SU1675799A1 - Устройство дл измерени сдвига фаз в четырехполюснике - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  измерени  фазовых сдвигов произвольной величины различных устройств и трактов СВЧ-диапазона. Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет обеспечени  измерени  сдвига фаз СВЧ-четырехполюсников любой физической структуры с произвольной электрической длиной при пороговом изменении сдвига фаз более 360° и плавном изменении в диапазоне 0-360°. При этом расшир ютс  функциональные возможности, заключающиес  в проведении совместной статической обработки обоих режимов измерени , что обеспечиваетс  их коррелированно- стью. Дл  этого в устройство, содержащее СВЧ-генератор 1, сигнал которого через импульсный модул тор 16 и делитель 2 мощности поступает на опорный и измерительный каналы, каждый из которых содержит на

Description

Фиъ.1

правленный ответвитель (НО) 5, 6, введены усилители 17,19, формирователи импульсов (ФИ) 18, 20, при этом выходы НО и ФИ подключены к входам первого 3 и второго 21 коммутаторов соответственно. Выходные сигналы второго коммутатора 21 подключены к S-входам RS-триггеров 23. 24, управл ющих через элемент И-НЕ 27 работой счетчика 26, подключенного одним из входов к выходу второго коммутатора 21. Выход элемента И-НЕ 27 соединен с управл ющим входом блока 28 интерфейса, подключенного к вычислителю 29 и блоку 13 управлени , управл ющему работой первого 3, второго 21 коммутаторов, измерител  14 мощности, дискретного фазовращател  4 и третьего коммутатора 22, к входам которого подключены выходы трех мостов 8, 9, 10, сигналы на которые подаютс  с каналов св зи обоих НО 5, 6. Выход третьего коммутатора 22 подключен к измерителю 14 мощности, выход которого, а также выход счетчика 26 подключены к информационным входам блока 28 интерфейса, 2 ил.

Изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности к фазомет- рической аппаратуре СВЧ-диапазона, и может быть использовано дл  измерени  фазовых сдвигов произвольной величины различных устройств и трактов СВЧ-диапазона .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  путем обеспечени  измерени  сдвига фаз СВЧ-четырехполюс- ников любой физической структуры с произ- вольной электрической длиной при пороговом измерении сдвига фазы более 360° и плавном измерении сдвигов фазы в диапазоне 0-360°, при этом расшир ютс  функциональные возможности, заключающиес  в проведении совместной статистической обработке обоих режимов измерени , что обеспечиваетс  их коррели- рованностью.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, делитель 2 мощности, первый коммутатор 3, дискретный фазовращатель 4, первый 5 и второй 6 направленные ответвители, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 мосты, первую 11 и вторую 12 нагрузки, блок 13 управлени , измеритель 14 мощности , импульсный генератор 15, импульсный модул тор 16, первый усилитель 17, первый формирователь 18 импульсов, второйусили- тель 19, второй формирователь 20 импульсов , второй 21 -и третий 22 коммутаторы, первый 23 и второй 24 RS-триггеры, элемент 25 задержки, счетчик 26, элемент И-НЕ 27, блок 28 интерфейса, вычислитель 29, а также измер емый четырехполюсник 30. При этом выход СВЧ-генератора 1 через импульсный модул тор 16 подключен к входу делител  2 мощности, первый выход которого

через последовательно соединенные измер емый четырехполюсник 30 и второй направленный ответвитель 6 подключен к первому входу первого коммутатора 3, к второму входу которого через последовательно соединенные дискретный фазовращатель 4 и первый направленный ответвитель 5 подключен второй выход делител  2 мощности. Выходы первого коммутатора 3 через первый усилитель 17 и формирователь 18 импульсов и вторые усилитель 19 и формирователь 20 импульсов подключены соответственно к первому и второму входам второго коммутатора 21, выходы которых

подключены к S-входам первого 23 и второго 24 RS-триггеров, выходы которых через элемент И-НЕ 27 подключены к входу блока 28 интерфейса и входу разрешени  счетчика 26. Второй выход первого направленного

ответвител  5 через последовательно соединенные первый 7 и третий 9 мосты подключен к одному из входов третьего коммутатора 22, второй выход второго направленного ответвител  6 через второй 8 и

четвертый 10 мосты подключен к второму, третьему и четвертому входам третьего коммутатора 22, выход которого подключен к входу измерител  14 мощности, при этом выходы блока 13 управлени  подключены к

управл ющим входам коммутаторов 3, 21 и 22, фазовращател  4 и измерител  14 мощности .

Устройство работает следующим образом .

Сигнал от СВЧ-генератора 1 (фиг. 1) проходит через импульсныйг модул тор 16, где он моделируетс  импульсами от импульсного генератора 15 длительностью гт (фиг. 2а-в). Импульсный СВЧ-сигнал делитс  по мощности пополам в делителе 2 мощности и поступает в опорный и измерительный каналы устройства, предварительно сбалансированные по затуханию в зависимости от коэффициента передачи по мощности измер емого четырехполюсника (соответствующие аттенюаторы условно не показаны). Опорный сигнал, пройд  через дискретный фазовращатель 4, имеющий два состо ни  0 и 180° и наход щийс  в состо нии 0°, поступает на вход направленного ответвител  5. Измерительный сигнал через измер емый четырехполюсник 30 поступает на вход направленного ответвител  6. Измерительный сигнал с выхода последнего поступает на первый вход первого коммутатора 3, опорный сигнал с первого выхода направленного ответвител  5 поступает на второй вход первого коммутатора 3, с выходов которого опорный и измерительный сигналы поступают на соответствующие усилители 17 и 19 и далее на входы формирователей 18 и 20 импульсов, где при достижении синусоидальными сигналами порогов срабатывани  формирователей на их выходах формируютс  пр моугольные импульсы (фиг. 2г - ж). Пр моугольные импульсы поступают на входы второго коммутатора 21, с первого выхода которого измерительный сигнал поступает на S-вход RS-триггера 24. наход щегос  в нулевом состо нии, а с его второго выхода опорный сигнал поступает на S-вход RS-триггера 23, наход щегос  так же в нулевом состо нии, и через элемент 25 задержки на счетный вход счетчика 26, наход щегос  в счетном режиме. На выходе элемента И- НЕ 27 присутствует уровень логической 1, который разрешает работу счетчика 26. Первый импульс последовательности, сформированной импульсным модул тором 16, приход щий на S-вход RS-триггера 23 переводит триггер в единичное состо ние, однако состо ние элемента И-НЕ остаетс  неизменным до поступлени  первого импульса второй последовательности, прошедшей через измер емый четырехполюсник и задержанной по времени относительно первой, поступает на S-вход RS-триггера 24. который переводит RS-триг- гер 24 в единичное состо ние и формирует на входе элемента И-НЕ 27 управл ющий импульс логического О, запрещающий счет счетчика 26. Таким образом в счетчике 26 оказываетс  записанным число импульсов Nt. Число периодов сигнала СВЧ-гене- ратора, задержанных в измер емом четырехполюснике 30, равно Ni-1, соответствующее значение сдвига фазы в измер емом четырехполюснике равно 2 п (Ni-1), где NI - целое число. Данное число NI по команде с выхода элемента И-НЕ 27, поступающий на управл ющей вход блока 28 интерфейса , заноситс  через блок 28 интерфейса в вычислитель 29. Следует отметить, что значение задержки элемента 25 выбираетс  с учетом суммарного времени срабатывани  5 триггеров 23 и 24 и задержки элемента И-НЕ 27, а также дл  компенсации разности задержек измерительного и опорного каналов.

На точность определени  целого числа периодов сдвига фазы в четырехполюснике

0 вли ют следующие факторы: конечна  длительность фронтов радиоимпульсных сигналов , разное значение коэффициентов передачи усилителей 17 и 19 и разные пороги срабатывани  формирователей 18 и 20,

5 случайное значение начальной фазы сигнала СВЧ-генератора 1, аддитивна  шумова  помеха.

Дл  того, чтобы искпючить вли ние данных факторов на точность измерени , после

0 занесени  числа NI в пам ть вычислител  29 она выдает через блок 28 интерфейса и блок 13 управлени  команду на измерение состо ни  первого 3 и второго 21 коммутаторов. По данной команде выход измерительного

5 канала подключаетс  к входу усилител  17, выход формировател  18 к S-входу RS-триггера 24, а выход опорного канала соответственно подаетс  через усилитель 19 и формирователь 20 на S-вход триггера 23.

0 После чего повтор етс  процедура определени  числа N2 (фиг. 2о - т) и в вычислителе происходит подсчет истинного значени  по следующей формуле:

35

М0

Ni,+ N2

справедливость данного выражени  иллюстрируетс  временными диаграммами (фиг. 2).

Одновременно с началом каждого счета целого числа сдвига фазы NI вычислитель 29 формирует команду на счет сдвига фазы в интервале 0-360° (Д#) , который производитс  за врем  счета числа NI следующим

образом. Опорный сигнал с выхода канала св зи направленного ответвител  5 поступает на вход моста 7, где он делитс  по мощности пополам. С выходов моста 7 два сигнала сдвинутые по фазе на 90° один относительно другого поступают на соответствующие входы мостов 9 и 8. Один вход первого 7 и один вход третьего 9 мостов нагружены на согласованные нагрузки 11 и 12. Опорный сигнал, пройд  через третий

мост 9, также делитс  по мощности пополам , и сигнал, пропорциональный опорному сигналу, поступает на один из четырех входов третьего коммутатора 22, второй сигнал с выхода третьего моста 9 и сдвинутый относительно первого по фазе на 90° поступает на вход четвертого моста 10. С выхода канала св зи направленного ответвител  б изме- рительный сигнал поступает на вход второго моста 8 и, пройд  через него, образует с опорным сигналом на соответствующем входе третьего коммутатора 22 разностный сигнал, а на соответствующем входе четвертого моста 10 суммарный сигнал . С выходов четвертого моста 10 на остальные два входа третьего коммутатора 22 поступают суммарно-разностные сигналы опорного и измерительного каналов. Дл  уменьшени  погрешности измерени  фазы в пределах от 0-360° вместо четырех измерителей мощности используетс  один, к входу которого по командам блока управлени  третий коммутатор 22 производит последовательное подключение выход- ныу сигналов мостов 8 - 10. Выходные сигналы с выхода измерител  14 мощности поступают через блок 28 интерфейса в вычислитель 29, где подсчитываетс  значение фазы по следующим соотношени м: )

Pld21 + P2d22 + P3d23 + P4d24

где а - комплексна  амплитуда опорного сигнала на выходе направленного ответвител  5;

b - комплексна  амплитуда измер емого сигнала на выходе направленного ответвител  6;

Pi - Р4 - мощность сигнала, измеренна  измерителем 14 мощности, на первом - четвертом входах коммутатора 22 соответственно .

Элементы матрицы dnd44 наход тс  при калибровке перед началом измерений путем исключени  из тракта измер емого четырехполюсника.

Дополнительно следует указать, что если лежит вблизи 0 или 360°, то возможно возникновение дополнительной ошибки в определении целого числа периодов. Дл 

того, чтобы исключить данную погрешность при A(f 360 °. п± 45°, где п 0,1,.., вычислитель 29 подает команду через блок 13 управлени  на дискретный фазовращатель 4, который увеличивает сдвиг фазы в

опорном канале на 180°. Переключение фазовращател  производитс  в интервале между пачками импульсов, после чего повтор етс  процесс измерени  NI (фиг. 2и - н), значение NI, полученное при первом положении фазовращател , отбрасываетс , а измерение производитс  с учетом значени  фазы фазовращател .

Дл  снижени  погрешности измерени  производитс  п (п 10-20) циклов, результаты измерений статистически обрабатываютс  в ЗВМ, где определ етс  истинное значение сдвига фазы в четырехполюснике:

25

р Т(М0-1)+ Ар, где Т - период колебаний генератора 1.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  сдвига фаз в

   четырехполюснике, содержащее СВЧ-гене- ратор, делитель мощности, первый коммутатор , дискретный фазовращатель, первый и второй направленные ответвители, первый , второй, третий и четвертый мосты, первую и вторую нагрузки, блок управлени , измеритель мощности, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности при расширении функциональных возможностей , в него введены импульсный генератор,

   импульсный модул тор, последовательно соединенные первый усилитель и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные второй усилитель и второй формирователь импульсов, второй и третий

   коммутаторы, два RS-триггера, элемент задержки , счетчик, элемент И-Н Е, блок интер- фейса и вычислитель, причем выход СВЧ-генератора через импульсный модул тор соединен с входом делител  мощности,

   один из выходов которого через последовательно соединенные дискретный фазовращатель и первый направленный ответвитель св зан с одним из входов первого коммутатора, другой вход которого через последовательно соединенные второй направленный ответвитель и измер емый четырехполюсник соединен с другим входом делител  мощности, выходы первого коммутатора подключены к входам соответствующих усилителей, а выходы формирователей импульсов соединены с соответствующими входами второго коммутатора, подключенного выходами к S-входам соответствующих RS-триггеров, выходы которых соединены с входами элемента И-НЕ, подключенного выходом к входу запрета счетчика и управл ющему входу блока интерфейса, выход сброса которого соединен с R-входами каждого триггера и счетчика , счетный вход которого через элемент задержки св зан с одним из выходов второго коммутатора, выходы каналов св зи первого и второго направленных ответвитблей подключены соответственно к одним из входов первого и второго мостов, выходы первого моста соответственно соединены с одним из входов третьего моста и другим входом второго моста, другие входы первого и третьего мостов подключены к соответствующим нагрузкам, один из выходов

   второго и третьего мостов соединены с соответствующими входами четвертого моста, а их другие выходы и выходы четвертого моста св заны соответственно с входами

   третьего коммутатора, подключенного выходом к входу измерител  мощности, выход которого соединен с одним из информационных входов блока интерфейса, другой информационный вход которого подключен

   к выходу счетчика, управл ющие входы дискретного фазовращател , измерител  мощности и третьего коммутатора св заны с соответствующими выходами блока управлени , управл ющие входы первого и второ-.

   го коммутаторов соединены между собой и подключены к соответствующему выходу блока управлени , вход которого соединен с выходом блока интерфейса, подключенного входом-выходом к вычислителю, а выход

   импульсного генератора соединен с управл ющим входом импульсного модул тора.

   а Выи СВЧ ген

   8 Вы ИМ мм

   8 Вых.

   имо «а

   .

   г- лЛА/Ш /

   г Выи

   УС 17

   д Выл УС/5

   1 J 5 « 7 J

   ЛУЩ1Ш

   бШшпошш

   К Вш УС «I

   %ог

   -щ

   ЩМУ1

   НУ Mil 11111155 и .

   JIMR

   ri Вык УС/7

   mn.{i,ifliiL..r.r

   Ь Вы Фиго

   С Бчд ФИ(8

   8-4МШШ

   А&-Я1

   Фиг. 5

   11 i i « т i

   Ж1 t nil

   Пу„ фИ/Д

   ifliiL..r.r

   11 i i « т i

   Ж1 t nil