Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

yi)s G01 R 27/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4697710/09 (22) 29.05.89 (46) 15.05.91. Бюл. М 18 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) А. Н. Трушкин, Н. А. Грудина и И. И.

Красников (53) 621.317.341(088.8) (56) Елизаров А. С. Автоматизация измерений параметров линейных невзаимных

СВЧ-четырехполюсников. — M., Сов. радио, 1978, с. 130.

Авторское свидетельство СССР

М 924623, кл. G 01 R 27/32, 1980. Ы,, 1649470 А1 (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НЕВ3АИМНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к радиоиэмерительной технике. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров. Измеритель содержит г-р 1 качающейся частоты, электронно-лучевой индикатор 2, управляемый переключатель 3, вентили 6, направленные ответвители 7, 8, f0 и 17, исследуемый невзаимный четырехполжник 9. фазовый детектор 11, управляемый фазовращатель (У Ф) 16, детекторы 18, 19 и 20, управляемый коммутатор 21, АЦП

22, вычислительный блок 23, ЦАП 24, цифро1649470

25

45 вой индикатор 25; блок 26 гашения луча и блок

27 управления. Работа измерителя начинается с трех этапов калибровки, На первом этапе исключается УФ 16 (разрывается опорный канал) и вместо исследуемого невэаимного четырехполюсника 9 подключается отрезок регулярного волновода. На втором этапе подключается УФ 16. На третьем этапе измериИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров радиотехнических устройств в диапазоне сверхвысоких частот.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 — структурная электрическая схема блока управления.

Измеритель содержит генератор 1 качающейся частоты. электронно-лучевой индикатор 2, управляемый переключатель 3, подключенный к двум цепям 4 и 5 иэ последовательно соединенных первого (второго) вентиля 6 и первого (третьего) направленного ответвителя 7 прошедшей волны, второй направленный ответвитель 8 падающей волны, исследуемый невзаимный четырехполюсник 9 и четвертый направленный ответв№тель 10 прошедшей волны, фазовый детектор 11, содержащий трехдецибельный направленный ответвитель 12 с четвертым и пятым детекторами 13, 14 и блок 15 вычитания. Кроме того, измеритель содержит управляемый фазовращатель 16, пятый направленный ответвитель 17 падающейволны, первый, второй и третий детекторы 18. 19, 20, управляемый коммутатор 21, аналогоцифровой преобразователь 22, вычислительный блок 23, первый цифроаналоговый преобразователь 24, цифровой индикатор

25, блок 26 гашения луча, и блок 27 управления. Блок 27 содержит генератор 28 тактовых импульсов, счетчик 29 импульсов, второй цифроаналоговый преобразователь 30, дешифратор 31. формирователь 32 коротких импульсов, блок 33 питания с программным управлением и усилитель 34 мощности.

Измеритель работает следующим образом.

На первом этапе калибровки исключается управляемый фазовращатель 16 (разрываетея опорный канал). Вместо исследуемого тель калибруется на верхней и нижней частотах рабочего диапазона. На этом калибровка заканчивается и вместо отрезка регулярного волновода включается исследуемый невзаимный четырехполюсник 9 и измеряются заданные параметры, В измерителе могут быть выполнены детектор 11 и блок 27 управления. 2 э,п. ф-лы, 2 ил. невзаимного четырехполюсника 9 подключается отрезок регулярного волновода. Под действием сигнала с первого выхода блока

27 переключатель 3 подключает к выходу пятого направленного ответвителя 17 соединенные последовательно первый вентиль

6, первый и второй направленные ответвители 7, 8 отрезок регулярного волновода. четвертый и третий направленные ответвители 10, 7 и второй вентиль 6, Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается. При этом на выходах детекторов 13, 14, 18, 20 появляются соответственно сигналы

0 13 = K13 Е1; 014 =* K14 Е2, 018 К18 =

= К18ЕЗ;020 = K20E4 где К 13, К14, Ê18, K2o — коэффициенты преобразования детекторов 13, 14, 18, 20;

E1 — напряженность электрического поля на входе детектора 13;

E2 — напряженность электрического поля на входе детектора 14;

Ез.— напряженность электрического поля на входе детектора 18;

Е4 — напряженность электрического поля на входе детектора 20..

Сигналы 013, 014 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого

015 К13Е1 - K14E2 (1)

Сигналы 015 018. 020 подаются на уп равляемый коммутатор 21, который под действием сигнала с восьмого выхода блока 27 поочередно подключает выходы блока 15, детекторов 18, 20 к входу аналого-цифрового преобразователя 22. Аналого-цифровой

5п преобразователь 22 запускается сигналом с третьего выхода блока 27 и преобразует сигналы 015. 018. 020 в цифровые эквиваленты, которые через вычислительный блок 23 беэ изменения подаются на цифровой индика55 тор 25, где по сигналу с пятого выхода блока

27 записываются в память.

Ори подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 выхода блока 15 путем регулировки коэффициента преобразова1649470 ния детектора 14 добиваются по цифровому индикатору 25 выполнения условия

015= О. (2)

При этом из (1), (2) следует, что (для 3-дБ направленного ответвителя 12 Е1=Е 2)

К 14 К13 (3)

Ег

Значение коэффициента К14 в дальнейшем не изменяется.

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 детекторов 18, 20 путем регулировки коэффициента преобразования детектора 20 добиваются по цифровому индикатору 25 условия

018 = 020. (а) При этом из (4) следует, что г

«8 Ез (5)

Е4

Значение коэффициента К20 в дальнейшем не изменяется.

На втором этапе калибровки подключается управляемый фазовращатель 16. На выходах детекторов 13, 14 появляются сигналы

U13 = К13(E1 + Ег +2E1E2 cosp1 );

014 = К14 (E1 + E2 — 2E1E2 соэр1 ), где rp1 -фазовый сдвиг между сигналами Е1, Ег обусловлен неравенством электрических длин опорного и измерительного каналов.

Сигналы 013, 014.подаются на блок 15. сигнал на выходе которого с учетом (3) имеет вид

U15 = 4K13 Е1Е2 cosp1 .

При подключении к аналого-цифровому преобразователю 22 выхода блока 15 путем регулировки фазового сдвига, обеспечиваемого управляемым фазовращателем 16, добиваются равенства электрических длин опорного и измерительного каналов по максимуму показаний цифрового индикатора

25. flo достижении равенства электрических длин опорного и измерительного каналов у1=0 и, следовательно

U 15= 4 К13Е1Ег, Значение сигнала управляемым фазовращателем 16, соответствующее этому состоянию управляемого фазовращателя, в дальнейшем не изменяется, Далее путем регулировки фазового сдвига, обеспечиваемого управляемым фаэовращателем 16. добиваются нулевого показания цифрового .индикатора 25. При этом сигналы на выходах детекторов 14, 13 и блока 15 будут иметь вид

013 = К13 (Е1 + E2 +2Е1Ег соэ г), U14 = К14 (E1 + Ег — 2E1E2 cos ) ..

015 = 4К13 Е1Е2 cosp2 = 0 .

Л

Откуда получаем щ = — . Значение сиг2 нала управления управляемым фазовращате5 лем 16, соответствующее второму состоянию управляемого фазовращателя 15, в дальнейшем также остается постоянным.

На третьем этапе калибровки сигналом с первого выхода блока 27 управляемый пе"0 реключатель 3 подключает выход пятого направленного ответвителя 17 к соединенным последовательно третьему и четвертому направленным ответвителям 7, 10 отрезку регулярного, волновода, второму и первому направленным ответвителям 8, 7 и второму вентилю 6. Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается. При этом на выходах детекторов 18. 19 появляются сигналы соответственно

U18 = K18 Е1 019 = К19 Е5 где K19 — коэффициент преобразования детектора 19;

25 Е5 — напряженность электрического поля на выходе детектора 19.

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

30 детектора 19добиваются по цифровому индикатору условия

019 = 018 (6), При этом из (6) следует, что

35 К 19 (7)

Значение коэффициента К19 в дальнейшем не изменяется, 40 По сигналу со второго выхода блока 27 генератора 1 перестраивается на другую частоту и процесс калибровки повторяется.

После калибровки измерителя на верхней частоте рабочего диапазона генератор 1 ус45 танавливается в исходное состояние (перестраивается на нижнюю частоту рабочего диапазона). На этом калибровка заканчивается и вместо отрезка регулярного волновода включается исследуемый невзаимный

50 четырехполюсник 9. Под действием сигнала с первого выхода блока 27 управляемый переключатель 3 подключает к выходу пятого направленного ответвителя 17 соединенные последовательно первый вентиль 6, 55 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 управляемый фазовращатель 16 устанавливается в

1649470

20

30 Р1(11 свое первое состояние, соответствующее фаэовому сдвигу, при котором обеспечивается равенство электрических длин опорного и измерительного каналов, Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается, При этом на выходах детекторов 13, 14, 18, 20 появляются сигналы

01з =К1з(Е1 +.Е2 +2E1E2созр);

014 = K14 (Еl + E2 — 2Е1Е2 cosp< ):

018 К18ЕЗ 019 К19 Е5

U20 = К20Е4 где р< -измеряемый фазовый сдвиг.

Сигналы 01з, 014 подаются на блок 15. сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид

015 = 4Кlз El E2 созе», Под действием сигнала с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 поочередно подключает выходы детекторов 18, 19, 20 и блока 15 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который поочередно запускается сигналом с третьего выхода блока

27, преобразует сигналы 018, 019, 02о, 015 в цифровые эквиваленты 018, 019, 02о, 015 и передает их на вычислительный блок 23, По сигналу с четвертого выхода блока 27 вычислительный блок 23 запоминает эти сигналы для дальнейшего использования.

По сигналу с восьмого выхода блока 27 управляемый фаэовращатель 16 устанавливается в свое второе состояние и на выходах детекторов 13, 14 появляются сигналы

01з = К1з (El + Ег + 2E1E2 singÚ );

014 = К14 (E1 + E2 — 2E1E2 sing» );

Сигналы 01з, 014 подаются на блок 15, сигнал на выходе которого с учетом калибровки (3) имеет вид

015 = 4К1з Еl Е2 sin .

По сигналу с седьмого выхода блока 27 управляемый коммутатор 21 подключает выход блока 15 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который преобразует сигнал 015* в цифровой эквивалент 015 и передает его на вычислительный блок 23, запоминающий этот сигнал для дальнейшего использования .

Под действием сигнала с первого выхода блока 27 управляемый переключатель 3 подключает выход пятого направленного ответвителя 17 к соединенным последовательно третьему и четвертому направленным ответвителям 7. 10, исследуемому невзаимному четырехполюснику 9. второму и первому направленным ответвителям 8,7и второму вентилю

6. Электромагнитная волна распространяется от генератора 1 до второго вентиля 6, где полностью поглощается, При этом на выходах детекторов 19, 20 появляются соответственно сигналы

019* = Kl9E5; 028* = К2оЕ4 .

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

19, 20 к входу аналого-цифрового преобразователя 22, который запускается сигналом с третьего выхода блока 27, преобразует сигналы Ulg*, 020* в цифровые эквиваленты 019, 02о и передает их на вычислительный блок, запоминающий эти сигналы, и по седьмому импульсу с четвертого выхода блока 27 по заложенной в его постоянную память программе реализует следующие алгоритмы

Кпр = 1019 ();Кобр = 1019 с 20 i, U19 (0 4) 018

019

Гпр — р

018

ФР

0 20: 015

Гобр =, 10» = arCtg †г-, 015 где Кпр, Кобр модули коэффициентов передачи исследуемого невзаимного четырехполюсника 9 в прямом и обратном направлениях;

Гпр, Гобр МОДУЛИ КОЭффИЦИЕНтОВ ОтРажения в прямом и обратном направлениях; ф» — измеряемый фазовый сдвиг коэффициента передачи в прямом v-правлении;

P — вентильное отношение.

ЗначениЯ паРаметРов Кпр, Кобр, Гпр, Рх

Гобр, Р на Данной частоте генеРатоРа 1 запоминаются в вычислительном блоке 23.

По сигналу с блока 27 генератор 1 перестраивается на другую частоту и процесс измерения повторяется. Одновременно с этим по сигналу с четвертого выхода блока

27 осуществляется выборка из памяти вычислительного блока 23 измерительной информации и передача ее в цифроаналоговый преобразователь 24, который преобразует

ЦИФРОВЫЕ СИГНаЛЫ Кпр. Кобр, Гобр, Гпр, Ъ,P в аналоговые сигналы и поочередно передает их на вертикальные пластины электроннолучевого индикатора 2. Таким образом, на его экране образуется совокупность светящихся точек, из которых формируется изображение частотных характеристик измеряемых параметров. Одновременно на табло цифрового

1649470

10 инвертора блока 32 подается на пятый вы-xone 0 oêà 27 и предназначен для обеспечения записи информации с вычислительного блока в блок памяти цифрового индикатора

25. Сигнал с четвертого инвертора блока 32

3S поступает на шестой выход блока 27 и предназначен для гашения обратного хода луча электронно-лучевого индикатора 2. Блок 33 вырабатывает сигнал управления управляемым фазовращателем 16, который поступа40 ет на восьмой выход блока 27. Усилитель 34 вырабатывает сигнал управления управляемым переключателем 3 и поступает на первый выход блока 27. Цифровой сигнал в виде двоичного кода поступает на седьмой выход

50 блока 27 и предназначен для управления состоянием управляемого коммутатора 21.

Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей измеритель параметров невзаимного четырехполюсника позволяет дополнительно измерять фаэовые сдвиги коэффициентов передачи четырехAohlocHkKo8, что дает воэможность вместо двух измерителей использовать один и тем индикатора 25 индицируются записанные в его память по сигналу с пятого выхода блока

27 значения измеренных параметров на желаемой частоте.

Блок 27 работает следующим образом. 5

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

29. В результате на выходе счетчика 29 формируется двоичный код, который подается на входы цифроаналогового преобразователя

30, дешифратора 31 и блока 33. Цифроаналоговый преобразователь 30 вырабатывает ступенчато изменяющийся сигнал, который поступает на второй выход блока 27 управления частотой генератора 1. Дешифратор 31 на каждом из своих выходов вырабатывает сдвинутые во времени относительно друг друга импульсы, которые подаются на формирователь 32. Формирователь 32 представляет собой схему из четырех дифференцирующих цепочек, к каждой из которых подключен логических элемент ИЛИ в качестве формирователя импульса с крутым фронтом. Сигнал с 2 первого инвертора блока 32 поступает на третий выход блока 27 и предназначен для запуска аналого-цифрового преобразвателя

22. Сигнал со второго инвертора блока 32 подается на четвертый выход блока 27 и 30 предназначен для обеспечения записи измерительной информации, поступающей с аналого-цифрсвого преобразователя 30 в вычислительный блок 23.Сигнал с третьего самым повысить производительность измерений и сократить затраты на приобретение дополнительной аппаратуры, ее эксплуатацию и ремонт.

Формула изобретения

1. Измеритель параметров невзаимного четырехполюсника, содержащий генератор качающейся частоты, выход управления разверткой которого соединен с входом го-. ризонтального отклонения электронно-лучевого индикатора, а вход управления качанием частоты — с первым выходом блока управления, управляемый переключатель, к первому выходу которого подключены последовательно соединенные первый вентиль, первый направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу вторичного канала которого подключен первый детектор, второй направленный ответвитель, к второму выходу управляемого переключателя подключены последовательно соединенные второй вентиль, третий направленный ответвитель прошедшей волны, к выходу вторичного канала которого подсоединен второй детектор, и четвертый направленный ответвитель падающей волны, а к управляющему входу —. второй выход блока управления, выходы первого и второго детекторов подсоединены соответственно, к первому и второму входам управляемого коммутатора. а выход третьего детектора— к его третьему входу, выход управляемого коммутатора через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок и первый циф ро-аналоговый преобразователь подсоединен к входу горизонтального отклонения электронно-лучевого индикатора, второй выход вычислительного блока соединен с входом цифрового индикатора, а управляющий вход электронно-лучевого индикатора соединен с выходом блока гашения луча, причем управляющие входы аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока. цифрового индикатора. блока гашения луча и управляемого коммутатора соединены, соответственно, с третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами блока управления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения фазовых параметров, введен пятый направленный ответвитель падающей волны, включенный между выходом генератора качающейся частоты и входом управляемого переключателя, выход вторичного канала пятого направленного ответвителя падающей волны соединен с входом третьего де1649470 венно через четвертый и пятый детекторы соединены с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого является выходом фазового детектора.

Составитель M. Кромин

Редактор Н.Федорова ТехредМ.Моргентал Корректор Л.Бескид

Заказ 1869 Тираж 424 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тектора, вторичный канал второго направленного ответвителя ориентирован на прошедшую волНу и соединен с первым входом введенного фазового детектора, второй вход которого через введенный управляе- 5 мый фазовращатель соединен с выходом вторичного канала четвертого направленного ответвителя падающей волны, а выход— с четвертым входом управляемого коммутатора, при этом выходы первичных каналов 10 второго и четвертого направленных ответ- . вителей предназначены для подсоединения исследуемого невзаимного четырехполюсника, а управляющий вход управляемого фазовращателя соединен с восьмым дополнительным входом блока управления.

2. Измерительпоп.1,отличающийся тем, что фазовый детектор содержит 3-д6 направленный ответвитель, первый вход которого является первым входом фазового детектора, второй вход — его вторым входом, а первый и второй выходы соответст3. Измеритель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и формирователь коротких импульсов, выходы которого являются соответственно третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока управления, при этом выход счетчика импульсов через второй цифроаналоговый преобразователь является вторым выходом блока управления, через блок питания с программным управлением — восьмым дополнительным выходом, через усилитель мощности — первым выходом и, кроме того, является седьмым выходом блока управления.