disadvantage of this device is the low sensitivity of the device, limited by linear losses in long delay lines.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является устройство измерителя частоты СВЧ сигналов [2]. Измеритель частоты СВЧ сигналов состоит из входного широкополосного усилителя-ограничителя, входного полосового СВЧ фильтра, набора линий задержки, фазовых корреляторов, вычислительного устройства.The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed invention is a device for measuring the frequency of microwave signals [2]. The microwave signal frequency meter consists of an input broadband limiter amplifier, an input microwave passband filter, a set of delay lines, phase correlators, and a computing device.

Недостатком данного устройства является громоздкость, вызванная необходимостью применения нескольких линий задержки, минимальное и максимальное время задержки которых, для достижения заданной точности и диапазона рабочих частот должны отличаться в несколько раз. Еще одним недостатком указанного устройства является невысокая чувствительность устройства, ограничиваемая погонными потерями в длинных линиях задержки. The disadvantage of this device is the cumbersomeness caused by the need to use several delay lines, the minimum and maximum delay times of which, in order to achieve a given accuracy and range of operating frequencies, must differ several times. Another disadvantage of this device is the low sensitivity of the device, limited by linear losses in long delay lines.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы, снижение погрешности измерения частоты.The technical result of the invention is to reduce the overall dimensions and mass, to reduce the error in measuring the frequency.

Целью изобретения является снижение громоздкости устройства и снижение погрешности измерения частоты за счет применения линий задержки с отрицательным временем групповой задержки.The aim of the invention is to reduce the bulkiness of the device and to reduce the error of frequency measurement due to the use of delay lines with negative group delay time.

Заявленный результат достигается тем, что в устройство, состоящее из последовательно включенных входного усилителя-ограничителя, полосно-пропускающего СВЧ фильтра, синфазного делителя СВЧ мощности, N линий задержки, N фазовых корреляторов, выходы которых подключены к вычислительному устройству, дополнительно введены N линий задержки с отрицательным временем групповой задержки, при этом входы линий задержки с отрицательным временем групповой задержки подключены к выходам синфазного делителя СВЧ мощности, а выходы линий задержки с отрицательным временем групповой задержки подключены к входам соответствующих фазовых корреляторов.The claimed result is achieved by the fact that in the device consisting of a series-connected input amplifier-limiter, a pass-band microwave filter, an in-phase microwave power divider, N delay lines, N phase correlators, the outputs of which are connected to a computing device, N delay lines with a negative group delay time, while the inputs of the delay lines with a negative group delay time are connected to the outputs of the in-phase microwave power divider, and the outputs of the delay lines with a negative group delay time are connected to the inputs of the corresponding phase correlators.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фигуре 1. На фиг.1 представлена структурная схема измерителя частоты СВЧ сигналов с линиями задержки с отрицательным временем групповой задержки. Измеритель частоты СВЧ сигналов содержит: входной усилитель-ограничитель 1, полосно-пропускающий СВЧ фильтр 2, делитель 3 СВЧ мощности, линии задержки 4.1…4.N, линии задержки 5.1…5.N с отрицательным временем групповой задержки, фазовые корреляторы 6.1…6.N, вычислительное устройство 7.The invention is illustrated by the drawing in figure 1. Figure 1 shows a structural diagram of a frequency meter of microwave signals with delay lines with a negative group delay time. The frequency meter of microwave signals contains: input amplifier-limiter 1, bandpass microwave filter 2, microwave power divider 3, delay lines 4.1 ... 4.N, delay lines 5.1 ... 5.N with negative group delay time, phase correlators 6.1 ... 6 .N computing device 7.

На фиг.2 представлена дискриминационная характеристика фазовых корреляторов.Figure 2 presents the discriminatory characteristics of phase correlators.

Для удобства рассмотрим работу широкополосного измерителя частоты, функциональная схема которого представлена на фигуре 1. Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов работает следующим образом. Входной СВЧ сигнал с частотой ω0 поступает через усилитель-ограничитель 1 на полосно-пропускающий фильтр 2, ограничивающий входную полосу частот. Далее сигнал поступает на синфазный делитель 3 СВЧ мощности, где происходит деление мощности входного сигнала на N равных частей. Число линий задержки 4.1…4.N, линий задержки 5.1…5.N N с отрицательным временем групповой задержки, фазовых корреляторов 6.1…6.N определяется рабочей полосой устройства и требуемой точностью измерения частоты. Предположим, что линии задержки 4.1,4.2,…,4.N имеют время задержки равное τ1P, τ1P,.. τNP. Предположим также, что линии задержки 5.1,5.2,…,5.N с отрицательным временем групповой задержки имеют время задержки равное -τ1M, -τ2M,..- τNM. Фазовые набеги, приобретаемые сигналами на выходах линий задержки 4.1,4.2,…,4.N составят: θ10τ1P, θ20τ2P,…, θn0τNP. В то же время, фазовые набеги, приобретаемые сигналами на выходах линий задержки 5.1,5.2,…,5.N с отрицательным временем групповой задержки составят: ϕ1=−ω0τ1M, ϕ2=−ω0τ2M,…, ϕn=−ω0τNM. Сигналы с выхода линий задержки 4.1,4.2...4.N и линий задержки 5.1,5.2,…,5.N с отрицательным временем групповой задержки поступают на входы фазовых корреляторов 6.1,6.2,…,6.N. Фазовые корреляторы 6.1,6.2,…,6.N формируют следующие дискриминационные характеристики, вид которых показан на фигуре 2 (DFM1 – 1, DFM2 – 2,…, DFMn – 3):For convenience, we consider the operation of a broadband frequency meter, the functional diagram of which is shown in Figure 1. A broadband microwave frequency meter operates as follows. The input microwave signal with a frequency of ω 0 is fed through an amplifier-limiter 1 to a band-pass filter 2, limiting the input frequency band. Next, the signal is fed to the in-phase microwave power divider 3, where the input signal is divided into N equal parts. The number of delay lines 4.1 ... 4.N, delay lines 5.1 ... 5.NN with negative group delay time, phase correlators 6.1 ... 6.N is determined by the operating band of the device and the required frequency measurement accuracy. Suppose that the delay lines 4.1,4.2, ..., 4.N have a delay time equal to τ 1P , τ 1P , .. τ NP . Suppose also that delay lines 5.1,5.2, ..., 5.N with a negative group delay time have a delay time of −τ 1M , -τ 2M , ..- τ NM . The phase incursions acquired by the signals at the outputs of the delay lines 4.1,4.2, ..., 4.N will be: θ 1 = ω 0 τ 1P , θ 2 = ω 0 τ 2P , ..., θ n = ω 0 τ NP . At the same time, phase raids acquired by the signals at the outputs of the delay lines 5.1,5.2, ..., 5.N with a negative group delay time will be: ϕ 1 = −ω 0 τ 1M , ϕ 2 = −ω 0 τ 2M , ..., ϕ n = −ω 0 τ NM . The signals from the output of the delay lines 4.1,4.2 ... 4.N and the delay lines 5.1,5.2, ..., 5.N with a negative group delay time are fed to the inputs of the phase correlators 6.1,6.2, ..., 6.N. Phase correlators 6.1,6.2, ..., 6.N form the following discriminatory characteristics, the appearance of which is shown in figure 2 (DFM 1 - 1, DFM 2 - 2, ..., DFM n - 3):

D F M 1 = A 1 ( 1 + cos ω ( τ 1 P + τ 1 M ) )

Figure 00000001
(1) D F M 1 = A 1 ( 1 + cos ω ( τ 1 P + τ 1 M ) )
Figure 00000001
(1)

D F M 2 = A 2 ( 1 + cos ω ( τ 2 P + τ 2 M ) )

Figure 00000002
(2) D F M 2 = A 2 ( 1 + cos ω ( τ 2 P + τ 2 M ) )
Figure 00000002
(2)

D F M 3 = A 3 ( 1 + cos ω ( τ 3 P + τ 3 M ) )

Figure 00000003
(3) D F M 3 = A 3 ( 1 + cos ω ( τ 3 P + τ 3 M ) )
Figure 00000003
(3)

где A1, A2,…, An – коэффициенты пропорциональности;where A 1 , A 2 , ..., A n are the proportionality coefficients;

τ1P, τ2P,...τNP – время задержки линий задержки 4.1,4.2...4.N;τ 1P , τ 2P , ... τ NP is the delay time of delay lines 4.1,4.2 ... 4.N;

τ1M, τ2M,...τNM – время задержки линий задержки 5.1,5.2...5.N с отрицательным временем групповой задержки;τ 1M , τ 2M , ... τ NM - delay time of delay lines 5.1,5.2 ... 5.N with negative group delay time;

ω – круговая частота.ω is the circular frequency.

Коррелятор 6.1 имеет в рабочем диапазоне частот (2-3 ГГц, фиг. 2) однозначную, но относительно пологую корреляционную характеристику, по этой причине коррелятор 6.1 служит для грубой оценки частоты входного сигнала. В то же время фазовые корреляторы 6.2,…,6.N имеют неоднозначные корреляционные функции, крутизна которых выше по сравнению с крутизной корреляционной характеристики коррелятора 6.1. Корреляторы 6.2,6.3,…6.N служат для повышения точности измерения частоты входного сигнала. Вычислительное устройство 7 предназначено определения частоты входного сигнала по напряжениям от фазовых корреляторов 6.1,6.2,…,6.N. The correlator 6.1 has an unambiguous but relatively flat correlation characteristic in the operating frequency range (2-3 GHz, Fig. 2), for this reason the correlator 6.1 serves for a rough estimate of the frequency of the input signal. At the same time, phase correlators 6.2, ..., 6.N have ambiguous correlation functions, the steepness of which is higher than the steepness of the correlation characteristic of the correlator 6.1. Correlators 6.2,6.3, ... 6.N are used to improve the accuracy of measuring the frequency of the input signal. The computing device 7 is designed to determine the frequency of the input signal from the voltages from the phase correlators 6.1,6.2, ..., 6.N.

Из выражений 1 – 3 видно, что введение линий задержки с отрицательным временем групповой задержки перед фазовыми корреляторами увеличивает аргумент функции cos, что равносильно увеличению длин (времени задержки) линий задержки 4.1,4.2,…,4.N. Таким образом, длина линий 4.1,4.2,…,4.N задержки и габаритные размеры устройства, могут быть уменьшены. Линии задержки 5.1,5.2,…,5.N с отрицательным временем групповой задержки могут быть реализованы на пассивных [3] и активных элементах [4,5]. It can be seen from expressions 1–3 that introducing delay lines with a negative group delay time in front of phase correlators increases the argument of the cos function, which is equivalent to increasing the length (delay time) of the delay lines 4.1,4.2, ..., 4.N. Thus, the length of the lines 4.1,4.2, ..., 4.N delay and the overall dimensions of the device can be reduced. Delay lines 5.1,5.2, ..., 5.N with negative group delay time can be implemented on passive [3] and active elements [4,5].

Список использованных источниковList of sources used

1. Schmidt, R.O. Simultaneous signals IFM receiver using plural delay line correlators. Патент США на изобретение №5440228.1. Schmidt, R.O. Simultaneous signals IFM receiver using plural delay line correlators. U.S. Patent No. 5,440,228.

2. Tsui, J.B.Y., Hedge, J.N. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signals capability. Патент США на изобретение №5291125.2. Tsui, J.B.Y., Hedge, J.N. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signals capability. U.S. Patent No. 5,291,125.

3. Chaudhary, G. A design of compact wideband negative group delay network using cross coupling/ G. Chaudhary, Y. Jeong // Microwave and optical technology letters. – 2014. - №11. – VOL56. – pp. 2495 – 2497.3. Chaudhary, G. A design of compact wideband negative group delay network using cross coupling / G. Chaudhary, Y. Jeong // Microwave and optical technology letters. - 2014. - No. 11. - VOL56. - pp. 2495 - 2497.

4. Wu, C.-T.M. A Dual-Purpose Reconfigurable Negative Group Delay Circuit Based on Distributed Amplifiers/ C.-T. M. Wu, S. Gharavi, B. Daneshrad, T. Itoh // IEEE Microwave and wireless components letters. – 2013. – pp. 1 – 3.4. Wu, C.-T.M. A Dual-Purpose Reconfigurable Negative Group Delay Circuit Based on Distributed Amplifiers / C.-T. M. Wu, S. Gharavi, B. Daneshrad, T. Itoh // IEEE Microwave and wireless components letters. - 2013. - pp. 13.

5. Ravelo, B. Investigation on Microwave Negative Group Delay Circuit/B. Ravelo// Electromagnetics. – 2011. - №31. – pp. 537 – 549.5. Ravelo, B. Investigation on Microwave Negative Group Delay Circuit / B. Ravelo // Electromagnetics. - 2011. - No. 31. - pp. 537 - 549.

Claims (1)

Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов, состоящий из последовательно включенных входного усилителя-ограничителя, полосно-пропускающего СВЧ фильтра, синфазного делителя СВЧ мощности, N линий задержки, N фазовых корреляторов, выходы которых подключены к вычислительному устройству, отличающийся тем, что в него дополнительно введены N линий задержки с отрицательным временем групповой задержки, при этом входы линий задержки с отрицательным временем групповой задержки подключены к выходам синфазного делителя СВЧ мощности, а выходы линий задержки с отрицательным временем групповой задержки подключены к входам соответствующих фазовых корреляторов.A broadband microwave signal frequency meter, consisting of a series-connected input amplifier-limiter, a band-pass microwave filter, an in-phase microwave power divider, N delay lines, N phase correlators, the outputs of which are connected to a computing device, characterized in that N delay lines with a negative group delay time, while the inputs of the delay lines with a negative group delay time are connected to the outputs of the in-phase microwave power divider, and the outputs of the delay lines with a negative group delay time are connected to the inputs of the corresponding phase correlators.
RU2019125983A 2019-08-16 2019-08-16 Frequency meter of microwave signals on delay lines with negative time of group delay RU2723983C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019125983A RU2723983C1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 Frequency meter of microwave signals on delay lines with negative time of group delay

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019125983A RU2723983C1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 Frequency meter of microwave signals on delay lines with negative time of group delay

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723983C1 true RU2723983C1 (en) 2020-06-18

Family

ID=71095973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019125983A RU2723983C1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 Frequency meter of microwave signals on delay lines with negative time of group delay

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723983C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU486280A1 (en) * 1973-08-09 1975-09-30 Предприятие П/Я Г-4367 Automatic frequency meter
US5291125A (en) * 1992-09-14 1994-03-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signal capability
WO2014029412A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-27 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Device for negative group delay
EP2137817B1 (en) * 2007-03-09 2017-01-18 Chris Hymel Application of signal advance amplification to analog waveform or signal detection, acquisition and processing
US10034089B2 (en) * 2016-07-07 2018-07-24 Infineon Technologies Ag Sensor arrangement having an optimized group delay and signal processing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU486280A1 (en) * 1973-08-09 1975-09-30 Предприятие П/Я Г-4367 Automatic frequency meter
US5291125A (en) * 1992-09-14 1994-03-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signal capability
EP2137817B1 (en) * 2007-03-09 2017-01-18 Chris Hymel Application of signal advance amplification to analog waveform or signal detection, acquisition and processing
WO2014029412A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-27 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Device for negative group delay
US10034089B2 (en) * 2016-07-07 2018-07-24 Infineon Technologies Ag Sensor arrangement having an optimized group delay and signal processing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102156139B (en) Method and system for measuring passive intermodulation generation point of microwave device by using electromagnetic wave phase
CN102324990B (en) Vector reflection coefficient detection circuit only using amplitude detector and detection method thereof
US9547074B2 (en) System and method for using combining couplers with asymmetric split ratios in a lidar system
RU2710896C1 (en) Broadband frequency meter for microwave signals on delay lines with preliminary frequency conversion (versions)
RU2723983C1 (en) Frequency meter of microwave signals on delay lines with negative time of group delay
US20220065744A1 (en) Optical pulse testing method and optical pulse testing device
RU2573780C1 (en) Microwave radio receiver
Carando et al. Almost sure-sign convergence of Hardy-type Dirichlet series
RU2725505C1 (en) Method for real-time measurement of microwave frequency
RU2643708C2 (en) Device for estimation of frequency of harmonic noisy signal
RU2736918C1 (en) Broadband frequency meter for microwave signals with frequency pre-multiplication and one delay line (versions)
CN109557508A (en) A kind of interferometric synthetic aperture imaging broadband analogue complex correlator
RU2747440C1 (en) Method for quick measurement of the microwave frequency with prior multiplication of the frequency and reduced requirements for the bandwidth of the delay line
RU2724127C1 (en) Method of measuring signal frequency in a device for rapid measurement of interference type on delay lines
Sokol et al. Design and implementation of microwave circuits in 0.35 µm sige bicmos technology for uwb applications
CN218976678U (en) Parallel ultra-multichannel radiometer receiver based on agile technology
Azevedo et al. Microstrip power divider for integration of an instantaneous frequency measurement system
CN219658121U (en) Electronic countermeasure signal processor
Manchanda et al. Characteristics of diode detectors for six-port radars
EA040512B1 (en) METER OF COMPLEX REFLECTION AND TRANSMISSION COEFFICIENTS IN THE MILLIMETER WAVE RANGE
Wei et al. Behavioral modeling and simulation of electromagnetic interference response for radio frequency receiver
Gu et al. Design of Ultra-wideband and Compact Signal Acquisition Test System
RU2022311C1 (en) Matrix device for determination of frequency
SU1149183A1 (en) Device for measuring parameters of uhf four-terminal networks
SU773529A1 (en) Apparatus for separate measuring of amplitude and phase components of stray modulation