Устройство для измерения фазовых сдвигов

Устройство для измерения фазовых сдвигов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано для автоматичеркого прецизионного измерения разности фаз, вносимой высокочастотными (ВЧ) элементами и ВЧ-трактами. Цель изобретения - повышение точности измерения фазовых сдвигов. Устройство содержит генератор 1, ВЧ-переключатели

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3920103/24-21 (22) 27.06.85 (46) 30.01.87. Бюл. Ф 4 (72) С.В.Алексеев, С.Н.Луховской, В.И.Потапов и Д.Д.Юдин (53) 621.317.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1045156, кл. С 01 R 25/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 1091091, кл. С 01 R 25/00, 1982, „„SU„„3287036 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОBbK СДВИГОВ (57) Изобретение может быть использовано для автоматического прецизионного измерения разности фаз, вносимой высокочастотными (ВЧ) элементами и ВЧ-трактами. Цель изобретения — повышение точности измерения фазовых сдвигов. Устройство содержит генератор 1, ВЧ-переключатели

1287036

f0 !

20

2-5 и 10, согласующие элементы 6 и

7, ВЧ-ответвители 8 и 9, развязывающие аттенюаторы 13 и 14, усилителиограничители 18 и 21, преобразователи 19 и 20 частоты, триггер 28, коммутатор 29, элемент И 30, 33 и

34, генератор 3 1 импульсов, реверсивный счетчик 37 и блок 38 управления.

В устройство введены ВЧ-переключатели 11, 16 и 17, раэвяэывающий аттенюатор 15, усилитель-ограничитель

22, ответвитель 23 на три направления, преобразователь 24 частоты, согИзобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к фазометрии, Изобретение может быть использовано для автоматического прецизионного из»»ерения разности фаз, вносимой высокочастотными (ВЧ) элементами .и ВЧ-трактами, без расчл».нения радиочастотных соединений.

Цел» изобретения — повышение точности измерения фазовых сдвигов.

Цель изобретения достигается за счет автоматического определения и компенсации дополнительных фазовых сдвигов, вносимых входными и выходными переключателями.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит генератор первый, второй, третий и четвертый . высокочастотные (ВЧ) переключатели

2-5, согласующие элементь» 6 и 7,первый и второй ВЧ-ответвители 8 и 9, пятый и шестой ВЧ-переключатели 10 и 11, исследуемый высокочастотный объект 12, первый, второй, третий развязывающие аттенюаторы 13-15, седьмой и восьмой высокочастотные переключатели 16 и t7 усилительограничитель 18, первый и второй преобразователи 19 и 20 частоты, второй и третий усилители-ограничители ° 21 и 22, ответвитель на три 23, третий преобразователь частоты 24, .третий согласующий элемент 25, первый, второй низкочастотные переклюласующнй элемент 25, нп з кочаст от ные переключатели 26 и 27, делитель 32 частоты и элементы И 35 и 36. Устройство позволяет автоматически определять и компенсировать дополнительные фазовые сдвиги, вносимые входными и выходными ВЧ-переключателями.

Обеспечивает высокочастотное измерение разности фаз, вносимой ВЧ-объектами, которые могут содержать любой набор каскадно включенных активных, пассивных и коммутирующих ВЧ-элементов.,2 табл. 2 ил." чатели 26 и 27, первый триггер 28, коммутатор 29, элемент И 30, генератор 31 импульсов, делитель частоты

32, первый, второй, третий, четвертый элементы И 33-36, реверсивный счетчик 37 и блок управления 38, Первый выход генератора 1 соединен с входом ВЧ-переключателя 11, первый выход которого соединен с входом ВЧ-переключателя 2. Выходы этого ВЧ-переключателя соединены с первыми выходами ВЧ-переключателей 4 и 3. Второй выход ВЧ-переключателя 3 соединен с согласующим элементом 6, а второй выход ВЧ-переключателя 4 — с элементом 7. Входы

ВЧ-переключателей 3 и 4 соединены с ответвителями 8 и 9, Первые выходы ответвителей 8 .и 9 соединены соответственно с входами ВЧ-переключателей 5 и 10. Первые выходы этих переключателей соединены между собой с помощью кабельной перемычки, Вторые выходы ВЧ-переключателей 5 и 10 сое— динены соответственчо с входом и выходом исследуемого ВЧ-объекта. Кроме второго выхода ВЧ-переключателя 5 к входу исследуемого 8»I-объекта непосредственно подключены вход развязывающего аттенюатора 13 и выход развязывающего аттенюатора 14. Кроме выхода ВЧ-переключателя 1О к выходу исследуемого ВЧ-объекта 12 непосредственно подключен вход развязывающего аттенюатора 15. Выходы развязывающих аттенюаторов 13 и 15 соединены с первым и вторым выходом ВЧ-переключателя 17. Вход этого переключателя соединен с первым входом преобразователя частоты 24, выход которого соединен с входом усилителя-ограничителя 18. Вторые выходы ответвителей 8 и 9 соединены с первыми входами преобразователей 19 и 20 частоты; выходы которых соединены с входами усилителей-ограничителей 21 и

22. Вторые входы преобразователей 19, 24 и 20 частоты соединены с первым, вторым и третьим выходом ВЧ-ответвителя на три 23, вход которого соединен с вторым выходом генератора

1. Второй выход ВЧ-переключателя 11 соединен с первым выходом ВЧ-переключателя 16, второй выход которого соединен с согласующим элементом 25.

Вход этого переключателя соединен с

Выходы усилителей-ограничителей 21 и 22 соединены с первыми входами низкочастотных переключателей 26 и 27 соответственно, а вторые входы этих низкочастотных переключателей соединены с выходом усилителя-ограничителя 18. Выходы переключателей 26 и

27 соединены с входами триггера 28, выходы которого соединены с входами коммутатора 29 выходов триггера, Выход коммутатора 29 выходов триггера соединен с первым входом элемента И

30, а второй вход этого элемента . — с выходом генератора 31 счетных импуль3 1287036 4 предназначен для деления числоимпульсного кода, формируемого элементом И 30, на число два.

По мере формирования числоимпульсные коды М, или N o накапливаются в реверсивном счетчике 37, а затем фиксируются в нем. Режим работы реверсивного счетчика сложения (вычитания) числоимпульсного кода

10 задается блоком управления 38. Параллельный двоичных код, зафиксированный на выходах реверсивного счетчика 37, представляет собой результат измерения исследуемой разности

15 фаз.

Блок управления 38 формирует необходимые сигналы, обеспечивающие синхронную работу устройства.

B табл. 1 приведены состояния вывходом развязывающего аттенюатора 14. 20 ходов блока управления 38.

В табл. 2 приведены эпюры выходных сигналов, поясняющие принцип работы блока управления.

Р

Выходные сигналы блока управле25 ния формируются с помощью последовательности импульсов, формируемым генератором 3.1 счетных импульсов.

Предлагаемое устройство последовательно выполняет четыре операции.

30 При этом для получения конечного результата необходимо провести семь измерений разности фаз при определенных положениях коммутационных орга- нов устройства.

36 соединены с соответствующими выходами блока управления 38. Входы управления ВЧ-переключателей 2,3,4, 5, 10, 11, 17, 16, входы управления низкочастотньм переключателей 27, вход управления коммутатора выходов коммутатора 29, вход установки ("0" реверсивного счетчика 37 соединены с ( соответствующими выходами блока управления 38. Делитель частоты 32

55 сов. Кроме этого, выход генератора

31 счетных импульсов соединен с входом блока управления 38. Выход элемента И 30 соединен с счетеым входом делителя 32 и первым входом эле- мента И 33. Выход делителя 32 соединен с первым входом элемента И 34.

Выходы элементов И 33 и 34 объединены и соединены с входами элементов И

35 и 36, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления 38. Выходы элементов И 35 и 36 соединены соответственно с входами реверсивного счетчика 37. Вторые входы элементов И 33Рассмотрим работу устройства.

Измерение разности фаз без расчленения радиочастотных соединений включает в себя (табл. 2) определение фазового сдвига, вносимого исследуемым ВЧ-объектом вместе с ВЧ-переключателями 10 и 11, которые установлены на его входе и выходе, при этом измерение производится с погрешностью расфазировки между измерительным и опорным каналами устройства (первая операция, первое измерение); определение вею ичины расфазировки между измерительным и опорным каналами устройства и автоматическая коррекция предьдущего результата измерения, после выполнения этой операции фиксируется значение исследуемого фазового сдвига „ с погрешностью, вносимой ВЧ-переключателями 10 и 5, при этом определение расфазировки между измерительным и опорным каналами уст» ройства и коррекции предьдущего ре.зультата измерения производится одно128703 временно (вторая операция, втоРое и тре" тье измерение);определение фазового сдвига, вносимого входным ВЧ-переключателем 5 и автоматическая коррекция результата второй операции (третья операция, четвертое и пятое измерение); определение фазового сдвига, вносимого выходным ВЧ-переключателем

10 и автоматическая коррекция результата третьей операции и фиксация ко- 10 нечнога результата измерения разности фаз без расчленения радиочастотных .соединений (четвертая операция, шестое и седьмое измерение).

Рассмотрим первую операцию. При выполнении этой операции коммутационные органы устройства установлены в положения, которые показаны на фиг. 1. Сигналы, формируемые блоком управления 38, описаны в табл, 1 и 20 представлены на фиг. 2. Количественные соотношения, имеющие место при проведении этой операции приведены в соответствующей строке табл. 2. В результате Выполнения первои операции

25 и на выходах реверсивного счетчика

37 фиксируется двоичный код N,ч,, 1 значение которого соответствует фаэовому сдвигу.

30 ОСА иЧЛ+ 4Ь-

VA- 4 Ц Ч Ч„ Ц 2 + 35

+P — фазовый сдвиг, вносимый опорным каналом устройстВа (канал A) который содержит ответвитель 8, преобразователь частоты 19, 40 .у<илитель-ограничитель 21, ВЧ-линии связи опорного канала, триггер 28;

4(4 е — фазовый сдвиг, вносимый 45 измерительным каналом устройства (канал В), который содержит ответвитель З,преобразователь частоты 20, усилитель-ограничитель 22, 50

ВЧ-линии связи измерительного канала, триггер 28; (ь„ — фазовый сдвиг, вносимый входным БЧ-переключателем

5 и ВЧ-линиями связи, соединяющими его вход с ответВителем 8, а его первый выход — с входом исследуемого ВЧ-объекта;

6 6 ц>,„ — фазовый сдвиг ВнОсимый выходным ВЧ-переключателем

10 и ВЧ-линиями связи, соединяющими его вход с ответвителем 9 и его первый выход с выходом исследуемого

ВЧ-объекта 12;

Яв,(p — фазовый сдвиг, вносимый ответвителями 8 и 9;

Ч„,ф, — фазовый сдвиг, вносимый усилителями-ограничителями

21 и 22; 9 Ц фазоВЫЙ сдВиГ Вносимый преобразователями 19 и 20 частоты;

g2>,(g — фазовый сдвиг, вносимый

2Я триггером 28 по входу канала А и В соответственно; д,9A — фазовый сдвиг, вносимый ВЧ линиями связи опорного и измерительного канала устройства соответственно.

При этом НЧ-переключатели 26 и 27 не вносят заметных дополнительных фазовых сдвигов. Таким образом, в результате первой операции произведено измерение разности фаэ между выходами ответвителей 8 и 9, которые соединены с входами преобразователей 19 и 20 частоты. Из выражения (1) следует, что для точного определения фазового сдвига („ необходимо определить и компенсировать фазовые сдвиги (ps i(A ех > ьых В рВНН0М Устройстве компенсация этих фазовых сдвигов осуществляется последовательно в последующих трех операциях.

Рассмотрим вторую операцию (табл. 2). Во втором измерении блок управления 38 устанавливает коммутационные органы устройства в положения, укаэанные во второй строке табл. 1, При проведении второй операции исследуемый ВЧ-объект 12 исключается иэ схемы измерения с помощью ВЧ-переключателей 10 и 5. Во втором измерении сигнал генератора

1 проходит через кабельную перемычку в прямом направлении, т.е. от ответвителя 8 к ответвителю 9. При этом на выходе делителя 32 формируется числоимпульсный код N значе-. нию которого соответствует фазовый

Ч +S++ >A сдвиг (2 где (p фазовый сдвиг, вносимый ВЧ-переключателями 10 и 5, кабельной перемычкой и ВЧ-линиями связи, соединяющими ВЧ-переключатели 10 и 5 с ответ7 1287036 вителями 8 и 9. Код N поступает на реверсивный счетчик 37, который работает в режиме вычитания, После второго измерения на выходах реверсивного счетчика 37 фиксируется двоичный код N -N . В третьем измерении блок управления 38 устанавливает коммутационные органы устройства в положения, указанные в третьей строке табл, 1. При этом сигнал генератора 1 проходит через кабельную перемычку в обратном направлении, т.е. от ответвителя 9 к ответвителю 8. В этом случае разность фаз между входом опорного и измерительного каналов равна 360 -(g . Ha обо ратном выходе триггера 28 формируется прямоугольный импульс, длительность которого прямо пропорциональна фазовому сдвигу 20 ректирован результат первой операции .

Рассмотрим третью операцию (табл. 2) . В четвертом измерении блок управления 38 устанавливает коммутационные органы устройства в положения, указанные в .четвертой строке табл. 1. Для проведения четвертого и пятого измерения используется первый вспомогательный канал устройства, Этот канал содержит раэвязывающий аттенюатор 13, ВЧ-переключатель 17, преобразователь частоты 24, усилитель-ограничитель 18 и вносит фазовый сдвиг ! «о"

Ср Ч ср<Ь 9 7 У в Ц28 ср ) де (р, — фазовый сдвиг, вносимый развязывающим аттенюатором 13;

Ч, — фазовый сдвиг, вносимый

ВЧ-переключателем 17; ц, — фазовый сдвиг, вносимый преобразователем частоты

25 24;

Ч", — фазовый сдвиг, вносимый усилителем-ограничителем

18; ( (p«- фазовый сдвиг, вносимый

30 ВЧ-линиями связи первого вспомогательного канала устройства.

В четвертом измерении сигнал генератора 1 проходит в прямом направлении, т.е. от ответвитвля 8 к входу исследуемого ВЧ-объекта 12. В результате этого измерения на выходе делителя 32 формируется числоимпульсный код N< значению которого соответствует фазовый сдвиг

Ч- с в+ Ч в .Чь

Ц вЂ” Ц = Ц в-Ц

Для того, чтобы компенсировать величину (g - g„ реверсивйый счет- 40 чик 37 во втором измерении должен работать в режиме вычитания числоимпульсного кода N а в третьем измерении — в режиме сложения числоимпульсного кода N . После третьего 45 измерения на выходах реверсивного счетчика 37 фиксируется двоичный код

N =N -(N -N)=N -N +N. сц 50 счз - х sx вы

2(f> = 360 — f(360 -()+(. - . äj

=Ч-Чв Чв.

Соответственно на выходе делителя

32 сформируется числоимпульсный код N>, значение которого соответствует фазовому сдвигу

Если из кода N вычесть код N>, то разность этих кодов равна величине расфазировки между измерительным и опорным каналами устройства. Разность фазовых сдвигов равна

Этому коду соответствует фазовый сдвиг

В результате выполнения второй операции определена текущая величина расфазировки с в — q„ между измерительным и опорным каналами и откорПри этом на выходах реверсивного счетчика 37 фиксируется двоичный си N< N< + N> N< сч

В пятом измерении блок управления

38 устанавливает коммутационные органы устройства в положения, указанные в пятой строке табл. 1. В пятом измерении сигнал генератора 1 проходит в обратном направлении, т.е. от входа исследуемого ВЧ-объекта 12 к ответвителю 8. Для этого используются ВЧ-переключатели 2 и 16 и развязывающий аттенюатор 14. В этом случае разность фаз между входами первого вспомогательного и опорного

1287036

10 каналов устройства равна 360 -(1 „ .

На обратном выходе триггера 28 формируется прямоугольный импульс,длительность которого прямо пропорциональная йазовому сдвигу

2 и = 360 — ((360 -tt „1i tt,-tt<)= !, Чвх- с Pp.

Соответственно на выходе делителя

32 формируется числоимпульсный код

N, значение которого соответствует

Чюх Чс (и фазовому сдвигу (Сумма кодов N4 +N соответствует фаэовому сдвигу ц>„„ . Сумме кодов N +

+ N соответствует фазовый сдвиг (p +(It =(1t». При этом текущая расфаэировка между первым вспомогательным и опорным каналами устройства

I (g — (д не вносит погрешности в резу((ьтат выполнения третьей операции.

Дпя того, чтобы компенстровать величицу фе„в четвертом и пятом измерении реверсивный счетчик работает в режиме вычитания числоимпульсных кодов N и и N . После пятого измерения на выходах реверсивного счетчика 37 фиксируется двоичный код N,„ = N

+ 4з N 1 5е ЭтОму КОДУ сО ответствует фазовый сдвиг(1t = Ц „ + сц5

+(° В результате выполнения тре, вЬх тьер операции определения и компенсирована величина фазового сдвига, которую вносят входной ВЧ-переключатель 5 и ВЧ-линии связи, соединяющие этот переключатель с другими ВЧ-элементами устройства.

Таким образом, без расчленения радиочастотных соединений исключена первая составляющая методической погрешности измерения разности фаз,которая присуща устройству-прототипу.

Рассмотрим четвертую операцию (табл. 2). В шестом измерении блок управления 38 устанавливает коммутационные органы устройства в положе,ния, указанные в шестой строке табл. 1. Для проведения четвертой операции используется второй вспомогательный канал устройства, который содержит развязывающий аттенюатор 15, ВЧ-переключатель 17, преобразователь частоты 24, усилитель-ограничитель

18. Этот канал вносит текущий фазовый сдвиг н п ° 1и и (1> и 11в гв ис > где (— фазовый сдвиг, вносимый

16

ВЧ-переключателем 17 в положении, противоположном, положению, указанному на фиг. 1;

tI — фазовый сдвиг, вносимый

5 ВЧ-линиями связи второго вспомогательного канала устройства.

В шестом измерении сигнал генератора 1 проходит в прямом направлении, т.е. через исследуемый объект

12 к ответвителю 9. В результате шестого измерения на выходе делителя 32 формируется числоимпульсный код N6, значению которого соответствует фазовый сдвиг

It живых - в (1 с <6 2

При этом на выходе реверсивного счетчика 37 эафиксируется двоичный код

N = N — N + N — N — N — N

ctt6 1 В 5 6

В седьмом измерении блок управления 38 устанавливает коммутационные органы устройства в положения, указанные в седьмой строке табл. 1. В

30 седьмом измерении сигнал генератора

1 проходит в обратном направлении, т,е. от ответвителя 9 к выходу исследуемого ВЧ-объекта. При этом сигнал генератора 1 не подается на вход исследуемого ВЧ-объекта 12. Вход этого тракта подключен к согласующему элементу 25. В седьмом измерении разность фаз между входами измерительного и второго вспомогательного каналов устройства равна 360 -(,ых.

В результате этого измерения на выходе делителя 32 сформируется чйслоимпульсиый код N, значению которого соответствует фазовый сдвиг qt, ((вь! х — Ц 6+<1

Сумма. кодОВ М6 + N 7 равна фазОВО му сдвигу((t „,„. Сумме кодов N6 + N7 соответствует фазовый сдвиг ф +(50 (вь|х °

При этом текущая расфазировка между измерительным и вторым вспомогаtt тельным каналами устройства ц» — (p не вносит погрешности в результат выполнения четвертой операции. Для того, чтобы компенсировать величину

Ц „,„ в шестом и седьмом измерениях реверсивный счетчик 37 работает в режиме вычитания числоимпульсных кодов

1287036

) 2

N, и N . После седьмого измерения на (с выходах реверсивного счетчика фиксируется двоичный код

) )с ) ) ) ) + ) )з ) 4 N5 Nr, N 5 сч

Этому коду соответствует фазовый сдвиг(р,„

В результате выполнения четвертой операции определена и компенсирована 10 величина фазового сдвигаЦ „,„, которую вносит ВЧ-переключатель 11 и ВЧ-линии связи, соединяющие этот переключатель с другими ВЧ-элементами устройства.

Таким образом, без расчленения радиочастотных соединений исключена вторая составляющая погрешности измерения разности фаз, которая присуща устройству-прототипу, 20

Предлагаемое устройство потенциально имеет минимальные систематические погрешности измерения разности фаз (абсолютных фазовых сдвигов),которое производится при стационарном

25 подключении фазометрического устройства к объекту измерения.

В силу того, что предлагаемое устройство работает на одной фиксированной частоте f„>, его погрешность, обусловленная некратностью периода исследуемого колебания 1/f<> и временной базы (время однократного измерения), существенно меньше,чем у аналогичных фазометров, работающих 35 в диапазоне частот, за счет выбора временной базы кратной величине

1/f„ö . При практической реализации предлагаемого устройства эта погрешность может быть снижена до необходимой величины также за счет увеличения временной базы и (или) частоты f„ исследуемых напряжений.

Поэтому определим только случайную погрешность ь(„ измерения фазо- 45 вого сдвига q„, которая обусловлена погрешностью квантования фазового (временного) интервала, формируемого триггером 28. Погрешность квантования фазового (временного) интервала 50 вносит случайный характер и при однократном измерении распределена по закону Симпсона. Максимальная погрешность квантования равна

360 . f

+К = — — — -- эл. ь f У

ПЦ где К вЂ” цена единицы младшего разряда выходного двоичного кода N который формирует предл гаемое устройство, Тогда среднеквадратическая погрешность однократного измерения равна

К

6 =G = где 1 1,...,7 — номер однократного измерения фазового сдвига, производимого предлагаемым устройством.

Если, величина b.; — текущая абсолютная погрешность квантования при однократном измерении, то текущая абсолютная погрешность измерения разности фаз Ц„ равна 4 ) Ч б

Ч х з

+ 4

Так как, величина й, „представляет собой сумму семи случайных величин, распределенных по закону Симпсона, то с практической точностью можно утверждать, что она распределена нормально. Исходя из этого, нетрудно определить среднеквадратическую и максимальную погрешность конечного результата разности фаз

b = )70

)7265

2,45 — 1 08 К Ку

h(), — 3b× вЂ” +ЗК (величина h() „ определена с доверительной вероятностью, близкой к

0,9973).

Определим условие эффективного использования предлагаемого устройства. Для этого. определим и сопоставим максимальную погрешность измерения предлагаемого устройства и устройства-прототипа. В силу, того,что алгоритм функционирования устройства-прототипа состоит из трех операций, аналогичных операциям, которые выполняет предлагаемое устройство, то максимальная случайная погрешность устройства-прототипа равна

+3

2

К=2К

С учетом систематических составляющих по|ре+HостH Чвх H (Рвах

13

1287036

К С

Р 2 360 1

Иэ последнего равенства следует,что при определенных значениях величин

К и f на частотах f > f предлагаеP мое устройство имеет. лучшую точность, чем устройство-прототип, При этом, чем выше диапазон рабочих частот, тем более эффективно предлагаемое устройство по отношению к прототипу.

Последнее положение нетрудно подтвердить численным примером. Пусть о

К = 0,1, а 1! -- 0,002 м. Тогда f>= «О

= 21 ИГц. Следовательно, при f ) zf

= 42 МГц максимальная погрешность устройства-прототипа в два раза больше максимальной погрешности предлагаемого устройства. При увеличении времени измерения в предлагаемом устройстве за счет уменьшения промежуточной частоты f, (при прочих

- Ip равных условиях) область эффективного использования предлагаемого устройства можно сместить в область бо— лее низких частот.

В предлагаемом устройстве исключены две составляющие погрешности, присущие пРототипу, за счет чего существенно увеличена точность измерения разности фаз. Кроме того, впредлагаемом устройстве обеспечено высокоточное измерение разности фаз,вномых входными и выходными ВЧ-переключателями 10 и 11, максимальная погрешность устройства-прототипа рав пр = Чех + р еых «+ 2К. Определим величины яр„„и щ,„в зависимости . от частоты (длины волны 9 = С/f., где С вЂ” скорость распространения электромагнитных колебаний в ВЧ-переключателях 10 и 11 и геометрической длины ВЧ-переключателей 10 и 11

Конечная геометрическая длина

ВЧ-переключателей приводит к дополнительному фазовому сдвигу

Igâõ=@„,õ (360 f 7)/С, эл.

С учетом последнего, максимальная погрешность устройства-прототипа равна

Ьпр = 2 (360 f Я)/С + 2К..Определим частоту f при которой максимальные погрешности обоих устройств равны

f5

20 симой ВЧ-объектами, которые могут содержать любой набор, каскадно включенных, активных, пассивных и коммутирующих ВЧ-элементов.

При использовании предлагаемого устройства в качестве фазометра,когда фазовые сдвиги измеряются вручную, оно обеспечивает достоверное и высокоточное измерение разности фаз в пассивных и микрополосковых ВЧ-устройствах, которые нашли широкое применение в радиотехнике. Устройство обеспечивает высокоточное оперативное измерение разности фаз (не требующее ручной калибровки измерителя) между двумя любыми точками этих устройств. Это может существенно улучшить качество разработки, изготовления и эксплуатации полосковых ВЧустройств.

Формула изобретения

Устройство для измерения фазовых сдвигов, содержащее генератор, пять высокочастотных переключателей, два согласующих элемента, два ответвителя, два аттенюатора, два преобразователя частоты, два усилителя-ограничителя, два низкочастотных переключателя, три элемента И, триггер, коммутатор, генератор импульсов, реверсивный счетчик, блок управления, причем первый выход блока управления соединен с входом управления первого высокочастотного переключателя, второй выход блока управления соединен с входами управления второго высокочастотного переключателя и первого низкочастотного переключателя, третий выход блока управления соединен с входом управления пятого высокочастотного переключателя, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого высокочастотного переключателя, первые выходы первого и второго ответвителей соединены соответственно через первый и второй преобразователи частоты с первым и вторым усилителями-ограничителями, вторые выходы этих же ответвителей через соответственно четвертый и пятый высокочастотные переключатели соединены с клеммами для подключения исследуемого объекта, перьые выходы второго и третьего высокочастотных переключателей соединены соответственно с первым и вторым согласующими элементами, а первые выходы четвертого и пятого высокочастотных переключателей соединены между собой перемычкой, вторые выходы второго и третьего высокочастотных переключателей соединены соответственно с первым и вторым выходами первого высокочастотного переключателя, выходы триггера через коммутатор соединены с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с генератором импульсов и входом блока управления, выход первого элемента

И соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход блока управления через третий элемент И соеди нен с выходом второго элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены шестой, седьмой, восьмой высокочастотные переключатели, третий аттенюатор, третий согласующий элемент, третий преобразователь частоты, третий усилитель-ограничитель, два низкочастотных переключателя, делитель частоты, два элемента И, ответвитель на три направления, при этом выход генератора соединен с входами шестого высокочастотного переключателя и ответвителя на три направления, выходы которого соединены с вторыми входами первого, второго и третьего преобразователей частоты, седьмой выход блока управления соединен с управляющими входами шестого и седьмого высокочастотных переключателей, первые выходы которых объединенш, а вторые . выходы соединены соответственно с входом первого высокочастотного переключателя и третьим согласующим элементом, входы первого и третьего аттенюаторов объединены и подключены к первой клемме для подключения исследуемого объекта, а вход второго аттенюатора соединен с второй клем87036 16 мой для подключения исследуемого объекта, управляюгий вход третьего высокочастотного переключателя соединен с первым выходом блока управления, восьмой выход которого соединен с входами управления восьмого высокочастотного и первого низкочастотного переключателей, выходы первого и второго аттенюаторов соответственно соединены с входами восьмого высокочастотного переключателя, выход которого через последовательно соединенные третий преобразователь частоты и третий усилитель-ограничитель подключен к вторым входам первого и второго низкочастотных переключателей, выходы которых соединены соответственно с входами триггера, а вторые входы низкочастотных переключателей соеди20 иены с выходами первого и второго усилителей-ограничителей соответственно, девятый выход блока управления соединен с управляющим входом второго низкочастотного переключате25 ля, управляющий вход коммутатора соединен с вторым выходом блока управления, десятый выход которого соединен с входом "Сброс" реверсивного счетчика, счетные входы которого соединены

-З0 с выходами соответственно четвертого и пятого элементов И, первые входы которых объединены с выходом второго элемента И, вторые входы четвертого и пятого элементов И соответственно

35 соединены с одиннадцатым и двенадцатым выходами блока управления, выход первого элемента И через делитель частоты соединен с вторым входом третьего элемента И, выход второго

40 высокочастотного переключателя соединен с входом первого ответвителя, а выход третьего высокочастотного переключателя соединен с входом второго ответвителя, выход третьего ат45 тенюатора соединен с входом седьмого высокочастотного переключателя, а выходы реверсивного счетчика являются информационнымивыходами устройства.

1287036

Таблица !

Сигналы Олька управления, подаваенае на

Операции аяня

Ф переключатели

4 5 3 2 11 10 \7 16 26 27 коммут h тор

33 34 35 36

0 О О О О О 0 1 0 1 О

1 О О О О 0 О О !

О 1 l 0

О О -О О 1

О 0 О l О О О

О 1 0 I О 0

О О

О О

4 О

5 !

0 0

О О

1 О 1 и О О 1 О

1 О 1 О О I О !

О О

6 О

7 !

0 О

0 1

П р и и е ч а н н е. Логическому "О" соответствуют сигналы управления ВЧ-переключателями 2-5, !0,11, 17> 16, ИЧ-переключателей 26 н 27 н коммутатора 29 выходов триггера, которые устанавливают эти переключатели в полонения, показанные на фнг. 1. Логическая

" 1" соответствует сигналам управления ВЧ-переключателей 2-5, 10, 11, 17, !6, ИЧ-переключателей 26 н 27 н коммутатора 29 выходов триггера, которые устанавливают эти переключатели в полокення протнвополовные, показанным на фиг, 1, Логическим " I" ("0") соответствуют сигналы управления элементов И 33-36, ко торые открывают (закрывают} этн элементы, разрешая (запрещая) лрохокдение сигнала, Таблица 2

Режим Информация на вхорабо- де реверсивного ты ре ! счетчика !

Операпии

Изме.—. Информация, накопленная в реверсив-! ном счетчике раЦИНВ

Ф ракия, У вер" сивно

Соответствуюв(ий фазовый сдвиг

Соответствукщий фазовый

Числоимсчетчика пуп ьсный сдвиг код

I Измерения фазового сдвига вносимого. исследуемым ВЧ-объектом с ВЧ-переключателяьвч на его входе и выходе

1 Слове- N

i ние

N N

СЧ1

Ч I2 ЧВ Ч РЫ РВых

Чсч РВ

РВ Ра

2 Измерение н компенсация расфазировкн

МЕХ2ДУ ОНОРКЫМ Н ИЭмерительньсч каналами устройства

2 Вычн- N

1 талие

И-И

СЧ2 2 Р - РВ ьР а (Р - — -—

Слове« N

3 нне

М я 4

СЧЗ 2

-(Измерения фазового сдвига,вносимого исследуемым

ВЧ-обьектом с ВЧ. пер еключа гелямн на его входе и выходе

2 Измерение н компенсация расфаsHpoBKN мевду опорным и измерительным каналани устройства

3 Измерение н компенсация расфазнровкн,вноснмой входным ВЧ-переключателем 10

4 Измерение и компенсация расфаэировки,вносимой выходным ВЧ-переключателем 11

1 0

2 О

3 !

О О

О О

1 I

Пар алл ел ь ный двоичный код

I ! на выходах реверсивного

1 счетчика! эсчг !Рсчi <2 (Рсчг Рь РВ Ра ьРВВ+c7»„"

V -EF

Рсчз cy< Р1+ 2РВ

"з

2Р В

19

1287036

Продолжение табл 2

Информация, накопленная в реверсив1 ном счетчике

Операции рации г р

Соответствующий фазовый сдвиг

N v.,i р ч ° —

Вычитание

+Я-Ni

3 Измерение и компенсация расфазировки, вносимой входным

ВЧ-переключателем 10 зг Чс с а

Вычитание fcvc " сч. 1г",-Vy-(jq-су

Мь . ваъ <а сс. сча А* ts 2 гсчг*чсч1 Jg.Ч;Ч,-Ч,-(ф,=Cf

NT (p э

В

Н + < ь с1 с И с1 — — "сч с

6 2

+ И

Вычитание

N-N+

Н-N ч 5

4 Измерение и компенсация расфазировки, вносимой выходным

ВЧ-переключателем 111

N,, few чечсс

Вычитание чсчг N Иг+

"а

4 f и иансрению

VfP

VfS„

ЧцVfJ C ч чг

ЧЬ

Ч1Ф

Ч14

Ч1

1 Vl фиг . 2

Составитель В.Шубин

Редактор Т.Парфенова Техред К.Кодаиич Корректор А.Тяско

Заказ 7711/46 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4

Измерения, У !

Уf у

Ус Ro

SD

YlS„f

VfV

lfS,З

VIE

Рехим Информация на вхорабо-, де реверсивного ты ре-. счетчика версивно Число- соответстго им- вующий фа счет- пульс- зовый чика ный сдвиг код

Параллельный двоичный код на выходах реверсивного ! счетчика чсчв* сч сг ty С» гч с* а1 гсчс гсч чвг гвюг и

4счю* сч г d>-Юс-щз гсчз м» тамг