SU1649470A1 - Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет обеспечени  измерени  фазовых параметров . Измеритель содержит г-р 1 качающейс  частоты, электронно-лучевой индикатор 2, управл емый переключатель 3, вентили 6, направленные ответвители 7, 8, tO и 17, исследуемый невзаимный четырехполюсник 9, фазовый детектор 11, управл емый фазовращатель (УФ) 16, детекторы 18, 19 и 20, управл емый коммутатор 21, АЦП 22, вычислительный блок 23, ЦАП 24, цифро

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров радиотехнических устройств в диапазоне сверхвысоких частот.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет обеспечени  измерени  фазовых параметров.

На фиг. 1 приведена структурна  электрическа  схема предлагаемого измерител : на фиг. 2 -структурна  электрическа  схема блока управлени .

Измеритель содержит генератор 1 качающейс  частоты, электронно-лучевой индикатор 2, управл емый переключатель 3, подключенный к двум цеп м 4 и 5 из последовательно соединенных первого (второго) вентил  6 и первого (третьего) направленного ответвител  7 прошедшей волны, второй направленный ответвитель 8 падающей волны, исследуемый невзаимный четырехполюсник 9 и четвертый направленный ответвитель 10 прошедшей волны, фазовый детектор 11, содержащий трехдецибельный направленный ответвитель 12 с четвертым и п тым детекторами 13. 14 и блок 15 вычитани . Кроме того, измеритель содержит уп- равл емый фазовращатель 16. п тый направленный ответвитель 17 падающей волны , первый, второй и третий детекторы 18,19, 20. управл емый коммутатор 21, аналого- цифровой преобразователь 22. вычислительный блок 23, первый цифроаналоговый преобразователь 24, цифровой индикатор 25, блок 26 гашени  луча, и блок 27 управлени . Блок 27 содержит генератор 28 тактовых импульсов, счетчик 29 импульсов, второй цифроаналоговый преобразователь 30, дешифратор 31. формирователь 32 коротких импульсов, блок 33 питани  с программным управлением и усилитель 34 мощности.

Измеритель работает следующим образом .

На первом этапе калибровки исключаетс  управл емый фазовращатель 16 (разрываетс  опорный канал). Вместо исследуемого

невзаимного четырехполюсника 9 подклю- 5 чаетс  отрезок регул рного волновода. Под действием сигнала с первого выхода блока 27 переключатель 3 подключает к выходу п того направленного ответвител  17 соединенные последовательно первый вентиль 6, первый и второй направленные ответви- тели 7, 8 отрезок регул рного волновода, четвертый и третий направленные ответвите- ли 10.7 и второй вентиль 6. Электромагнитна  волна распростран етс  от генератора 1 до второго вентил  6, где полностью поглощаетс . При этом на выходах детекторов 13,14,18, 20 по вл ютс  соответственно сигналы U 13 Ki3 Ei2 : Ui4 К14 E22 : Uie - Кш - Ki8E32:U2o K20E42 .

где К13. Ki4, Kie. Кзо - коэффициенты преобразовани  детекторов 13, 14, 18, 20;

Ei - напр женность электрического пол  на входе детектора 13;

Еа - напр женность электрического пол  на входе детектора 14;

Ез - напр женность электрического пол  на входе детектора 18;

Е4 - напр женность электрического пол  на входе детектора 20. .

Сигналы U13, U14 подаютс  на блок 15, сигнал на выходе которого Ui5 Ki3Ei2-Ki4E22.0)

Сигналы U is, U is. U20 подаютс  на управл емый коммутатор 21, который под действием сигнала с восьмого выхода блока 27 поочередно подключает выходы блока 15, детекторов 18, 20 к входу аналого-цифрового преобразовател  22. Аналого-цифровой преобразователь 22 запускаетс  сигналом с третьего выхода блока 27 и преобразует сигналы U is. U is. U20 в цифровые эквиваленты, которые через вычислительный блок 23 без изменени  подаютс  на цифровой индика- 5 тор 25, где по сигналу с п того выхода блока 27 записываютс  в пам ть.

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 выхода блока 15 путем регулировки коэффициента преобразова0

5

0

5

0

5

0

ни  детектора 14 добиваютс  по цифровому индикатору 25 выполнени  услови  U15 0.(2)

При этом из (1), (2) следует, что (дл  3-дБ направленного ответвител  12 2)

К1зЕИ

Е2

К1з.

(3)

Значение коэффициента Ki4 в дальнейшем не измен етс .

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 детекторов 18. 20 путем регулировки коэффициента преобразовани  детектора 20 добиваютс  по цифровому индикатору 25 услови 

.(4)

При этом из (4) следует, что

2

(5J

К18 Ез «20 -

Е4

Значение коэффициента К2о в дальнейшем не измен етс .

На втором этапе калибровки подключаетс  управл емый фазовращатель 16. На выходах детекторов 13, 14 по вл ютс  сигналы

Ui3 Ki3 ( Ei 2 + Е2 2 + 2EiE2 ) ;

Ui4 Км ( Ei 2 + Е2 2 - 2EiE2 cos ); где h -фазовый сдвиг между сигналами Ei, Ј2 обусловлен неравенством электрических длин опорного и измерительного каналов.

Сигналы Ui3, Ui4 подаютс  на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом (3) имеет вид Uis 4Ki3 EiE2 .

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 выхода блока 15 путем регулировки фазового сдвига, обеспечиваемого управл емым фазовращателем 16, добиваютс  равенства электрических длин опорного и измерительного каналов по максимуму показаний цифрового индикатора 25. По достижении равенства электрических длин опорного и измерительного каналов и,следовательно

Ui5 4Ki3EiE2.

Значение сигнала управл емым фазовращателем 16, соответствующее этому состо нию управл емого фазовращател , в дальнейшем не измен етс .

Далее путем регулировки фазового сдвига, обеспечиваемого управл емым фазовращателем 16, добиваютс  нулевого показани  цифрового индикатора 25. При этом сигналы на выходах детекторов 14, 13 и блока 15 будут иметь вид

Ui3 Ki3(Ei2 + E22+2EiE2cos02), Ui4 Ki4 ( Ei 2 + Ј2 2 - 2EiE2 cos#z ).

Ul5 4K13 ElE2 COSlp2 0 .

Откуда получаем pi j . Значение сигнала управлени  управл емым фазовращателем 16, соответствующее второму состо нию управл емого фазовращател  15, в дальнейшем также остаетс  посто нным.

На третьем этапе калибровки сигналом с первого выхода блока 27 управл емый переключатель 3 подключает выход п того направленного ответвител  17 к соединенным последовательно третьему и четвертому направленным ответвител м 7,10 отрезку регул рного , волновода, второму и первому

направленным ответвител м 8, 7 и второму вентилю 6. Электромагнитна  волна распростран етс  от генератора 1 до второго вентил  6, где полностью поглощаетс . При этом на выходах детекторов 18, 19 по вл ют

с  сигналы соответственно

Ui8 Ki8E12 ,-Ui9 Ki9E52

где Kig - коэффициент преобразовани  детектора 19;

ЕБ - напр женность электрического пол  на выходе детектора 19.

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 детекторов 18, 19 путем регулировки коэффициента преобразовани 

детектора 19 добиваютс  по цифровому индикатору услови 

U19 U18(6)

При этом из (6) следует, что

35

K19 K18E1

Е5

(7)

Значение коэффициента Kig в дальнейшем не измен етс ,

По сигналу со второго выхода блока 27 генератора 1 перестраиваетс  на другую частоту и процесс калибровки повтор етс . После калибровки измерител  на верхней частоте рабочего диапазона генератор 1 устанавливаетс  в исходное состо ние (перестраиваетс  на нижнюю частоту рабочего диапазона). На этом калибровка заканчиваетс  и вместо отрезка регул рного волновода включаетс  исследуемый невзаимный

четырехполюсник 9. Под действием сигнала с первого выхода блока 27 управл емый переключатель 3 подключает к выходу п того направленного ответвител  17 соединенные последовательно первый вентиль 6,

первый и второй направленные ответвители 7, 8,исследуемый невзаимный четырехполюсник 9, четвертый и третий направленные ответвители 10, 7 и второй вентиль 6. Сигналом с седьмого выхода блока 27 управл емый фазовращатель 16 устанавливаетс  в

свое первое состо ние, соответствующее фазовому сдвигу, при котором обеспечиваетс  равенство электрических длин опорного и измерительного каналов. Электромагнитна  волна распростран етс  от генератора 1 до второго вентил  6, где полностью поглощаетс . При этом на выходах детекторов 13, 14, 18, 20 по вл ютс  сигналы

Ui3 Kw ( Ei 2 + Е2 2 -г 2EiE2 cosy ) ;

Ui4 Км ( Ei 2 + E2 2 - 2EiE2 cosp ) ; Ui8 Ki8E32,Ui9 KigE52;

U20 - K20E42, где px -измер емый фазовый сдвиг.

Сигналы Ui3, Ui4 подаютс  на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид

Ui5 4KiaEi Eacospx,

Под действием сигнала с седьмого выхода блока 27 управл емый коммутатор 21 поочередно подключает выходы детекторов 18, 19, 20 и блока 15 к входу аналого-цифрового преобразовател  22, который поочередно запускаетс  сигналом с третьего выхода блока 27, преобразует сигналы Die. Ui9, U2o, Die в цифровые эквиваленты the, Uig, Uao, Uis и передает их на вычислительный блок 23. По сигналу с четвертого выхода блока 27 вычислительный блок 23 запоминает эти сигналы дл  дальнейшего использовани .

По сигналу с восьмого выхода блока 27 управл емый фазовращатель 16 устанавли

ваетс  в свое второе состо ние и на выходах детекторов 13, 14 по вл ютс  сигналы

Uis Ki3 ( Ei 2 + Е2 2 Н- 2EiE2 ) ;

Ui4 Ki4 ( Ei 2 -f E2 2 - 2EiE2 slnpx ) ;

Сигналы Ui3, Ui4 подаютс  на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид

Ui5 4Ki3EiE2sinpx.

По сигналу с седьмого выхода блока 27 управл емый коммутатор 21 подключает выход блока 15 к входу аналого-цифрового преобразовател  22, который преобразует сигнал U is в цифровой эквивалент Uis и передает его на вычислительный блок 23, запоминающий этот сигнал дл  дальнейшего использовани .

Под действием сигнала с первого выхода блока 27 управл емый переключатель 3 подключает выход п того направленного ответ- вител  17 к соединенным последовательно третьему и четвертому направленным ответ- вител м 7, 10, исследуемому невэаимному четырехполюснику 9. второму и первому направленным отаетвител м 8.7 и второму вентилю

6, Электромагнитна  вол на распростран етс  от генератора 1 до второго вентил  6, где полностью поглощаетс . При этом на выходах детекторов 19,20 по вл ютс  соответственно

сигналы

U19 KigEs2: U2o К20Е42.

Под действием сигнала с седьмого выхода блока 27 управл емый коммутатор 21 поочередно подключает выходы детекторов

19, 20 к входу аналого-цифрового преобразовател  22, который запускаетс  сигналом с третьего выхода блока 27, преобразует сигналы Dig , U2o в цифровые эквиваленты Uig, передает их на вычислительный блок,

запоминающий эти сигналы, и по седьмому импульсу с четвертого выхода блока 27 по заложенной в его посто нную пам ть программе реализует следующие алгоритмы

КПр 10lg () ;Кобр 10lg ;

-иif

Гобр 1и;Т arctguf30 ft Ю1д рЫ ,

V ПР /

5

0

е

5

0

где Кпр, Кобр - модули коэффициентов передачи исследуемого невзаимного четырехполюсника 9 в пр мом и обратном направлени х;

Гпр, Гобр - модули коэффициентов отражени  в пр мом и обратном направлени х;

fa - измер емый фазовый сдвиг коэффициента передачи в пр мом направлении; вентильное отношение.

Значени  параметров Кпр, Кобр, ГПр, х, Гобр, / на данной частоте генератора 1 запоминаютс  в вычислительном блоке 23.

По сигналу с блока 27 генератор 1 перестраиваетс  на другую частоту и процесс измерени  повтор етс . Одновременно с этим по сигналу с четвертого выхода блока 27 осуществл етс  выборка из пам ти вычислительного блока 23 измерительной информации и передача ее в цифроаналоговый преобразователь 24, который преобразует цифровые сигналы Кпр. Кобр. Гобр. Гпр, fk ,fi в аналоговые сигналы и поочередно передает их на вертикальные пластины электроннолучевого индикатора 2. Таким образом, на его экране образуетс  совокупность свет щихс  точек, из которых формируетс  изображение частотных характеристик измер емых параметров . Одновременно на табло цифрового

индикатора 25 индицируютс  записанные в его пам ть по сигналу с п того выхода блока 27 значени  измеренных параметров на желаемой частоте.

Блок 27 работает следующим образом.

Генератор 28 вырабатывает периодическую последовательность пр моугольных импульсов , которые поступают на вход счетчика

29.В результате на выходе счетчика 29 формируетс  двоичный код, который подаетс  на входы цифроаналогового преобразовател 

30,дешифратора 31 и блока 33. Цифроанало- говый преобразователь 30 вырабатывает ступенчато измен ющийс  сигнал, который поступает на второй выход блока 27 управлени  частотой генератора 1. Дешифратор 31 на каждом из своих выходов вырабатывает сдвинутые во времени относительно друг друга импульсы, которые подаютс  на формирователь 32. Формирователь 32 представл ет собой схему из четырех дифференцирующих цепочек, к каждой из которых подключен логических элемент ИЛИ в качестве формировател  импульса с крутым фронтом. Сигнал с первого инвертора блока 32 поступает на третий выход блока 27 и предназначен дл  запуска аналого-цифрового преобразвател  22. Сигнал со второго инвертора блока 32 подаетс  на четвертый выход блока 27 и предназначен дл  обеспечени  записи измерительной информации, поступающей с аналого-цифрового преобразовател  30 в вычислительный блок 23.Сигнал с третьего инвертора блока 32 подаетс  на п тый вы- -ход бл.ока 27 и предназначен дл  обеспечени  записи информации с вычислительного блока в блок пам ти цифрового индикатора 25. Сигнал с четвертого инвертора блока 32 поступает на шестой выход блока 27 и предназначен дл  гашени  обратного хода луча электронно-лучевого индикатора 2. Блок 33 вырабатывает сигнал управлени  управл емым фазовращателем 16, который поступает на восьмой выход блока 27. Усилитель 34 вырабатывает сигнал управлени  управл емым переключателем 3 и поступает на первый выход блока 27. Цифровой сигнал в виде двоичного кода поступает на седьмой выход блока 27 и предназначен дл  управлени  состо нием управл емого коммутатора 21.

Таким образом, благодар  введению новых элементов и св зей измеритель параметров невзаимного четырехполюсника позвол ет дополнительно измер ть фазовые сдвиги коэффициентов передачи четырехполюсников , что дает возможность вместо двух измерителей использовать один и тем

0

самым повысить производительность измерений и сократить затраты на приобретение дополнительной аппаратуры, ее эксплуатацию и ремонт. 5Формул а изо бретени  

Claims (3)

1. Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника, содержащий генератор качающейс  частоты, выход управлени  разверткой которого соединен с входом го-.

ризонтального отклонени  электронно-лучевого индикатора, а вход управлени  качанием частоты - с первым выходом блока управлени , управл емый переключатель, к первому выходу которого подключены по5 следовательно соединенные первый вентиль , первый направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу вторичного канала которого подключен первый детектор, второй направленный ответвитель, к второму выходу управл емого переключател  подключены последовательно соединенные второй вентиль, третий направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу втое ричного канала которого подсоединен второй детектор, и четвертый направленный ответвитель падающей волны, а к управл ющему входу - второй выход блока управлени , выходы первого и второго де0 текторов подсоединены соответственно, к первому и второму входам управл емого коммутатора, а выход третьего детектора - к его третьему входу, выход управл емого коммутатора через последовательно соеди5 ненные аналого-цифровой преобразователь , вычислительный блок и первый ци{ ро-аналоговый преобразователь подсоединен к входу горизонтального отклонени  электронно-лучевого индикатора, второй

0 выход вычислительного блока соединен с входом цифрового индикатора, а управл ющий вход электронно-лучевого индикатора соединен с выходом блока гашени  луча, причем управл ющие входы аналого-цифро5 вого преобразовател ,вычислительного блока, цифрового индикатора, блока гашени  луча и управл емого коммутатора соединены , соответственно, с третьим, четвертым, п тым, шестым и седьмым выходами блока

0 управлени , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет обеспечени  измерени  фазовых параметров, введен п тый направленный ответвитель падающей волны,

5 включенный между выходом генератора качающейс  частоты и входом управл емого переключател , выход вторичного канала п того направленного ответвител  падающей волны соединен с входом третьего детектора , вторичный канал второго направленного ответвител  ориентирован на прошедшую во му и соединен с первым входом введенного фазового детектора, второй вход которого через введенный управл емый фазовращатель соединен с выходом вторичного канала четвертого направленного ответвител  падающей волны, а выход - с четвертым входом управл емого коммутатора , при этом выходы первичных каналов второго и четвертого направленных ответ- вителей предназначены дл  подсоединени  исследуемого невзаимного четырехполюсника , а управл ющий вход управл емого фа- зовращател  соединен с восьмым дополнительным входом блока управлени .

2. Измеритель по п. 1,отличающийс  тем, что фазовый детектор содержит 3-дБ направленный ответвитель, первый вход которого  вл етс  первым входом фазового детектора, второй вход - его вторым входом , а первый и второй выходы соответст0

5

0

венно через четвертый и п тый детекторы соединены с первым и вторым входами блока вычитани , выход которого  вл етс  выходом фазового детектора.

3. Измеритель поп. 1,отличающий- с   тем, что блок управлени  содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и формирователь коротких импульсов, выходы которого  вл ютс  соответственно третьим, четвертым, п тым и шестым выходами блока управлени , при этом выход счетчика импульсов через второй цифроана- логовый преобразователь  вл етс  вторым выходом блока управлени , через блок питани  с программным управлением - восьмым дополнительным выходом, через усилитель мощности - первым выходом и, кроме того, вл етс  седьмым выходом блока управлени .